DE69110075T2 - Schleifmittel. - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Diese Erfindung betrifft ein Schleifprodukt.
• Schleifmittel-Compacts werden umfassend für Schneid-, Mahl-, Bohr- und andere vergleichbare Verfahren verwendet. Das Schleifmittel-Compact besteht aus Teilchen aus Diamant oder kubischem Bornitrid, die in ein kohärentes hartes Konglomerat eingebunden sind. Der Gehalt an Schleifmittel-Teilchen von Schleifmittel-Compacts ist hoch und es gibt einen beträchtlichen Anteil von direkter Bindung zwischen den Teilchen, wodurch eine polykristalline Masse gebildet wird. Schleifmittel- Compacts werden unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks hergestellt, bei denen das Schleifmittel-Teilchen, ob Diamant oder kubisches Bornitrid, kristallographisch stabil ist. Diamant-Schleifmittel-Compacts werden manchmal als "PCD" bezeichnet, während Compacts aus kubischem Bornitrid manchmal als "PCBN" bezeichnet werden.
• Schleifmittel-Compacts neigen dazu, klein und relativ spröde zu sein und beim Gebrauch werden sie oft trägergestützt, indem sie an ein Substrat aus Sintercarbid oder Stahl gebunden werden. Solche tragergestützten Schleifmittel-Compacts sind im Fachgebiet als Composit-Schleifmittel-Compacts bekannt. Das Composit-Schleifmittel-Compact kann als solches als Schneidkante eines Schleifwerkzeuges verwendet werden.
• Beispiele für Composit-Schleifmittel-Compacts können in den U.S.-Patentschriften Nr. 3 745 623, 3 767 371 und 3 743 489 beschrieben gefunden werden.
• Andere wirksame Schleifkörper aus kubischem Bornitrid, die keinen so hohen Gehalt an Schleifmittel-Teilchen als Schleifmittel-Compacts enthalten, sind auch bekannt und werden im Fachgebiet verwendet. Solche Schleifkörper können einen gesinterten Körper umfassen, der 40 bis 60 Vol.-% Teilchen aus kubischem Bornitrid enthält, die gleichmäßig in einer kontinuierlichen keramischen bindenden Matrix dispergiert sind. Diese Schleifkörper werden ebenfalls bei Temperatur- und Druck-Bedingungen hergestellt, bei denen das kubische Bornitrid kristallographisch stabil ist. Ein Beispiel für einen solchen Körper ist derjenige, der unter dem Handelsnamen DBC-50 verkauft wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Werkzeugeinsatz verfügbar gemacht, umfassend einen Schleifkörper, umfassend eine Masse aus ultraharten Schleifteilchen in gebundener Form, der unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Druckes hergestellt wird, bei denen die Schleifteilchen kristallografisch stabil sind und der eine(n) Schneidpunkt oder -Kante und eine bindende Oberfläche und einen an die bindende Oberfläche des Schleifkörpers gebundenen Träger auf Polymerbasis darstellt, wobei das Polymer eine ausreichende Stärke aufweist, um den Kräften zu widerstehen, denen der Werkzeugeinsatz während des Gebrauchs ausgesetzt ist.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Figur 1 veranschaulicht eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Werkzeugeinsatzes der Erfindung;
• Figur 2 veranschaulicht eine Seitenansicht der Ausführungsform von Figur 1 in Richtung von Pfeil A;
• Figur 3 veranschaulicht einen Schnitt der Seitenansicht einer Preßform, die zur Herstellung eines Werkzeugeinsatzes der Erfindung geeignet ist; und
• Figur 4 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Schneidwerkzeuges im Betrieb.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Der Schleifkörper kann ein Compact aus Diamant oder kubischem Bornitrid oder ein kubisches Bornitrid enthaltender Körper des Typs sein, wie er unter dem Handelsnamen DBC-50 verkauft wird. Alle diese Schleifkörper werden unter den Bedingungen von erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck hergestellt, bei denen das Schleifmittel-Teilchen kristallographisch stabil ist, und sind im Fachgebiet wohl bekannt.
• Der Schleifkörper kann an ein Substrat wie Stahl oder Sintercarbid-Substrat gebunden sein. Im Fall von Compacts aus Diamant und kubischem Bornitrid ist das Compact unveränderlich an ein Substrat gebunden.
• Das Polymer weist eine ausreichende Stärke auf, um den Kräften zu widerstehen, denen der Werkzeugeinsatz während des Gebrauchs ausgesetzt ist. Es wird daher gemäß der Natur des Einsatzes geändert. Das Polymer ist bevorzugt thermoplastisch, obwohl wärmehärtbare Polymere ebenfalls verwendet werden können. Beispiele für geeignete thermoplastische Polymere sind Polyetheretherketon, Polyetherketon, Polyaryletherketon, Poly(amid-imid) und Polyphenylensulfid.
