DE69034066T2 - Schleifmittel und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Description
- Technisches Anwendungsgebiet
- Die Erfindung betrifft allgemein Schneid- und Schleifwerkzeuge, und befasst sich insbesondere mit einem Werkzeug, bestehend aus einer flexiblen Matrix mit in der Matrix in einem bestimmten Muster befestigten Partikeln, sowie ein Verfahren zur Herstellung solch eines Werkzeugs.
- Stand der Technik
- Es ist allgemein bekannt, Diamanten und andere harte Substanzen in einer Matrix einzubetten, um Schneid- und Schleifwerkzeuge herzustellen. Schneidwerkzeuge werde üblicherweise dadurch hergestellt, dass Diamantsplitter in einem Matrixmaterial wie einem Metallpulver oder Harz angeordnet werden. Das Matrixmaterial wird dann gepresst und gesintert, um die Diamantsplitter festzuhalten. Es ist ersichtlich, dass diese allgemein bekannte Technik ein Produkt ergibt, in dem Diamanten zufällig verteilt sind, und es besteht keine Möglichkeit, anders zu verfahren.
- Eine weitere Technik zur Herstellung von Schneid- oder Schleifwerkzeugen wendet das Galvanisieren an, wie in JP 58-100689 offenbart ist. Im Allgemeinen werden Diamantsplitter auf einer Metalloberfläche angeordnet, und ein Metall wird durch Galvanisieren auf die Metalloberfläche aufgebracht, wobei aufeinander folgende Schichten aufgebracht werden, bis die Diamanten auf der Metalloberfläche befestigt sind. Obwohl diese Technik es erlaubt, dass die Diamanten ggf. ein regelmäßiges Muster annehmen, werden die einzelnen Steine üblicherweise von Hand eingesetzt. Obwohl die galvanisierten Werkzeuge einen beträchtlichen kommerziellen Erfolg erbracht haben, sind solche Werkzeuge darin etwas empfindlich, dass die Steine nur durch die relativ dünnen Metallschichten am Werkzeug befestigt sind, und dass nur eine einzelne Schicht aus Diamanten als die Schneidfläche wirkt. Das Werkzeug verliert seine Form, wenn weitere Schichten aus Metall aufgebracht werden.
- Es wurden zahlreiche Versuche durchgeführt, ein Schleifwerkzeug zu schaffen, bei dem der Träger für das Gitter flexibel ist. Solch ein Werkzeug wird zum Schleifen nicht flacher Teile bzw. zur Befestigung an einem profilierten Formwerkzeug wie einem Konturfräser in hohem Maße benötigt. Die bekannten Versuche bei einem PN2, bei dem ein flexibles Werkzeug hergestellt wird, umfassen normalerweise ein flexibles Substrat, an dem durch Galvanisieren Diamanten befestigt werden. Z. B. wurden kleine Diamantsplitter an den Drähten eines Drahtgitters befestigt, wobei das flexible Gitter die gewünschte Flexibilität bewirkt. Auch kleine Kupfertropfen, an denen man Diamantsplitter durch Galvanisieren befestigte, wurden auf einen flexiblen Schaum aufgebracht. Der Schaum liefert die Flexibilität, und die Kupfertropfen werden ausreichend getrennt, um die Flexibilität aufrechtzuerhalten.
- Der Stand der Technik lieferte kein flexibles Schneid- oder Schleifwerkzeug mit Diamanten einer ausgewählten Größe, die fest in einer flexiblen Matrix gehalten werden, wobei die Diamanten problemlos in einem ausgewählten regelmäßigen Muster angeordnet werden.
- Offenbarung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifmittelprodukts und ein Schleifmittelprodukt, das durch das Verfahren hergestellt wird, wie in den Ansprüchen definiert ist.
