DE69700910T2

DE69700910T2 - Einzelschleifschietmetall mit profilierter schneideoberfläche

Info

Publication number: DE69700910T2
Application number: DE69700910T
Authority: DE
Inventors: Sergej-Tomislav Buljan; Jean Kramp; Marcus Skeem
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: DE69700910D1; KR100329309B1; BR9708062A; JPH11512660A; TW486415B; ATE187374T1; KR19990087801A; CA2243694A1; JP3417570B2; AU715593B2; ES2143300T3; US20050048879A1; CA2243694C; CN1213332A; EP0886552B1; CN1103269C; ZA972006B; CO4650198A1; AU1976697A; AR006241A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schleifschneidwerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 18 und die Verwendung davon.
Superharte Schleifschneidwerkzeuge, ausgestattet mit Sägeblättern, Aufbohrern (core bits) und Schneidscheiben für den Einsatz in Konstruktionsanwendungen werden typischerweise entweder als Metallmatrix gebunden (matrix bonded, MB) oder als Metalleinschicht (single layer, SL) klassifiziert. Das SL-Schneidwerkzeug hat eine Einschicht aus Schleifkorn (oder "Grit"), gebunden an ein glattes Metallsubstrat durch ein Minimum an Haftmaterial, so daß das Schleifgrit im wesentlichen an der Schneidoberfläche des Werkzeugs exponiert ist. Wenn die Schneidoberfläche einem zu schneidenden Werkstück präsentiert wird, tritt im wesentlichen nur das Schleifgrit mit dem Werkstück in Kontakt. Da ein wesentlicher Teil der Last des Werkzeugs durch das Schleifgrit getragen wird, ist die Last an jedem Schneidpunkt des Grits sehr hoch. Dieser Zustand erzeugt hohe Penetrationsraten und hohe Schneidraten. Da jedoch das SL-Werkzeug nur eine Einschicht von Schleifmittel aufweist, kann es nicht mehr wirksam schneiden, wenn die Schicht während des Betriebs stumpf geworden ist.
Das MB-Werkzeug erhöht die Lebensdauer des Werkzeugs durch Erhöhung der Anzahl der Schichten des Schleifgrits an der Schneidoberfläche. Das typische MB-Werkzeug wird durch Formen von Segmenten einer Schleifmittel enthaltenden Metallmatrix und Befestigen dieser Segmente an der Peripherie eines Stahlsubstrats hergestellt. Da das Schleifgrit durch die Segmente hindurch dispergiert wird, bleibt die Oberfläche des MB-Schneidwerkzeugs wirksam, nachdem die obersten Schleifkörner stumpf und entfernt werden. Entsprechend haben MB-Werkzeuge im allgemeinen eine längere Lebensdauer als SL-Werkzeuge. Da jedoch das Schleifgrit in einer Metallmatrix eingebettet wird, sind sowohl die Metallmatrix als auch das Schleifgrit an der Werkzeugperipherie exponiert. Wenn das MB-Werkzeug dem Werkstück ausgesetzt wird, treten sowohl das Schleifgrit als auch die Metallmatrix mit dem Werkstück in Kontakt, wodurch die Last an jedem Schneidpunkt des Grits (im Vergleich zu einem SL-Werkzeug) verringert wird und niedrigere Penetrationsraten und niedrigere Schneidraten erzeugt werden.
Einige Metalleinschichtwerkzeuge mit Zähnen sind in der Technik bekannt. In einem Werkzeug sind rechtwinklige Zähne an der Kante eines Aufbohrers (core drill) vorgesehen, und eine Einmetallschicht von Schleifkörnern ist an die Zähne gebunden. Während des Einsatzes schneiden die obersten Körner an den Zähnen das Werkstück. Jedoch sind die große Größe, hohe Konzentration und geringe Festigkeit der Körner derart, daß diese obersten Körner schnell stumpf werden, wenn harte Oberflächen, wie Mauerwerk, geschnitten werden, und die Penetrationsrate des Werkzeugs fällt schnell auf null.
In einem anderen Werkzeug sind winklige Zähne an der Schneidoberfläche einer Schleifscheibe vorgesehen, und eine Einmetallschicht von Schleifkörnern ist auf die Zähne galvanisiert. Ein solches galvanisiertes Diamantwerkzeug ist in der EP-A-0 090274 gezeigt. Während des Einsatzes schneiden die obersten Körner an den Zähnen das Werkstück. Jedoch resultiert die schwache mechanische Natur der Galvano- Bindung in geringeren Mengen an Körnern, die von dem Zahn abgeschält werden. Entsprechend ist die Nützlichkeit des Werkzeugs auf die Nützlichkeit der obersten Schicht der Körner beschränkt.
Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schneidwerkzeug bereitzustellen, das die für ein SL-Werkzeug charakteristische hohe Penetrationsrate und die für ein MB-Werkzeug charakteristische Lebensdauer aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schleifschneidwerkzeug bereitgestellt, umfassend ein monolithisches Substrat (71, 81, 91) mit einer Substratoberfläche (8, 16, 72, 92) mit einer Vielzahl von sich davon erstreckenden Zähnen (73, 83, 93) und einer Superschleifkörner (76, 85, 95) umfassenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß
a) jeder Zahn eine profilierte Oberfläche aufweist;
b) eine Schicht umfassend Superschleifkörner (76, 85, 95) chemisch an mindestens einen Teilbereich der Oberfläche eines jeden Zahnes gebunden ist, um eine Vielzahl von Schneidhöhen parallel zu der Substratoberfläche zu definieren, und jede Schneidhöhe an jedem Zahn derart ausgerichtet ist, daß ein Teilbereich einer jeden Schneidhöhe mit mindestens einem Teilbereich einer jeden anderen Schneidhöhe des Zahnes überlappt; und
c) eine anfänglich oberste Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) und nachfolgende oberste Schneidhöhen (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D) unter der Vielzahl von Schneidhöhen eines jeden Zahnes;
wobei, nachdem die anfänglich oberste Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) durch Schneiden eines Werkstücks (W) abgetragen worden ist, jede nachfolgende oberste Schneidhöhe des Zahnes (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D) dem Werkstück einen Ring von Superschleifkörnern um die profilierte Oberfläche des Zahnes herum bietet und im wesentlichen alle Superschleifkörner innerhalb des Ringes gleichzeitig beim Schneiden in Eingriff treten.
Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schneidverfahren unter Verwendung des oben beschriebenen Schneidwerkzeugs bereitgestellt, umfassend die Schritte:
a) Bewegen der Substratoberfläche (8, 16, 72, 92) in eine beabsichtigte Rotationsrichtung,
b) Inkontaktbringen der obersten Schneidhöhe von mindestens einem Zahn (73, 83, 93) mit einem Werkstück (W) an einem Kontaktpunkt, und
c) Aufbringen einer konstanten Kraft auf das auf den Kontaktpunkt gerichtete Werkzeug;
dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Kraft ausreichend ist, um das Werkstück (W) zu schneiden, die Stärke der Verbindung ausreichend ist, um Abblättern zu widerstehen, die vorbestimmte Verschleißfestigkeit der Körner derart ist, daß die Körner (1, 13) der anfänglich obersten Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) unter Anwendung der konstanten Kraft brechen, und die Verschleißfestigkeit der Zähne (73, 83, 93) derart ist, daß der mit der anfänglich obersten Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) assoziierte Bereich des Zahnes (73, 83, 93) ungefähr mit der selben Geschwindigkeit verschleißt, wie die Körner (1, 13) der anfänglich obersten Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) (1, 13) brechen;
wodurch ein im wesentlichen gleichzeitiges Entfernen der Körner (1, 13) der anfänglich obersten Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) von ihrer Bindung und des mit der anfänglich obersten Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) assoziierten Bereichs des Zahnes (73, 83, 93) verursacht wird; und
wodurch die Körner der zweiten obersten Schneidhöhe dem Werkstück (W) ausgesetzt werden.
Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schleifschneidwerkzeug bereitgestellt, umfassend eine Substratoberfläche (8, 16, 72, 92) mit einer Vielzahl von sich davon erstreckenden Zähnen (73, 83, 93), wobei die Zähne (73, 83, 93) eine Oberfläche und eine vorbestimmte Verschleißfestigkeit haben, und eine Schicht umfassend Superschleifkörner (76, 85, 95);
dadurch gekennzeichnet, daß die die Schleifkörner (76, 85, 95) umfassende Schicht chemisch an mindestens einen Bereich der Oberfläche eines jeden Zahnes (73, 83, 93) gebunden ist, um eine Vielzahl von Schneidhöhen parallel zu der Substratoberfläche (8, 16, 72, 92) zu definieren, wobei die Körner eine vorbestimmte Verschleißfestigkeit haben und die Verschleißfestigkeit der Zähne und die Verschleißfestigkeit der Körner derart vorbestimmt sind, daß, wenn eine gegebene Schneidhöhe mit einem Werkstück (W) unter einer optimalen Last in Kontakt tritt, die Körner der gegebenen Schneidhöhe mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit verschleißen und brechen, wie der mit der gegebenen Schneidhöhe assoziierte Bereich des Zahnes (73, 83, 93) abgetragen wird.

BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Abb. 1 zeigt die flache Oberfläche eines konventionellen SL-Werkzeugs.
Abb. 2 vergleicht die Zeitabhängigkeit der Penetrationsrate für einen konventionellen SL-Aufbohrer mit der einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin die Zähne eine Trapezform haben.
Abb. 4 und 5 zeigen die sich während des Einsatzes verändernde Form der Ausführungsform von Fig. 3 aus einer seitlichen bzw. Draufsicht.
Abb. 6 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin die Zähne eine dreieckige Form haben.
Abb. 7 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin jeder Zahn eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, die sich von der Basis zu verschiedenen Höhen erstrecken.
Abb. 8 und 9 zeigen zwei bevorzugte Ausführungsformen der Zähne der vorliegenden Erfindung.
Abb. 10, 11 und 12 zeigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, worin das Substrat eine Scheibe, ein Aufbohrer bzw. eine Säge ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind mit der "Schneidoberfläche" eines Zahnes die an den Zahn gebundenen Körner gemeint. Eine spezifische "Schneidhöhe" eines Zahnes ist die Gesamtheit aller Körner, die an den Zahn in dem selben Abstand von der Substratoberfläche gebunden sind. In ähnlicher Weise ist eine spezifische "Schneidhöhe" eines Werkzeugs die Gesamtheit aller Körner, die an das Werkzeug im selben Abstand von der Substratoberfläche gebunden sind. Die "oberste" Schneidhöhe ist die, die am weitesten von der Substratoberfläche entfernt ist. Der Teil eines Zahnes, der mit einer spezifischen Schneidhöhe "assoziiert" ist, ist die Scheibe des Zahnes, die in der gleichen Entfernung von der Substratoberfläche wie die spezifizierte Schneidhöhe positioniert ist. Eine Vielzahl von Schneidhöhen mit "ungefähr der gleichen Anzahl von Körnern" sind die, deren Anzahl von Körnern zwischen ungefähr 80% und 120% der durchschnittlichen Anzahl von Körnern für diese Höhen beträgt. Die "Konzentration" des Grits an einem Zahn wird bezogen auf die theoretische hexagonale, dichte Kugelpackung bestimmt.
Es ist gefunden worden, daß, wenn a) die Oberfläche eines Schneidwerkzeugs mit Zähnen profiliert ist, die die Bildung einer Vielzahl von Schneidhöhen ermöglichen, b) die an die Zahnoberfläche gebundenen Körner eine vorbestimmte Verschleißfestigkeit haben, die eher zu Versagen durch Bruch als durch Stumpfwerden führt, c) die Bindung zwischen dem Korn und den Zähnen stark genug ist, um Abblättern zu widerstehen, und d) die Verschleißfestigkeit des Zahnes vorbestimmt ist, um der Verschleißfestigkeit des Korns zu entsprechen, so daß der Zahn mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit abgetragen wird, wie die Körner verschleißen und brechen, das resultierende Werkzeug Vorteile besitzt, die in Werkzeugen des Standes der Technik nicht gefunden werden. Das Werkzeug der vorliegenden Erfindung besitzt insbesondere eine längere Lebensdauer und eine höhere Penetrationsrate als sowohl das konventionelle flache unberuhigte SL-Werkzeug als auch die SL-Werkzeuge mit Zähnen.
Die längere Lebensdauer der vorliegenden Erfindung wird auf ihre Fähigkeit zurückgeführt, kontinuierlich frische, scharfe Schleifmittel an der Führungskante eines jeden Zahnes bereitzustellen, wenn das Schneiden fortschreitet. Siehe z. B. Abb. 3. Wenn das Werkzeug dem Werkstück dargeboten wird, so daß die Substratoberfläche 8 parallel zu der Werkstückoberfläche ist, erzeugt die winklige (d. h. nicht parallele) Fläche 4 der Schneidoberfläche eine ähnlich winklige Orientierung in Bezug auf die Werkstückoberfläche. Da dieser Bereich der Schneidoberfläche jetzt zu der Werkstückoberfläche gewinkelt ist, tritt nur die erste oberste Schneidhöhe mit dem Werkstück in Kontakt, wodurch sie die Führungskante wird. Wenn die Körner der ersten obersten Schneidhöhe das Werkstück schneiden, brechen sie und fallen weg, bevor sie deutlich abstumpfen. Gleichzeitig wird der Bereich des Zahnes, der mit der ersten obersten Schneidhöhe assoziiert ist, aus Material hergestellt, das mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit abschleift wie die erste oberste Schneidhöhe, wodurch die frischen, scharfen Schleifkörner 3 der zweiten obersten Schneidhöhe exponiert werden. Dieser Prozeß wiederholt sich, wenn jede nachfolgend niedrigere Schneidhöhe von Körnern, die den Zahn umringen, die Führungskante wird, schneidet, ein wenig stumpf wird, wegfällt und unter gleichzeitigem Schleifen des Bereichs des Zahnes, der mit dieser Schneidhöhe assoziiert ist, die frische Schneidhöhe darunter exponiert. Entsprechend wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung das erste SL-Werkzeug ist, das frische Schneidhöhen von Schleifkorn während des Einsatzes bereitstellt.
Darüber hinaus ist, da nur ein Teil der Körner an der Schneidoberfläche mit dem Werkstück zu jeder beliebigen Zeit in Kontakt tritt, die Last pro Korn viel höher als die, die in einem konventionellen flachen unberuhigten SL-Werkzeug mit der gleichen Menge an Korn gefunden wird, was zu noch höheren Penetrationsraten führt.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden am besten durch Gegenüberstellen ihres Penetrationsratenprofils (über die Zeit) dem eines konventionellen (oder "fortlaufende Felge") SL-Aufbohrers verstanden. In einem SL-Werkzeug mit fortlaufender Felge, wie in Abb. 1 gezeigt, ist die Substratoberfläche SS im wesentlichen glatt und die daran gebundenen Körner G treten mit dem Werkstück W während jeder Schneiddauer in Kontakt. Die anfängliche Penetrationsrate dieses Werkszeugs, dargestellt durch die Region 1A in Abb. 2, ist etwas hoch, da die Ungleichmäßigkeit der Kornformen wenige anfängliche Kontaktpunkte erzeugt. Bald danach werden diese anfänglichen Kontaktpunkte stumpf und im wesentlichen alle Körner können an dem Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt treten. Da jedoch so viele Körner mit dem Werkstück zu jeder beliebigen Zeit in Kontakt treten, limitiert die untere Last pro Korn die Schneidrate. Wenn die Körner abstumpfen, fallen ihre Schneideffektivität und die Penetrationsrate (Region 1B). Schließlich stumpfen die Körner bis zu dem Punkt des Polierens (Region 1C) ab, und die Nützlichkeit des Werkzeugs ist aufgebraucht.
In einer Ausführungsform des SL-Werkzeugs der vorliegenden Erfindung, wie durch das in Abb. 3 gezeigte trapezförmige Zahndesign exemplifiziert, treten anfänglich nur die Körner 1 an der ersten obersten Schneidhöhe des Zahnes 2 mit dem Werkstück W in Kontakt. Da diese Körner scharf sind, erzeugt ihr Kontakt eine sehr hohe anfängliche Penetrationsrate, wie durch Region 3A in Abb. 2 angezeigt. Wenn das Schneiden fortschreitet, werden diese Körner stumpf und die Penetrationsrate fällt leicht. Bevor sie allerdings deutlich stumpf werden, brechen diese Körner und fallen ab, wodurch der Bereich des Zahnes, der mit der obersten Schneidhöhe assoziiert ist, exponiert wird. Wenn dieser Bereich des Zahnes durch die Schleifwirkung des Werkstücks entfernt wird, werden die Körner der zweiten obersten Schneidhöhe 3 an sowohl den abgeschrägten Bereich 4 des Zahnes als auch den vier Seiten des Zahnes (so wie Seite 5) dem Werkstück ausgesetzt. Da diese Körner der zweiten obersten Schneidhöhe noch scharf sind, schneiden sie sehr effizient. Allerdings gibt es viel mehr Körner an dieser Schneidhöhe, und ein Bereich des Substrats tritt jetzt mit dem Werkstück in Kontakt, wodurch die Last des Werkzeugs über eine breitere Fläche verteilt wird. Entsprechend ist die Last pro Korn etwas verringert, und die Penetrationsrate, wie durch Region 3B von Abb. 2 gezeigt, fällt leicht. Wenn die Führungskante noch weiter runter entlang des Zahnes wandert, sinkt die Last pro in Kontakt tretendem Korn ständig, wie sowohl die Fläche des Zahnes, die mit dem Werkstück in Kontakt tritt, als auch die Anzahl der Körner in der Schneidhöhe, die mit dem Werkstück in Kontakt treten, sich erhöhen. Als Konsequenz fällt die Penetrationsrate noch weiter (Region 3C). Wenn die Führungskante die an die rechte Seite des Zahnes 7 gebundenen Körner 6 erreicht, hören sowohl die horizontale Querschnittsfläche des Zahnes als auch die Anzahl der Körner, die mit dem Werkstück in Kontakt treten, auf, zu steigen. Entsprechend stabilisiert sich die Last pro Korn und die Penetrationsrate erreicht einen Gleichgewichtszustand (Region 3D). Dieser Gleichgewichtszustand besteht fort, bis die Führungskante den Boden des Zahnes erreicht.