• Das Polymer kann durch das Einbeziehen oder das Einbetten von Fasern oder Pulvern darin verstärkt werden. Diese Pulver können metallischer oder keramischer Natur sein, und ein besonders geeignetes Beispiel ist Graphitpulver oder -faser. Normalerweise wird das Pulver oder die Faser mit einem Anteil von bis zu 40 Masse-% des Polymers zugegeben.
• Ein Beispiel für ein geeignetes Polymer ist ein Hochleistungs- Poly(amid-imid)-Harz, wie das unter dem Handelsnamen Torlon verkaufte. Ein besonders geeignetes Harz dieses Typs ist das mit 7130 numerierte, das 30 Masse-% Graphitfaser und 1 Masse-% Fluorkohlenstoff enthält.
• Ein Beispiel für ein geeignetes Polyetheretherketon-Polymer (graphitgefüllt) ist PEEK 450 CA 30.
• Es ist wichtig, daß der Träger stark an den Schleifkörper gebunden ist, da andernfalls beim Gebrauch der Träger vom Schleifkörper abscheren kann. Das Binden kann durch die Verwendung eines geeigneten Klebstoffes erreicht werden und kann durch das Aufrauhen oder das chemische Behandeln der Bindungs- Oberfläche des Schleifkörpers und/oder der Bindungs-Oberfläche des Substrates verbessert werden. Das Aufrauhen der Oberfläche des Schleifkörpers ergibt einen mechanischen Schlüssel, der die Bindung unterstützt. Das Aufrauhen kann zum Beispiel durch das Schneiden eines Musters von Vertiefungen oder Nuten in die bindende Oberfläche des Schleifkörpers oder Substrates mit einem Laser erreicht werden. Eine stark aufgerauhte Oberfläche ermöglicht das Eindringen des Polymers.
• Der Schleifkörper kann in einer Vertiefung angeordnet sein, die im Träger auf Polymerbasis ausgebildet ist.
• Der Werkzeugeinsatz der Erfindung kann in einer Vielzahl von Werkzeugen wie Bohrerkronen, Fräsmaschinen, Sägen, Schneidwerkzeugen und dergleichen verwendet werden. Ein typisches Beispiel für einen Schneidwerkzeug-Einsatz ist einer, der in einen Werkzeughalter wie den Schaft eines Schneidwerkzeuges eingesetzt werden kann. Als solches kann er zur Oberflächenbehandlung oder für einen leichten bis mittleren Schneidvorgang verwendet werden, wo niedrige Schneidkräfte auftreten. Normalerweise beinhaltet ein solcher Vorgang das In-Berührung-Bringen der Schneidkante oder des Schneidpunktes des Einsatzes mit einem Werkstück, das Bewegen des Werkstücks relativ zur Schneidkante oder zum Schneidpunkt, um Material vom Werkstück zu entfernen, das Vorschieben der Schneidkante oder des Schneidpunktes entlang des Werkstücks mit einer Vorschubgeschwindigkeit von nicht mehr als 0,5 mm pro Umdrehung und anschließend das Vorrücken der Schneidkante oder des Schneidpunktes in das Werkstück mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 0,5 mm pro Durchgang. Im allgemeinen wird die Schneidkante oder der Schneidpunkt stationär gehalten, während das Werkstück rotiert oder sich darüber hin- und herbewegt. Wahlweise kann das Werkstück stationär gehalten werden und das Werkzeug bewegt werden.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 wird ein Schneidwerkzeug-Einsatz gezeigt, umfassend ein PCBN-Schleifmittel-Compact 10, das an ein Substrat 12 aus Sintercarbid gebunden ist. Das Compact und das Substrat bilden zusammen einen Composit-Schleifmittel-Compact, um das der Träger 16 formgepreßt oder gegossen ist. Der Träger 16 besteht auf Polymerbasis und weist eine Stärke auf, die ausreichend ist, um den Kräften zu widerstehen, die beim Gebrauch auf den Einsatz einwirken. Der Träger 16 kann leicht an den Schaft eines Schneidwerkzeuges geklammert werden. Wahlweise kann durch den Träger von einer größeren Fläche 18 aus zur gegenüberliegenden größeren Fläche 20 ein Loch ausgebildet werden, wodurch die Befestigung des Schleifkörpers am Schaft ermöglicht wird. Die Kante 22 des Compacts bildet die Schneidkante für den Einsatz aus. Die Schneidkante 22 des Schleifmittel-Compacts 10 kann vor dem Formpressen oder Gießen geschliffen (geschärft) werden oder nach dem Formpressen oder Gießen zur benötigten Form der Formpreß-Kante geschliffen werden. Das Binden zwischen dem Träger 16 und dem Composit-Schleifmittel-Compact wird durch die bindende Fläche 24 des Compacts 10 und die bindende Fläche 26 des Carbidsubstrats 12 ausgeführt. Die bindende Oberfläche 26 kann aufgerauht werden, indem eine Vielzahl von flachen Nuten in ihr ausgebildet wird. Der Polymerträger 16 kann darüber hinaus die obere Fläche 28 von Compact 10 teilweise bedecken.