- Die Art der Partikel und die Größe der Partikel können gewählt werden, um die gewünschten Eigenschaften des Werkzeugs zu erzielen. Der Träger kann bekannte Materialien wie Metallpulver, Metallfasern oder Gemische aus Metallpulvern und -fasern aufweisen. Der Träger ist flexibel, so dass er entsprechend einem bestimmten Substrat geformt werden kann.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
- Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
-
1 eine perspektivische Darstellung ist, die einen Träger mit in dessen einer Oberfläche eingebetteten Partikeln gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; -
2 ein vergrößerter Querschnitt im Wesentlichen längs der Linie 2-2 in1 ist; -
3 eine Aufsicht, aus der in ein Drahtgitter eingebettete Partikel hervorgeht, ist; -
4 ein Querschnitt im Wesentlichen längs der Linie 4-4 in3 ist; -
5 eine4 ähnliche Darstellung ist, die jedoch eine abgewandelte Ausführungsform hiervon zeigt; -
6 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform der in4 gezeigten Anordnung ist; -
7 eine Aufsicht ist, die den an einem Werkzeug befestigten Träger der3 zeigt; -
8 in einem verkleinerten Maßstab eine Aufsicht ist, die eine weitere Ausführungsform der in7 gezeigten Anordnung zeigt; und -
9 eine Querschnittsdarstellung ist, aus der ein Verbundwerkzeug hervorgeht, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. - Die vorliegende Erfindung enthält auch Ausführungsformen, die auch in der Stammanmeldung
EP 407 568 A - Möglichkeiten zur Durchführung der Erfindung.
- Insbesondere Bezug nehmend auf die Zeichnungen und der zur Erläuterung gewählten Ausführungsformen der Erfindung zeigt
1 einen Träger15 mit mehreren darin eingebetteten Partikeln16 . Für den Fachmann ist ersichtlich, dass es bekannt ist, vorgeformte Strukturen aus Metallpulvern oder Metallfasern oder Gemischen aus Metallpulvern und -fasern zu verwenden. Diese Materialien sind leicht verfügbar und sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, so dass keine weitere Beschreibung als notwendig erachtet wird. Unter Berücksichtung solcher Materialien ist ersichtlich, dass Partikel aus harten Substanzen wie Diamant am Träger15 angeordnet und in die Oberfläche des Trägers eingedrückt werden können, um die in1 gezeigte Anordnung herzustellen. Nachdem die Partikel in der gewünschten Weise positioniert wurden, kann das Material mit oder ohne Druck gesintert werden. -
2 der Zeichnungen zeigt die Struktur der in1 gezeigten Vorrichtung. Es ist ersichtlich, dass die Partikel16 ausreichend in den Träger25 gedrückt werden, so dass sie sicher getragen werden. Sobald der Träger15 gesintert wurde, sind die Partikel16 sicher befestigt, und die Vorrichtung ist ein sehr effektives Schleifmittel. - Obwohl der Träger
15 in1 und2 flach gezeigt ist, ist bekannt, dass das Material flexibel ist; somit kann das Schleifmaterial beliebig in jede gewünschte Form gebracht werden. Wenn der Träger15 während des Sinterns unter Druck gesetzt wird, wird die Dichte des Trägers erhöht, so dass den Partikeln16 ein fester Halt verliehen wird. - Es wird nun auf
3 der Zeichnungen Bezug genommen, die ein gewebtes Gitter18 zeigt, das einen Partikel19 in jeder Gitteröffnung hat. Das Gitter18 kann irgendein Metall wie z. B. Kupfer, Messing oder Nickel sein. Es werden Partikel einer geeigneten Größe, so dass sie in die Öffnungen des Gitters18 passen, verwendet; dann wird, um die Partikel festzuhalten, Metallpulver oder dergleichen, das bei 20 angegeben ist, in jede Öffnung des Gitters eingebracht und umgibt die Partikel19 . Wie zuvor kann das Metallpulver gesintert werden, um die Partikel19 festzuhalten, wobei das gesinterte Pulver20 an dem Gitter18 und den Partikeln19 befestigt wird. Selbstverständlich verbindet das gesinterte Pulver20 die Drähte des Gitters miteinander. Der Fachmann erkennt, dass die Partikel ggf. durch Galvanisieren, Kleben oder andere Mittel befestigt werden können. - Bei der in den