Da der Gleichgewichtsschneidzustand wünschenswert ist, haben in bevorzugten Ausführungsformen mindestens ungefähr 50% (und besonders bevorzugt mindestens ungefähr 75%) der Schneidhöhen ungefähr die gleiche Anzahl an Körnern. In einigen Ausführungsformen existiert diese Gleichgewichtsregion in jedem Zahn. In einigen Ausführungsformen ist eine Gleichgewichtsregion (d. h. nachfolgende Schneidhöhen mit ungefähr der gleichen Anzahl an Körnern) in mindestens den untersten 50% des Zahnes vorhanden.
Abb. 4 und 5 zeigen die Veränderung in dem Zustand des Zahnes und der Schneidhöhen während des Einsatzes, von der Seite des Zahnes betrachtet bzw. aus der Perspektive des Werkstücks, worin die straffierten Regionen der Abb. 5b-5d den Bereich des Zahnes wiedergeben, der mit dem Werkstück in Kontakt steht.
Abb. 4a und 5a entsprechen der Region 3a; Abb. 4b und 5b entsprechen der Region 3b, etc.
Die Ausführungsform mit trapezförmigen Zähnen wird aus zwei Gründen bevorzugt. Erstens limitiert die geneigte Fläche 4 des Zahnes den anfänglichen Kontakt mit dem Werkstück auf die wenigen Körner an der ersten obersten Schneidhöhe und beschränkt den nachfolgenden Kontakt auf nur ein Minimum an Körnern und Zahnfläche an den unteren Schneidhöhen an der Vorderseite. Dieser Zustand liefert eine sehr hohe anfängliche Schneidrate (Regionen 3a-3c von Abb. 2), welche für das Erzeugen eines ersten Schnitts in einem Werkstück wichtig ist. Zweitens garantiert an den untersten Schneidhöhen die normale Disposition der Zahnseiten 5 und 7, daß die Anzahl der Körner und die Fläche des Substrats, die in Kontakt mit dem Werkstück stehen, für die Dauer des Betriebs konstant bleiben. Dieser Zustand erzeugt einen langen Gleichgewichtszustand (Region 3D von Abb. 2) einer beträchtlichen Penetrationsrate, worin Arbeitskörner einfach durch frische Körner ersetzt werden, bevor sie deutlich abstumpfen. Dies ist in Anwendungen wichtig, in denen eine erhöhte Zuverlässigkeit erforderlich ist.
In bevorzugten Ausführungsformen mit trapezförmigen Zähnen umfassen mindestens die obersten 10% der Schneidoberfläche eines jeden Zahnes eine in einem Winkel von zwischen ungefähr 5 und 60 Grad relativ zu der Substratoberfläche angeordnete Vorder fläche. Besonders bevorzugt haben die untersten 50% eines jeden Zahnes eine konstante Querschnittfläche parallel zu der Substratoberfläche.
Obwohl die Trapezform des Zahnes von Abb. 3 besondere Vorteile liefert, kann die Form des Zahnes jede beliebige Form haben, die ein allmähliches Darbieten von frischen Schleifkörnern gegenüber dem Werkstück gewährleistet, wenn die Schleifkörner, die mit dem Werkstück in Kontakt gewesen sind, brechen und abfallen, bevor sie abstumpfen. Zum Beispiel wird auch der dreieckig geformte Zahn von Abb. 6 als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesehen. In dieser Ausführungsform umfaßt das Schneidwerkzeug eine Substratoberfläche 16 und eine Reihe von dreieckigen Zähnen 12, die sich von der Oberfläche erstrecken. In diesem Fall treten nur die Körner an der obersten Schneidhöhe 13 (die an die Oberseite eines jeden Zahnes 12 gebundenen) mit dem Werkstück W in Kontakt, wodurch die Führungskante definiert wird. Wenn diese Körner abgetragen werden, werden frische Körner 14 (die an der zweiten obersten Schneidhöhe) die Führungskante. In seinen anfänglichen Stadien wäre das Penetrationsverhalten dieses Zahnes relativ ähnlich zu dem trapezförmigen Zahn von Abb. 3 (Regionen 3a-3c von Abb. 2), wobei aber die Kontaktfläche des dreieckigen Zahnes weniger schnell expandiert als die des trapezförmigen (bei gleichen Basislängen L und Kornlasten), was zu höheren anfänglichen Penetrationsraten führt. In den späteren Stadien der Lebensdauer des dreieckigen Zahnes wächst jedoch die Zahnfläche, die mit dem Werkstück in Kontakt tritt, fortlaufend, wie auch die Anzahl der Körner, die mit dem Werkstück in Kontakt treten. Entsprechend wird ein Gleichgewichtszustand nicht erreicht, und die Penetrationsrate fällt viel schneller ab. Obwohl alle Körner in Abb. 6 an Zähne gebunden sind, kann auch die Substratoberfläche 16 daran gelötete Körner haben.
In anderen Ausführungsformen, wie in Abb. 7, umfaßt jeder Zahn eine Reihe von Vorsprüngen, die sich stufenweise zu verschiedenen Längen von der Basis der Substratoberfläche erstrecken. In dieser Ausführungsform bilden die an die Oberseite des längsten Vorsprungs 23 gebundenen Körner 22 die oberste Schneidhöhe und treten gleichmäßig mit einem Werkstück zu Beginn des Betriebs in Kontakt, und wenn diese Körner 22 abgetragen werden, werden frische, an einen etwas kürzeren Vorsprung 25 gebundene Körner 24 die Führungskante der Schneidoberfläche. Dieser Prozeß wird wiederholt, wenn die Körner 26 am Vorsprung 27 die Führungskante werden.
Entsprechend werden die kollektiven Körner 22, 24 und 26 derart angesehen, daß sie eine einzelne Schneidoberfläche bilden, die in einem Winkel zu der Substratoberfläche angeordnet ist. In ähnlicher Weise funktionieren eine große Anzahl von dünnen, eng beabstandeten, nachfolgend kürzeren Zähnen (wie in Abb. 7a gezeigt) im wesentlichen äquivalent zu denen in Abb. 7.
Ein weiteres Merkmal der Zähne von Abb. 7 besteht darin, daß die Schleifkörner nur auf ausgewählte Flächen eines jeden Zahnes aufgebracht werden. In dieser Ausführungsform bilden die Körner 22 an der Oberseite der Vorderfläche 23 die Führungskante, welche das Werkstück 2 kontaktiert. Die vertikalen Vorderflächen 28- 31 des Zahnes weisen keine daran gebundenen Körner auf Im Betrieb bewegt sich dieses Werkzeug in links nach rechts Richtung gegen ein Werkstück (wie durch Pfeil A angezeigt), um einen negativen Neigungswinkel zu erzeugen.
Es wird angenommen, daß in einigen Anwendungen die Körner an der Führungskante einer scharf schräg abfallenden Vorderfläche gegenüber Unterschneiden anfällig sein werden. Unterschneiden tritt auf, wenn ein scharfes Korn in Kontakt mit dem Werkstück verfrüht entfernt wird, weil Späne die unterliegende Bindung entfernt haben. Daher ist das Werkzeug in einigen Ausführungsformen so konzipiert, daß es mindestens eine Schneidoberfläche 4 aufweist, die zu der Substratoberfläche 8 in einem Winkel von zwischen ungefähr 5 und 35 Grad nach unten abfällt, und das Werkzeug wird über ein Werkstück W in eine Richtung negativen Neigungswinkels (wie durch Pfeil B angezeigt) bewegt. Unter diesen Umständen sind die Körner 3 der zweiten obersten Schneidhöhe ausreichend nah an den Körnern 1 der ersten obersten Schneidhöhe, um die Integrität der Haftung an die Körner 1 der ersten obersten Schneidhöhe vor den Spänen physikalisch zu schützen, wodurch das Unterschneiden dieser Körner 1 verhindert wird. Der bevorzugte Winkel für das Verhindern von Unterschneiden scheint unabhängig von der Korngröße zu sein, variiert allerdings mit der Konzentration. Wenn die Konzentration des Schleifkorns ungefähr 100% beträgt, liegt der für den Schutz erforderliche Winkel zwischen ungefähr 26 und ungefähr 32 Grad. Wenn die Konzen tration des Schleifkorns ungefähr 50% beträgt, liegt der für den Schutz erforderliche Winkel zwischen ungefähr 14 und ungefähr 17 Grad. Wenn die Konzentration des Schleifkorns ungefähr 25% beträgt, liegt der für den Schutz erforderliche Winkel zwischen ungefähr 9 und ungefähr 11 Grad. Wenn die Konzentration des Schleifkorns ungefähr 12% beträgt, liegt der für den Schutz erforderliche Winkel zwischen ungefähr 5 und ungefähr 7 Grad. In anderen Worten, der Schutzwinkel sollte nicht mehr als ungefähr 1 Grad für alle drei Gradpunkte der Kornkonzentration betragen.