• Dieser Einsatz kann hergestellt werden, indem die durch Figur 3 veranschaulichte Vorrichtung verwendet wird. Unter Bezugnahme auf diese Figur wird eine Vorrichtung gezeigt, die eine Preßform 30 umfaßt, die ein durch sie durch gehendes ringförmiges Loch 32 aufweist. Die Stempel 34 wirken in der Vertiefung 32 und definieren einen Preßform-Hohlraum 40 zwischen ihren Enden 36 und den Innenwänden 38 der Preßform 30. Das Composit-Compact 42 wird in einer Ecke dieses Preßform-Hohlraums angeordnet, der dann mit dem erwünschten Polymer gefüllt wird. Die Stempel werden dazu gebracht, sich aufeinander zu zu bewegen, um das Polymer um das Composit-Schleifmittel-Compact herum zusammenzupressen, wonach das Polymer bei seiner Aushärt-Temperatur gehärtet wird. Der so hergestellte Werkzeugeinsatz kann durch einfaches Herausziehen eines der Stempel aus dem Preßform-Hohlraum entfernt werden, wodurch der Einsatz zugänglich gemacht wird. Ein alternativer Zugang besteht darin, einen Hohlraum in einer geschlossenen Preßform zu haben, der das Composit- Schleifmittel-Compact enthält und in den das gewünschte Polymer spritzgegossen wird.
• Figur 4 veranschaulicht einen Werkzeugeinsatz des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Typs, an das Ende eines Schneidwerkzeug- Schaftes montiert, und dessen Verwendung bei einem Schneidvorgang. Mit Bezug auf diese Zeichnung umfaßt ein Schneidwerkzeug einen Schaft 50 mit einem Endteil 52. Das Endteil 52 weist eine Vertiefung 54 auf, in der ein Werkzeugeinsatz 56 angeordnet ist. Der Werkzeugeinsatz umfaßt einen Träger 58 auf Polymerbasis mit einem Composit-Schleifmittel-Compact 60, das sich an einer Ecke davon befindet. Das Composit-Schleifmittel-Compact zeigt eine abgerundete Schneidkante 62. Der Werkzeugeinsatz wird durch eine Schraube 64, die durch ihn geht, in der Vertiefung gehalten.
• Beim Gebrauch wird das Schneidwerkzeug stationär gehalten und ein Werkstück 66 wird in Richtung des Pfeils 68 rotieren gelassen. Die Schneidkante 62 wird dann in Berührung mit dem Werkstück 66 gebracht, um Material davon zu entfernen. Nachdem das Material in einem bestimmten Durchgang vom Werkstück entfernt wurde, wird die Schneidkante 62 mit einem gegebenen Abstand in Richtung des Pfeils 70 in das Werkstück vorrücken gelassen, um weiteres Material zu entfernen. Zur Oberflächenbehandlung und für leichte bis mittlere Schneidvorgänge beträgt dieser Vorschub weniger als 0,5 mm pro Durchgang.
• Es wurden Werkzeugeinsätze für Schneidwerkzeuge vom oben beschriebenen Typ hergestellt, wobei der Schleifkörper aus einer Masse aus Teilchen aus kubischem Bornitrid bestand, die in einer keramischen zweiten Phase oder Bindungsmatrix dispergiert waren. Die Teilchen aus kubischem Bornitrid bildeten ungefähr 50 Vol.-% dieses Körpers. Dieser Körper wurde an ein Substrat aus Sintercarbid gebunden. Das Composit wurde unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks hergestellt, bei denen kubisches Bornitrid kristallographisch stabil ist. Der Träger wurde aus einem phenolischen Harz/einer Bakelitmischung hergestellt, die im einen Fall 70 Gew.-% Nickel-Pulver von 20 um und im anderen Fall 80 Gew.-% Aluminiumpulver von 44 um und 6 Gew.-% Graphitpulver von 50 um enthielt. Diese beiden Einsätze wurden an Drehmeißel-Schäfte angeklammert und verwendet, um gehärteten D-3 60 HRC-Werkzeugstahl für Kaltarbeit unter folgenden Bedingungen zu schneiden:
• Schneidgeschwindigkeit 120m/min
• Vorschubgeschwindigkeit 0,1 mm/U.
• Schnittiefe 0,1 mm
• Kühlung naß
• Das Drehen wurde 2 Minuten lang fortgesetzt, ohne daß der Polymerträger oder die Bindung zwischen dem Carbid und dem Polymerträger schadhaft wurde.
• In einem anderen Beispiel der Erfindung wurde ein Compact aus kubischem Bornitrid vom oben beschriebenen Typ an einen Träger aus PEEK 450 CA 30-Polymer gebunden und auf die oben beschriebene Weise geprüft mit der Ausnahme, daß die Schnittiefe 0,25 mm betrug. Wiederum wurde für eine Dauer von 20 Minuten ein zufriedenstellendes Drehen erreicht.