3 und4 gezeigten Konstruktion ist das Drahtgitter18 zwangsläufig flexibel, und durch Einbringen des Partikels bzw. der Partikel in jede Öffnung im Gitter wird die Flexibilität aufrechterhalten. Außerdem können sich, wie am besten4 zeigt, die Partikel19 über das Gitter18 auf beiden Seiten hinaus erstrecken, so dass das Material ein zweiseitiges Schleifmittel bzw. Schneidwerkzeug ist. - Eine Alternative der in den
3 und4 gezeigten Konstruktion ist in5 gezeigt. Wiederum ist das bei 21 angegebene Gitter vorhanden, und Partikel22 werden in die Öffnungen des Gitters21 eingebracht. Statt wie in4 das Metallpulver zu verwenden, kann man jedoch ein Gitter21 verwenden, das einen relativ niedrigen Schmelzpunkt hat. Das die Partikel enthaltende Gitter kann dann gerade soweit erhitzt werden, dass das Metall des Gitters etwas fließt. In5 der Zeichnungen ist ersichtlich, dass das Metall des Gitters21 somit etwas zum Fließen gebracht wurde, um die Partikel zu umschließen und sie festzuhalten. - Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass die harten Partikel wie z. B. Diamant, Wolframkarbid oder dergleichen im gewünschten Muster angeordnet und in eine Matrix eingebracht werden können. Die Matrix kann aus einem Metallpulver und/oder Metallfasern oder aus einem Drahtgitter bestehen. In jedem Falle werden die Partikel festgehalten, und das Material wird gesintert, um die Partikel permanent in Position zu halten. Solche Materialien können mit den Partikeln von einer Seite wie in
1 und2 oder von beiden Seiten wie in4 und5 vorstehend geformt werden. - Nunmehr auf
6 Bezug nehmend besteht eine Möglichkeit, die Partikel in dem gewünschten Muster anzuordnen, darin, die Partikel in die Öffnungen eines Gitters einzubringen und dann das Gitter und die Partikel auf den Träger zu setzen. Das Gitter kann entfernt werden, so dass es die Partikel in dem gewünschten Muster hinterlässt. In6 wird das gleiche Verfahren angewandt, jedoch wird, statt das Gitter zu entfernen, das Gitter in den Träger gedrückt, so dass es ein Teil des fertigen Werkzeugs wird. - Im Einzelnen zeigt
6 einen Träger25 , der aus Metallpulver oder dergleichen hergestellt ist, wie oben erläutert wurde. Es sind zwei mit26 und28 bezeichnete Gitter vorhanden, eines auf jeder Seite des Trägers25 . In jeder Öffnung jedes Gitters befindet sich ein Partikel, wobei die Partikel im Gitter26 mit 30 bezeichnet sind. Bei dem sich ergebenden Werkzeug stehen daher die Partikel29 und30 von beiden Seiten des Trägers vor, und außerdem verleihen die Gitter26 und28 dem Träger Stabilität und tragen zum Halten der Partikel29 und30 im Gitter bei. Die Gitter26 und28 können entweder vollständig in den Träger25 eingebracht werden oder an der Oberfläche des Trägers etwas vorstehen. Der exponierte Träger schützt die Diamanten und trägt dazu bei, die Diamanten zu halten, wenn sie sich abnutzen. - Eine weitere Ausführungsform des Werkzeugs unter Anwendung der vorliegenden Erfindung kann wie in
7 gezeigt hergestellt werden.7 zeigt ein Gitter wie es in3 gezeigt ist, das an einem Substrat wie z. B. einer Metallplatte oder dergleichen befestigt ist. Da das Schleifmaterial dasselbe wie das in3 gezeigt ist, sind die gleichen Bezugsziffern für die gleichen Teile verwendet. Es ist daher ersichtlich, dass das Gitter18 Partikel19 hat, die von einem gesinterten Pulver20 gehalten werden, um ein flexibles Schleifmaterial zu bilden. Dieses flexible Schleifmaterial wird dann an einer Metallplatte31 durch Schweißen, Löten oder andere bekannte Mittel befestigt. Da das Gitter18 flexibel ist, kann das Substrat31 flach oder kreisförmig sein oder jede andere Form gewünschte gekrümmte Form haben. Das Gitter18 kann zur Anpassung an die Platte31 gebogen und dann angeschweißt oder auf andere Weise befestigt werden, so dass es die Form beibehält. Alternativ kann das Gitter durch das gleiche Material, das die Partikel hält, am Substrat befestigt werden, so dass beide Schritte während des Sinterns durchgeführt werden. -