In anderen Ausführungsformen hat der Zahn eine Form, wie sie in Abb. 8 gezeigt ist. Der Zahn 65 umfaßt einen winkligen Bereich 62, der in einem Winkel von ungefähr 45 Grad an einer Seite ansteigt, eine flache Oberseite 63 und einen absteigenden Bereich 64 an der Rückseite. Bewegen des Zahnes über ein Werkstück in die Richtung von Pfeil C liefert den erwünschten negativen Neigungswinkel.
In anderen Ausführungsformen hat der Zahn eine Kontur, wie sie in Abb. 9 gezeigt ist. Der Zahn ist an seiner Verbindung mit der Substratoberfläche (U) und an den obersten Enden (E) abgerundet. Die Zähne haben darüber hinaus radiale Aussparungen (G). Die abgerundeten Kanten versehen die obersten Körner mit Schutz gegen Unterschneiden, während die radialen Aussparungen Raum für eine zusätzliche Höhe von Schleifkorn bieten, die die Führungskante werden wird, wenn die obersten Körner brechen und abfallen.
Da sich eine konventionelle SL-Scheibe während des Einsatzes auf zwischen ungefähr 80 C und 100 C erwärmt, und eine beträchtliche Wärmeausdehnung vollzieht, werden häufig Dehnungsfugen oder "gullets" (Rinnen) in den Umfang der Scheibe konstruiert. Zum Beispiel sind diese Fugen an einer typischen 30,5 cm (12 Inch) Durchmesser Scheibe ungefähr 0,16 cm (1/16 Inch) breit, ungefähr 0,64 cm (1/4 Inch) hoch, ungefähr 5,1 cm (2 Inch) voneinander beabstandet, umfassen typischerweise nicht mehr als 5% des Kreisumfangs und weisen manchmal Schleifkorn auf, das an ihren Böden und Seiten haftet. Diese Fugen sind jedoch vollkommen anders als die Räume zwischen den Zähnen der vorliegenden Erfindung, da sich auf der langen Ebene einer konventionellen SL-Scheibe so viele Körner befinden, gibt es effektiv nur eine Schneidhöhe, und die untere Last pro Korn an dieser Schneidhöhe wird lediglich stumpf und bricht nicht die Körner dieser Schneidhöhe.
In bevorzugten Ausführungsformen umfaßt die Schneidoberfläche der vorliegenden Erfindung typischerweise eine winklige Vorderfläche, umfassend mindestens 30% der Schneidhöhen, vorzugsweise zwischen 75% und 100%. Obwohl nicht erforderlich, wird auch bevorzugt, daß die winklige Vorderfläche die obersten 10% der Schneidhöhen einschließt. Es wird besonders bevorzugt, daß die winklige Vorderfläche mindestens 50% und am meisten bevorzugt mindestens 75% der obersten Schneidhöhen an dem Zahn umfaßt.
Die Zähne der vorliegenden Erfindung sind typischerweise derart beabstandet, daß ihre Basislängen L (wie in Abb. 3) mindestens ungefähr 10% der Substratoberfläche ausmachen, vorzugsweise zwischen ungefähr 30% und 60%. Wenn die Basen weniger als 10% umfassen, sind die Zähne mechanisch schwach und neigen dazu, sich zu biegen und zu brechen.
Typische Zahnmaterialien schließen faserverstärkte Kunststoffe, Stahl und andere geeignete Materialien mit einer Strukturfestigkeit von zwischen 20 Rc und 70 Rc (ungefähr 5-8,5 Mohssche Härte) ein. In bevorzugten Ausführungsformen sind jedoch die Körner und Zähne auf besondere Weise konstruiert, um mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit zu verschleißen. Die Verschleißfestigkeit eines jeden Materials wird durch seine Härte und Bruchfestigkeit bestimmt und die Erhöhung eines der Faktoren erhöht die Verschleißfestigkeit des Materials. Im Fall der Schicht der vorliegenden Erfindung wird die Verschleißfestigkeit im allgemeinen durch die Verschleißfestigkeit der Körner bestimmt. In Körnern wie Diamant oder kubischem Bornitrid kann die Härte des Materials nicht in beträchtlichem Maße variiert werden, so daß die Bruchfestigkeit des Korns typischerweise das Merkmal ist, das variiert wird. Ein übliches Maß der Bruchfestigkeit eines Korns ist sein relativer Festigkeitsindex, wie er durch den FEPA- Standard für die Messung der relativen Stärke von Sägediamanten gemessen wird. Im allgemeinen sind Körner mit einem relativen Festigkeitsindex von mindestens einer Minute erwünscht. Falls der Zahn der vorliegenden Erfindung aus einem anderen Material als Metall hergestellt wird, kann die Härte oder Bruchfestigkeit des Materials variiert werden, um die Verschleißfestigkeitsraten anzupassen. Für den Fall, daß die Zähne der vorliegenden Erfindung aus einem Metall wie Stahl hergestellt werden, ist die Bruchfestigkeit bereits sehr hoch und so wird die Härte des Metalls variiert, um die passende Verschleißrate zu liefern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Zahn aus einem Metall (vorzugsweise einem Stahl) mit einer Härte von zwischen 38 Ra und 42 Ra hergestellt, während das Korn (vorzugsweise ein Diamant) einen relativen Festigkeitsindex von mindestens einer Minute aufweist. Für Kernbohrwerkzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Zahnhärte von 38-42 Ra (wie weicher unlegierter Stahl) wurde beobachtet, daß sie ein breites Spektrum von Baumaterialien einschließlich feucht gehaltenem Beton, Betonstein und dichtem Kalkstein wirksam schneiden.
Wirksames Nachliefern von Körnern mittels der Exposition unterer Schneidhöhen kann auch von der Aggressivität des Werkstücks abhängen. Falls die Zähne zu weich oder zu hart sind, kann die Effektivität des Werkzeugs sehr leicht beträchtlich um 50% oder mehr reduziert sein. Zähne mit einer Härte von ungefähr 50 Ra waren beim Schneiden von Kalkstein unwirksam, da der Kalkstein den härteren Stahl nicht schnell genug abschleifen konnte, um scharfes neues Schleifkorn an den unteren Schneidhöhen freizulegen. Daher haben die Zähne, wenn das Werkstück hart und ohne Schleifwirkung ist, vorzugsweise eine Härte von ungefähr 28 Ra. Andererseits waren Zähne mit einer Härte von ungefähr 28 Ra beim Bohren von Betonstein unwirksam, da der Betonstein die weicheren Zähne zu schnell abschliff, wodurch Schleifkörner entfernt wurden, die noch scharf waren. Daher haben die Zähne, wenn das Werkstück weich ist und Schleifwirkung besitzt, vorzugsweise eine Härte von ungefähr 64 Rc. Sowohl in den Fällen zu harter Zähne als auch in den Fällen zu weicher Zähne betrug die Lebensdauer des Werkzeugs weniger als 50% der Lebensdauer des Zahnes mit einer Härte von zwischen 38 Ra und 42 Ra.
Da die Gesamtfläche der Kornkontaktpunkte die normale Spannung an dem Kontaktpunkt mit dem Werkstück und daher die Schneidrate bestimmt, sind auch Faktoren, wie die Zahndicke und die Korngröße, -konzentration und -festigkeit ebenfalls wichtige Faktoren.