Claims (14)

1. Werkzeugeinsatz, umfassend einen Schleifkörper (10), der eine Masse aus ultraharten Schleifteilchen in gebundener Form enthält, der unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Druckes hergestellt wird, bei denen die Schleifteilchen kristallografisch stabil sind und der eine(n) Schneidpunkt oder -Kante (22) und eine bindende Oberfläche (24) und einen an die bindende Oberfläche (24) des Schleifkörpers (10) gebundenen Träger (16) auf Polymerbasis darstellt, wobei das Polymer eine ausreichende Stärke aufweist, um den Kräften zu widerstehen, denen der Werkzeugeinsatz während des Gebrauchs ausgesetzt ist.

2. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 1, wobei der Schleifkörper in einer Vertiefung angeordnet ist, die im Träger (16) auf Polymerbasis ausgebildet ist.

3. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schleifkörper (10) an ein Substrat (12) gebunden ist, das eine bindende Oberfläche (26) darstellt, die an den Träger (16) auf Polymerbasis gebunden ist.

4. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 3, wobei wenigstens ein Teil der bindenden Oberfläche (26) des Substrats (12) aufgerauht ist.

5. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 4, wobei in der bindenden Oberfläche (26) des Substrats (12) eine Vielzahl von Rillen ausgebildet sind.

6. Werkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Substrat (12) ein Sinter-Carbid-Substrat ist.

7. Werkzeugeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (16) auf Polymerbasis ein thermoplastisches Polymer ist.

8. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 7, wobei das thermoplastische Polymer aus Polyetheretherketon, Polyetherketon, Polyaryletherketon, Poly(amid-imid) und Polyphenylensulfid ausgewählt ist.

9. Werkzeugeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymer eine darin eingebettete Masse aus Teilchen oder Fasern enthält.

10. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 9, wobei das Pulver oder die Faser Graphit-Pulver oder -Faser ist.

11. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei die Faser oder das Pulver mit einem Anteil von bis zu 40 Gew.-% im Polymer vorhanden sind.

12. Werkzeugeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleifkörper (10) ein Schleif-Compact ist.

13. Werkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Schleifkörper (10) ein gesinterter Körper ist, der 40 bis 60 Vol.-% Teilchen aus kubischem Bornitrid enthält, die gleichmäßig in einer kontinuierlichen keramischen bindenden Matrix dispergiert sind.

14. Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks (66), umfassend die Schritte des Bereitstellens eines an einem Werkzeughalter (50, 52) befestigten Werkzeugeinsatzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Berührens des Werkstücks (66) mit der Schneidkante oder dem Schneidpunkt (62) des Einsatzes (56), des Bewegens des Werkstücks (66) relativ zur Schneidkante oder zum Schneidpunkt (62), um Material von dem Werkstück (66) zu entfernen, und des Vorschiebens der Schneidkante oder des Schneidpunktes (62) entlang des Werkstücks (66) mit einer Vorschubgeschwindigkeit von nicht mehr als 0,5 mm pro Umdrehung und das Vorrücken der Schneidkante oder des Schneidpunktes in das Werkstück (66) mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 0,5 mm pro Durchgang.