8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Werkzeugs, das gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Manchmal ist es erwünscht, einen Zwischenraum zwischen Schleifabschnitten zu belassen, und. dies kann in der gewünschten Weise mit der Struktur der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Das in7 gezeigte Gitter18 kann in die gewünschte Form geschnitten und befestigt werden, um die in8 gezeigte Anordnung zu erreichen. Auch können die Partikel in dem gezeigten Muster angeordnet und in die Masse aus Pulver oder Faser gedrückt werden, wie in Verbindung mit1 erläutert wurde. Es kann ein Gitter verwendet werden, und Partikel werden in ausgewählten Öffnungen des Gitters angeordnet. In jedem Falle kann das gewünschte Muster geschaffen werden, und das sich ergebende Schleifmaterial kann an einer Schleifscheibe oder dergleichen befestigt werden. Aus der obigen Beschreibung ist auch offensichtlich, dass die Scheibe aus8 wie das in3 gezeigt Produkt hergestellt sein kann. Das Gitter18 kann kreisförmig sein, und ausgewählte Öffnungen können die Partikel19 enthalten. - Schließlich ist Bezug nehmend auf
9 der Zeichnungen ersichtlich, dass zwei oder mehr Teile aus Schleifmaterial, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, gestapelt werden können, so dass ein mehrschichtiges Werkzeug hergestellt werden kann. Unter Anwendung dieser Technik kann man zwei der in den2 und3 . gezeigten Vorrichtungen verwenden und ein zweiseitiges Schleifmaterial herstellen. zahlreiche Abwandlungen sind möglich und9 zeigt einige der Abwandlungen. - In
9 zeigen die unterbrochenen Linien die Grenzen der ursprünglichen Schichten, die verwendet wurde, um das mehrschichtige Material zu schaffen. Es ist somit ersichtlich, dass die äußeren Schichten34 und35 eng beabstandete Partikel36 und38 an ihren Außenseiten haben. Die nächsten Schichten haben weiter beabstandete Partikel41 und42 , die auf den Grenzen zwischen den Schichten liegen. Die innere, zentrale Schicht44 hat weit beabstandete Partikel45 , die von beiden Seiten nicht vorstehen, und sich auf den Grenzen der mittleren und der nächsten Schichten befinden. Es ist offensichtlich, dass die Schichten miteinander durch Löten der fertigen Schichten verbunden oder ggf. durch Sintern ungeschichteter Schichten miteinander verbunden werden können. - Obwohl die in
9 gezeigt Anordnung nur der Erläuterung dient, ist für den Fachmann ersichtlich, dass mit dieser Konstruktion eine Säge hergestellt werden kann. Die hohe Konzentration von Partikeln an den Außenkanten des Materials verlangsamt die Abnutzung der Säge an den Kanten, während die niedrige Konzentration der Partikel zur Mitte hin die Abnutzung in der Mitte erhöht. Dies führt dazu, dass sich die Schneidkante46 wie eine konkave Fläche abnutzt, so dass die Säge richtig läuft. - Bei der vorherigen Diskussion können die Partikel, die die Schleifqualitäten schaffen, aus irgendeinem zahlreicher Materialien bestehen. Diamanten werden oft für solche Werkzeuge verwendet, und die vorliegende Erfindung ist besonders für die Verwendung von Diamanten geeignet, jedoch können ggf. andere Materialien verwendet werden. Wolframkarbid, Sinterkarbid, Bornitrit, Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid können als Schleifpartikel in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften verwendet werden.