Die vorliegende Erfindung kann beliebige Schleifkörner verwenden, die die korrekte Größe, Konzentration und Festigkeit aufweisen, um durch Bruch und nicht durch Abstumpfen Ausfall zu erzeugen. Typischerweise hat das Schleifmittel eine Korngröße von weniger als 1000 um, vorzugsweise zwischen 100 um und 600 um, und ist typischerweise in einer Konzentration von weniger als 75% anwesend. In bevorzugten Ausführungsformen werden Superschleifmittel, wie Diamantschleifkorn und kubisches Bornitrid und Borsuboxid, eingesetzt, typischerweise in Korngrößen, wie sie an konventionellen SL-Scheiben gefunden werden. Wenn Diamant verwendet wird, hat dieser typischerweise eine Korngröße von zwischen ungefähr 100 und 1000 um und ist in einer Konzentration von ungefähr 50% anwesend. Wenn kubisches Bornitrid eingesetzt wird, hat es typischerweise eine Korngröße von zwischen ungefähr 100 und 500 um und ist in einer Konzentration von ungefähr 50% anwesend. Im allgemeinen wird, wenn das zu schneidende Material sehr hart ist (d. h. eine Mohssche Härte von mindestens 7 (Knoop-Härte von über 700) hat), ein festes, starkes Schleifmittel mit einem relativen Festigkeitsindex von mindestens 1 Minute (gemessen durch den FEPA- Standard zur Messung der relativen Stärke von Sägediamanten) ausgewählt. Andere herkömmliche Schleifmittel, wie gekörntes Sol-Gel-Aluminiumoxid und Siliciumcarbid können auch in ausgewählten Anwendungen erwünscht sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat jeder Zahn eine trapezförmige Konfiguration mit einer Oberseitenlänge von ungefähr 1,5 mm, einer Bodenlänge von ungefähr 6,5 mm, einer Breite von ungefähr 2 mm, einer Höhe von ungefähr 2,8 mm und einer winkligen Vorderfläche mit einem Winkel von ungefähr -45 Grad. Die Diamanten- FEPA-Größenbezeichnung ist 501 und der relative Festigkeitsindex ungefähr 1,38 Minuten (3300 Zyklen), gemessen durch den FEPA-Standard für die Messung der relativen Stärke von Sägediamanten. Die Diamantschleifkornkonzentration beträgt ungefähr 50% oder ungefähr 0,03 g/cm² und ist durch eine Bronze-Titan-Bindung an aus einem Stahl mit einer Härte von ungefähr 38-42 Ra hergestellte Zähne gebunden.
Es wird angenommen, daß einige Lötungen, die in herkömmlichen SL-Werkzeugen eingesetzt werden, im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Typische Lötungen schließen Nickellegierungen wie Ni-Cr-Legierungen und reaktive Lötungen, wie Bronze-Titan-Lötungen, ein. Die Lötung muß eine chemische Bindung bereitstellen, die fest genug ist, um dem gleichzeitigen Abschälen von unteren Schneidhöhen zu widerstehen, wenn eine obere Schneidhöhe während des Schleifens entfernt wird. In einigen Fällen können die Schleifkörner mit einem Metall, wie Titan oder Wolfram, beschichtet werden, um eine bessere Haftung an die Lötung zu erreichen.
Das SL-Werkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft zum Schneiden beliebiger Werkstücke eingesetzt werden, die eine Knoop-Härte von mindestens 500 aufweisen und die herkömmlicherweise mit diamantbeladenen Werkzeugen geschnitten worden sind, insbesondere anorganische Materialien, wie Glas, Ziegel, Beton und Verbundstoffe mit harten Dispersoiden. Es ist besonders erwünscht in Maureranwendungen, in denen das Werkstück ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kalksilica, Betonstein und Beton, wie feucht gehaltenem Beton. Es kann eingesetzt werden, um keramische feuerfeste Stoffe, wie Aluminiumoxid, Siliciumcarbid und Siliciumnitrid, zu schneiden. Es kann auch eingesetzt werden für das Schneiden weicherer Materialien, wie Kunststoffe und Verbundstoffe.
In vielen Handbohranwendungen, bei denen die Werkzeuge der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, trägt der Kontakt zwischen der Oberfläche des Werkstücks und den Schneidoberflächen des Werkzeugs eine Last von nicht mehr als ungefähr 13,6 bis 18,1 kg (30 bis 40 Pounds).
Die vorliegende Erfindung kann in typischen SL-Konfigurationen, einschließlich Scheiben, Aufbohrern und Flachmessern, eingesetzt werden. Daher wird in Übereinstimmung mit Abb. 10 ein Schleifschneidwerkzeug bereitgestellt, umfassend:
i) eine kreisrunde Scheibe 71 mit einer Substratoberfläche 72 und einer Vielzahl von Zähnen 73, die sich von der Substratoberfläche erstrecken, und
ii) eine Einzelschicht von Schleitkörnem 76, die chemisch an den Umfang eines jeden Zahnes gebunden sind, um eine Schneidoberfläche an jedem Zahn zu definieren.
Bei Einsatz in einer Schneidscheibenanwendung ist die Scheibe typischerweise aus Stahl und hat einen Durchmesser von zwischen ungefähr 4 und ungefähr 40 Inch; für ein Zehn-Inch-Messer haben die Zähne vorzugsweise eine Trapezform, liegen insgesamt in einer Anzahl von ungefähr 20 bis 90 vor, haben eine Höhe von ungefähr 0,05-0,5 cm (0,02 bis 0,20 Inch), eine Breite von ungefähr 0,05-3,05 cm (0,02 bis 1, 2 Inch) und eine Dicke von ungefähr 0,05-0,305 cm (0,02 bis 0,12 Inch); das Schleifkorn ist typischerweise Diamant in dem Größenbereich von 500 um, vorzugsweise zwischen ungefähr 450 und 650 um, mit einem relativen Festigkeitsindex von mindestens einer Minute und in einer Konzentration von ungefähr 0,01 bis 0,08 g/cm²; das Werkstück ist typischerweise Beton oder eine Maurerarbeit; und die Zähne bewegen sich entlang des Werkstücks in einem negativen Neigungswinkel.
Gemäß Abb. 11 wird ein Schleifaufbohrer bereitgestellt, umfassend:
i) eine Trommel (barrel) 81, umfassend eine Vielzahl von Zähnen 83, die sich davon erstrecken, und
ii) eine Einschicht von Schleifkörnern 85, die chemisch an die Zähne gebunden sind, um eine Schneidoberfläche 86 an jedem Zahn zu definieren.
Bei Einsatz in einer Aufbohreranwendung ist die Trommel typischerweise aus Stahl und hat einen Durchmesser von zwischen ungefähr 2,54-15,24 cm (1 und ungefähr 6 Inch); die Vorsprünge sind vorzugsweise trapezförmig, ergeben insgesamt eine Anzahl von ungefähr 10 bis 60, haben eine Höhe von ungefähr 0,13-0,76 cm (0,05 bis 0,3 Inch), eine Breite von ungefähr 0,25-1,27 cm (0,1 bis 0,5 Inch) und eine Dicke von ungefähr 0,10-0,30 cm (0,04 bis 0,12 Inch); das Schleifkorn ist typischerweise Diamant in dem Größenbereich von 500 um, vorzugsweise zwischen ungefähr 430 und 540 um, mit einem relativen Festigkeitsindex von mindestens einer Minute und in einer Konzentration von ungefähr 0,01 bis 0,08 g/cm²; das Werkstück ist typischerweise eine Maurerarbeit oder Beton; und die Zähne bewegen sich entlang des Werkstücks in einem negativen Neigungswinkel.
Der SL-Kernbohrer gemäß der vorliegenden Erfindung ist vollkommen anders als das Stahllochsägeblatt gemäß des Standes der Technik, wie oben diskutiert, mit mit Schleifmittel bedeckten Zähnen, da diese Lochsägeblätter typischerweise viel größere, viel schwächere Schleifmittel in viel höheren Konzentrationen (d. h. typischerweise in der Größenordnung von 100%) verwenden und mit sehr hohen aufgebrachten Lasten eingesetzt werden, um sehr weiche Materialien, wie Holz oder Kunststoff, zu schneiden. Im herkömmlichen Einsatz dieses Typs von Lochsäge brechen die Körner an der Führungskante dieses Werkzeugs nicht und fallen auch nicht während des Schleifens ab, sondern werden nur stumpf. Da die Korngröße, Festigkeit und Kornkonzentration das Nachliefern von Korn an der Führungskante verhindern, ergibt diese konventionelle Lochsäge in keiner Weise Hinweise auf die in der vorliegenden Erfindung gefundenen Vorteile.
Gemäß Abb. 12 wird ein Schleifmesser bereitgestellt, umfassend:
i) eine Klinge 91 mit einer linearen Substratoberfläche 92 und einer Vielzahl von Zähnen 93, die sich von der linearen Substratoberfläche erstrecken, und
ii) eine Einschicht von Schleifkörnern 95, die an jeden Zahn gebunden sind, um eine Schneidoberfläche an jedem Zahn zu definieren.
Bei Einsatz in einer Messeranwendung ist das Messer typischerweise aus Stahl und hat eine Länge von zwischen ungefähr 7,62 und ungefähr 22,86 cm (ungefähr 3 und ungefähr 9 Inch); die Vorsprünge haben vorzugsweise Trapezform, eine Gesamtanzahl von 10 bis 100, eine Höhe von ungefähr 0,13-0,64 cm (0,05 bis 0,25 Inch), eine Breite von ungefähr 0,13-0,30 cm (0,05 bis 0,12 Inch) und eine Dicke von ungefähr 0,13-0,38 cm (0,05 bis 0,15 Inch); das Schleifmittel ist typischerweise Diamant im Größenbereich von 300 bis 600 um, vorzugsweise zwischen ungefähr 300 und 500 um, mit einem relativen Festigkeitsindex von mindestens einer Minute und in einer Konzentration von ungefähr 0,01 bis 0,08 g/cm²; das Werkstück ist typischerweise Leichtbeton oder Schlackenstein; und die Zähne bewegen sich entlang des Werkstücks in einem negativen Neigungswinkel.