- Obwohl die vorliegende Erfindung das Konzept der Anordnung von zwei oder mehr Partikeln in einer Öffnung des Gitters wie des Gitters
18 umfasst, besteht die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin, einen Partikel in einer Öffnung anzuordnen. Selbst wenn mehr als ein Partikel in einer Öffnung angeordnet wird, können die Partikel jedoch erhebliche Größe haben und müssen nicht von Hand angeordnet werden. - Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung einen flexiblen Träger schafft, der die gewünschte Konzentration von Diamanten oder anderen harten Partikeln enthält, wobei die Partikel im Träger durch gesintertes Metallpulver oder dergleichen festgehalten werden. Das sich ergebende Produkt kann einzeln verwendet oder geschichtet werden, um ein Werkzeug zu schaffen, das eine gewünschte sich ändernde Konzentration hat. Da der Träger flexibel ist, kann das Produkt der vorliegenden Erfindung so geformt werden, um der Kontur kompliziert geformter Substrate zu entsprechen. Somit können Formblöcke ohne das Erfordernis der manuellen Anordnung von Diamanten und mit der Festigkeit von in einem gesinterten Material gehaltenen Diamanten hergestellt werden. Das Produkt der vorliegenden Erfindung kann daher dazu verwendet werden, Formfräsen, Diamantwalzen und praktisch irgendein anders geformtes Werkzeug herzustellen.
Claims (6)
- Verfahren zur Herstellung eines Schleifmittelprodukts, bei dem mehrere Partikel am Produkt befestigt sind, die die Schleifmitteleigenschaft des Produkts bewirken, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Anordnen mehrerer Partikel in einem vorbestimmten Muster in Öffnungen eines Gitters, das mehrere der Öffnungen aufweist, so daß die Partikel in den Öffnungeri des Gitters aufgenommen werden, b) Anordnen des Gitters und der Partikel auf einem Träger, der eine vorgeformte Matrix auf sinterbarem Material umfaßt, c) Entfernen des Gitters, so daß die Partikel im wesentlichen im vorbestimmten Muster auf der vorgeformten Matrix aus sinterbarem Material verbleiben, d) Eindrücken der Partikel im vorbestimmten Muster in die vorgeformte Matrix aus sinterbarem Material und e) Sintern des sinterbaeen Materials unter Druck, um die Partikel im resultierenden gesinterten Material zu fixieren, wobei die Partikel von wenigstens einer Seite des Produkts vorstehen und sich im vorbestimmten Muster im gesinterten Material befinden.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem wenigstens einer der Partikel in einer der Öffnungen des Gittermaterials aufgenommen ist.
- Schleifmittelprodukt, hergestellt nach dem Verfahren des Anspruchs 1.
- Schleifmittelprodukt nach Anspruch 3, bei dem die Schleifmittelpartikel von beiden Seiten des Produkts vorstehen.
- Schleifmittelprodukt nach Anspruch 3 oder 4, bei dem mehrere Produkte miteinander verbunden sind, um ein Verbundwerkzeug zu bilden.
- Schleifmittelprodukt nach Anspruch 5, bei dem das Verbundwerkzeug Außenseiten und wenigstens eine innere Schicht hat, wobei die Außenseiten gering beabstandete Partikel und die wenigstens eine innere Schicht weiter beabstandete Partikel hat.
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