VERGLEICHSBEISPIEL I

Dieser Test untersuchte das Verhalten von Lochsägen mit Flachfelgen. Zwei 6,35 cm (2,5 Inch) Durchmesser-Lochsägen mit Flachfelgen wurden als Ausgangssubstrate ausgewählt. Bronze-Titan-Lötpaste wurde auf die Felge aufgebracht, mit ungefähr 1000 mg Diamantschleifmittel bedeckt, um eine Schleifmittelkonzentration von ungefähr 100% zu ergeben, und die Lötung wurde auf konventionelle Weise im Vakuumofen geschmolzen.
Eines der so hergestellten Werkzeuge enthielt 35/40 SDA 100+ Diamantschleifmittel. Das Schneiden wurde durch Handbohren bei 1500 U/min mit einer Belastung von 133,37-177,5 N (13,6-18,1 kg; 30-40 Pounds) durchgeführt. Dieses Werkzeug bohrte nur ungefähr 20 5,1 cm (zwei Inch) Löcher durch schweren Betonstein (heavy weight concrete block, "HCB"), bevor der Diamant stumpf wurde und die Schneidrate unter ungefähr 2 cm/min fiel.

VERGLEICHSBEISPIEL II

Dieser Test untersuchte das Verhalten von Lochsägen mit konventionellen MB- Segmenten. Drei MB-Segmente, enthaltend Diamant, wurden auf einem im wesentlichen dem aus Vergleichsbeispiel I entsprechenden Aufbohrer befestigt.
Diese Werkzeuge wurden unter im wesentlichen gleichen Bedingungen wie im Vergleichsbeispiel I geprüft und bohrten im Durchschnitt 400 cm durch HCB bei einem Durchschnitt von 5,3 cm/min.

VERGLEICHSBEISPIEL III

Dieser Test untersuchte das Verhalten einer konventionellen Lochsäge mit im wesentlichen rechtwinkligen Zähnen, an denen Korn mit geringer Festigkeit und großer Größe in einer Konzentration von über 100% befestigt wurde.
Diese Werkzeuge wurden unter im wesentlichen gleichen Bedingungen wie im Vergleichsbeispiel I untersucht und bohrten im Durchschnitt nur 3 cm, bevor die Schneidrate unter 2 cm/min fiel.

BEISPIEL I

In dieser Ausführungsform wurden Kernbohrer gemäß der vorliegenden Erfindung unter Einsatz von 66 mm-Durchmesser Auslaßbohrerspitzen (outlet bits) mit einer Wanddicke von 2 mm und hergestellt aus 1020-Stahl mit einer (38-42 Ra)-Härte hergestellt. Das Profil der Schneidoberfläche war im wesentlichen ähnlich dem, das in Abb. 9 gezeigt ist.
Die Krone der Bohrschneide wurde durch Drehen eines 1 mm Radius auf der Führungskante des Stahlsubstrats und anschließendes Fräsen von neun 0,127 cm (0,050 Inch) breiten Schlitzen, gleichmäßig entlang des Umfangs beabstandet, profiliert. Dieses Verfahren erzeugte neun 1,02 cm (0,402 Inch) breite, 0,51 cm (0,200 Inch) hohe Zähne. Zwei gleich beabstandete, radiale Rillen, 0,16 cm (0,0625 Inch) breit, 0,16 cm (0,0625 inch) tief, wurden dann in die Vorderfläche eines jeden Zahnes geschliffen. Eine 0,09 cm (0,035 Inch) Schicht von Bronze-Titan wurde anschließend auf die Zähne aufgebracht, und eine Schicht von 35/40 SDA 100+ Diamant (ungefähr 450 mg) wurde auf die Lötoberfläche aufgebracht, und der resultierende Zusammenbau wurde in einen Vakuumofen für herkömmliches Härten der Lötung gegeben.
Gemäß diesem Beispiel hergestellte Bohrschneiden wurden zum Handbohren von schweren Beton-HCB-Steinen eingesetzt. Nach ungefähr 305-356 cm (120-140 Inch) Bohren war der Diamant an der Vorderfläche der Zähne abgetragen. Jedoch fuhren die Bohrschneiden fort, mit annehmbarer Geschwindigkeit (ungefähr 5 cm/min) wegen des in den Aussparungen der Zähne und an den äußeren Flächen der Zähne angeordneten Diamants zu schneiden. Diese Bohrschneiden bohrten weitere 152-203 cm (60-80 Inch) Beton, nachdem der oberste Diamant abgetragen war. Die Gesamtschnittiefe betrug ungefähr 180-220 Inch oder 490-560 cm.

BEISPIEL II

In dieser Ausführungsform wurden die Werkzeuge gemäß der vorliegende Erfindung unter Verwendung von 66 mm Durchmesser Auslaßbohrspitzen mit einer Wanddicke von 2 mm und hergestellt aus 1020-Stahl mit einer 38-42 Ra-Härte hergestellt. Das Profil der Schneidoberfläche war im wesentlichen ähnlich der in Abb. 8 gezeigten.
Eine Einschicht von Schleifkorn, bestehend im wesentlichen aus 0,5 g von 35/40-Mesh SDA 100+ Diamand und Bronze-Titan-Lötung, wurde auf das Profil einer jeden Bohrschneide aufgebracht.
Diese Bohrschneiden wurden verwendet, um Löcher in HCB-Steine zu bohren. Anfängliche Penetrationsraten betrugen ungefähr 7,6-10,1 cm (3-4 Inch) pro Minute. Obwohl der Diamant an der Führungskante des Profils nach nur wenigen Löchern abgetragen war, fuhr die Bohrschneide fort, über vier Meter Betonstein zu bohren. Als die Tests unterbrochen wurden, nachdem jede Bohrschneide 80 Löcher gebohrt hatte, bohrten die Bohrschneiden immer noch mit einer annehmbaren Rate von ungefähr 1,5-2 Inch (3,8-5 cm) pro Minute. Die Bohrleistung variierte zwischen ungefähr 350 und 550 Watt über den Verlauf des Tests, während die spezifische Energie zwischen ungefähr 0,30 und 0,75 J/mm³ variierte. Im Testergebnis wurde eine durchschnittliche Lebensdauer von 194 Löchern oder ungefähr 988 cm festgestellt. Die durchschnittliche Geschwindigkeit betrug 6,7 cm/sek und die durchschnittliche Leistung betrug ungefähr 414 W. Das Bohren wurde beendet, als die Penetration unter 2,5 cm/min fiel oder die Bohrschneide abgenutzt war. Das Werkzeug mit spitzen Zähnen erzeugte somit bessere Ergebnisse.

BEISPIEL III

Dieser Test untersuchte das Verhalten einer Lochsäge mit einer umgekehrten Zahnorientierung. Die Zahnkonfiguration war in diesem Fall ähnlich der in Beispiel II, außer daß der Orientierungswinkel umgekehrt war, so daß der abfallende Bereich des Zahnes die Führungskante war, wodurch ein positiver Neigungswinkel erzeugt wird. Diese Werkzeuge wurden unter im wesentlichen ähnlichen Bedingungen wie die in Beispiel I untersucht. Nach Bohren von nur 5 cm waren die Zähne derart abgenutzt, daß nur 20% der Zahnhöhe erhalten war. (Im Gegensatz hierzu wurde dieser Verschleißgrad in den Zähnen von Beispiel II erst nach insgesamt 400 cm Bohren festgestellt.) Dieses Werkzeug bohrte 396 cm, bevor die Penetrationsrate unter 2,5 cm/min fiel und hatte eine durchschnittliche Penetrationsrate von 5,4 cm/min. Somit erzeugt das Werkzeug mit für einen negativen Neigungswinkel orientierten Zähnen bessere Ergebnisse. Die Ergebnisse der obigen Tests sind in Tabelle I zusammengefaßt. TABELLE I

Claims

1. Ein Schleifschneidwerkzeug umfassend ein monolithisches Substrat (71, 81, 91) mit einer Substratoberfläche (8, 16, 72, 92) mit einer Vielzahl von sich davon erstreckenden Zähnen (73, 83, 93) und einer Superschleifkörner (76, 85, 95) umfassenden Schicht; dadurch gekennzeichnet, daß

a) jeder Zahn eine profilierte Oberfläche aufweist;

b) eine Schicht umfassend Superschleifkörner (76, 85, 95) chemisch an mindestens einen Teilbereich der Oberfläche eines jeden Zahnes gebunden ist, um eine Vielzahl von Scheidhöhen parallel zu der Substratoberfläche zu definieren, und jede Schneidhöhe an jedem Zahn derart ausgerichtet ist, daß ein Teilbereich einer jeden Schneidhöhe mit mindestens einem Teilbereich einer jeden anderen Schneidhöhe des Zahnes überlappt;

c) eine anfänglich oberste Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) und nachfolgende oberste Schneidhöhen (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D) unter der Vielzahl von Schneidhöhen eines jeden Zahnes;

wobei nachdem die anfänglich oberste Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) durch Schneiden eines Werkstücks (W) abgetragen worden ist, jede nachfolgende oberste Schneidhöhe des Zahnes (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D) dem Werkstück einen Ring von Superschleifkörnern um die profilierte Oberfläche des Zahnes herum bietet und im wesentlichen alle Superschleifkörner innerhalb des Ringes gleichzeitig beim Schneiden in Eingriff treten.

2. Das Werkzeug gemäß Anspruch 1, worin die Substratoberfläche eine beabsichtigte Bewegungsrichtung (A) hat und worin die Vielzahl von Zähnen nachfolgende Vorsprünge (23, 25, 27) einschließt, welche nacheinander niedrigere oberste Schneidhöhen in der Richtung der beabsichtigten Bewegungsrichtung (A) aufweisen, wodurch eine Schneidoberfläche (22, 24, 26) erzeugt wird, die einen negativen Neigungswinkel in Bezug auf die beabsichtigte Bewegungsrichtung (A) hat.

3. Das Werkzeug nach Anspruch 1, worin die Substratoberfläche (8) eine beabsichtigte Bewegungsrichtung (B) hat, worin mindestens ein Teilbereich eines jeden Zahnes eine Fläche (4) aufweist, die in einem negativen Winkel in Bezug auf die beabsichtigte Bewegungsrichtung (B) geneigt ist, und mindestens ein Teil der Körner (1, 3) an die Fläche (4) mit dem negativen Neigungswinkel gebunden ist.

4. Das Werkzeug gemäß Anspruch 3, worin die an die Fläche (4) mit dem negativen Neigungswinkel gebundenen Körner (1, 3) in einer Konzentration anwesend sind, in der der Neigungswinkel in Grad nicht mehr als 1/3 der Kornkonzentration in Prozent beträgt.

5. Das Werkzeug nach Anspruch 1, umfassend nachfolgende Schneidhöhen (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D), umfassend mindestens 50% der Vielzahl von Schneidhöhen, worin jede Schneidhöhe der nachfolgenden Schneidhöhen (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D) ungefähr die gleiche Anzahl an Körnern enthält.

6. Das Werkzeug nach Anspruch 1, worin ein Bereich eines jeden Zahnes (73, 83, 93) mit nachfolgenden Schneidhöhen (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D), umfassend mindestens 50% der Schneidhöhen des Zahnes (73, 83, 93) assoziiert ist, und worin jede Schneidhöhe der nachfolgenden Schneidhöhen (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D) ungefähr die gleiche Anzahl an Körnern enthält.

7. Das Werkzeug nach Anspruch 6, worin der mit den nachfolgenden Schneidhöhen (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D) mit ungefähr der gleichen Anzahl an Körnern assoziierte Bereich eines jeden Zahnes (Abb. 6, 73, 83, 93) einen konstanten Querschnitt hat.

8. Das Werkzeug nach Anspruch 6, worin der mit den nachfolgenden Schneidhöhen (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D) mit ungefähr der gleichen Anzahl an Körnern assoziierte Bereich eines jeden Zahnes (Abb. 6, 73, 83, 93) einen obersten Querschnitt und einen untersten Querschnitt aufweist und der oberste Querschnitt kleiner als der unterste Querschnitt ist.

9. Das Werkzeug nach Anspruch 6, worin die nachfolgenden Schneidhöhen (3, 14, Abb. 4B, 4C, 4D, 5B, 5C, 5D) mit ungefähr der gleichen Anzahl an Körnern mindestens die untersten 50% der Schneidhöhen eines jeden Zahnes (73, 83, 93) umfassen.

10. Das Werkzeug gemäß Anspruch 9, worin die Substratoberfläche (8) eine beabsichtigte Bewegungsrichtung (B) hat, worin mindestens die obersten 10% eines jeden Zahnes eine Fläche (4) aufweisen, die in einem negativen Winkel in Bezug auf die beabsichtigte Bewegungsrichtung (B) geneigt ist, und mindestens ein Teil der Körner (1, 3) an die Fläche (4) mit dem negativen Neigungswinkel gebunden ist, wodurch eine Trapezschneidoberfläche erzeugt wird.

11. Das Werkzeug nach Anspruch 1, worin die Konzentration der Körner weniger als 75% beträgt.

12. Das Werkzeug nach Anspruch 1, worin die Zähne (73, 83, 93) eine Härte von zwischen ungefähr 38 und 42 Ra aufweisen.

13. Ein Schneidverfahren unter Verwendung des Schneidwerkzeugs nach Anspruch 1, umfassend die Schritte:

a) Bewegen der Substratoberfläche (8, 16, 72, 92) in einer beabsichtigten Rotationsrichtung,

b) Inkontaktbringen der obersten Schneidhöhe von mindestens einem Zahn (73, 83, 93) mit einem Werkstück (W) an einem Kontaktpunkt, und

c) Aufbringen einer konstanten Kraft auf das auf den Kontaktpunkt gerichtete Werkzeug;

dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Kraft ausreichend ist, um das Werkstück (W) zu schneiden, die Stärke der Bindung ausreichend ist, um Abblättern zu widerstehen, die vorbestimmte Verschleißfestigkeit der Körner derart ist, daß die Körner (1, 13) der anfänglich obersten Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) unter Anwendung der konstanten Kraft brechen und die Verschleißfestigkeit der Zähne (73, 83, 93) derart ist, daß der mit der anfänglich obersten Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) assoziierte Bereich des Zahnes (73, 83, 93) ungefähr mit derselben Geschwindigkeit verschleißt wie die Körner (1, 13) der anfänglich obersten Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5A) brechen;

wodurch ein im wesentlichen gleichzeitiges Entfernen der Körner (1, 13) der anfänglich obersten Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5B) von ihrer Bindung und des mit der anfänglich obersten Schneidhöhe (1, 13, Abb. 4A, 5B) assoziierten Bereich des Zahnes (73, 83, 93) verursacht wird; und

wodurch die Körner der zweitobersten Schneidhöhe dem Werkstück (W) ausgesetzt werden.

14. Das Verfahren nach Anspruch 13, worin mindestens ein Bereich eines jeden Zahnes (73, 83, 93) eine Fläche aufweist, welche in einem negativen Winkel in Bezug auf die beabsichtigte Bewegungsrichtung geneigt ist, und mindestens ein Teil der Körner an die Fläche mit dem negativen Neigungswinkel gebunden ist.

15. Das Verfahren nach Anspruch 14, worin ein Werkstück (W), wenn es geschnitten wird, Schleifspäne erzeugt und worin die an die Schneidoberfläche mit dem negativen Neigungswinkel gebundenen Körner in einer Konzentration anwesend sind, in der der Neigungswinkel in Grad nicht mehr als 1/3 der Kornkonzentration in Prozent beträgt, wodurch die Körner der obersten Schneidhöhe vor Unterschneiden durch die Schleifspäne geschützt werden.

16. Das Verfahren nach Anspruch 13, worin die Korngröße zwischen ungefähr 100 mm und 600 mm beträgt.

17. Das Verfahren nach Anspruch 13, worin das Werkstück (W) eine Maurerarbeit mit einer Mohsschen Härte von mindestens 7 (Knoop-Härte von mindestens 700) ist.

18. Ein Schleifschneidwerkzeug, umfassend eine Substratoberfläche (8, 16, 72, 92) mit einer Vielzahl von sich davon erstreckenden Zähnen (73, 83, 93), wobei die Zähne (73, 83, 93) eine Oberfläche und eine vorbestimmte Verschleißfestigkeit haben, und einer Schicht, umfassend Superschleifkörner (76, 85, 95);

dadurch gekennzeichnet, daß die die Schleifkörner (76, 85, 95) umfassende Schicht an mindestens einen Bereich der Oberfläche eines jeden Zahnes (73, 83, 93) chemisch gebunden ist, um eine Vielzahl von Schneidhöhen parallel zu der Substratoberfläche (8, 16, 72, 92) zu definieren, wobei die Körner eine vorbestimmte Verschleißfestigkeit haben und die Verschleißfestigkeit der Zähne und die Verschleißfestigkeit der Körner derart vorbestimmt sind, daß, wenn eine gegebene Schneidhöhe mit einem Werkstück (W) unter einer optimalen Last in Kontakt tritt, die Körner der gegebenen Schneidhöhe mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit verschleißen und brechen wie der mit der gegebenen Schneidhöhe assoziierte Bereich des Zahnes abgetragen wird.

19. Das Werkzeug nach Anspruch 18, worin die Zähne (73, 83, 93) eine Härte von zwischen 5 und 8, 5 auf der Mohsschen Härteskala (38 Ra und 42 Ra) haben.

20. Das Werkzeug nach Anspruch 19, worin die Körner einen relativen Festigkeitsindex von mindestens einer Minute, gemessen durch den FEPA-Standard zur Bestimmung der relativen Festigkeit von Sägediamanten, aufweisen.

21. Das Schleifschneidwerkzeug von Anspruch 1, worin das Werkzeug ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sägeblättern, Aufbohrern und Schleifscheiben.

22. Das Schleifschneidwerkzeug nach Anspruch 18, worin das Werkzeug ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Sägeblättern, Aufbohrern und Schleifscheiben.