DE69712613T2

DE69712613T2 - Vorrichtung und verfahren zum schärfen eines längliches rotierendes werkzeuges

Info

Publication number: DE69712613T2
Application number: DE69712613T
Authority: DE
Inventors: R. Shaffer
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2017-01-16
Also published as: JP2000507164A; ZA971606B; US5762538A; KR19990087657A; EP0891242B1; US5709587A; ES2174219T3; AU1832497A; AU718250B2; ATE217560T1; DE891242T1; CN1214644A; WO1997035686A1; EP0891242A1; BR9708313A; DE69712613D1

Description

HINTERGRUND

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs mit einem Spitzenabschnitt, der eine scharfe Spitzenschneidkante aufweist, und einem langgestreckten Abschnitt, der eine scharfe, durchgehende Schneidkante aufweist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Behandeln eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs mit einem Spitzenabschnitt, der eine scharfe Spitzenschneidkante aufweist, und einem langgestreckten Abschnitt, der eine scharfe, durchgehende Schneidkante aufweist.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs (zum Beispiel ein Bohrer) aus Sinterhartmetall, das eine scharfe Schneidkante aufweist, und eine Vorrichtung zum Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs (zum Beispiel ein Bohrer) aus Sinterhartmetall, das eine scharfe Schneidkante aufweist.
Bei der Herstellung eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs, das eine scharfe Schneidkante aufweist, wie z. B. ein Bohrer, Schaftfräser. Wälzfräser oder eine Reibahle aus einem Sinterhartmetall, z. B. aus mit Cobalt gehärtetem Wolframcarbid, mußte man bisher die wie geschliffen ausgebildeten Oberflächen beaufschlagen und die scharfe Schneidkante mit einer Bürste honen. Bei der typischen Bürste wird ein Nylonfilament verwendet, das mit Siliciumcarbidpartikeln der Korngröße 120 (durchschnittlicher Partikeldurchmesser von etwa 142 Mikrometer (um)) imprägniert ist, wobei sich das Filament aus etwa 30 Gew.-% Siliciumcarbid zusammensetzt. Die Bürste rotiert mit einer Drehzahl von etwa 750 UpM und beaufschlagt die ausgewählten Oberflächen und scharfen Schneidkanten für etwa 15 Sekunden. Die Verwendung des Bürstenverfahrens zum Beaufschlagen der wie geschliffen ausgebildeten Oberflächen und zum Honen der scharfen Schneidkante(n) eines langgestreckten drehbaren Werkzeugs hat jedoch eine Reihe von Nachteilen.
Ein Nachteil bei dem Bürstenverfahren selbst ist die Anzahl der zum Bürsten des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs notwendigen Schritte. Nur durch physische Manipulation trifft die Bürste auf die verschiedenen Oberflächen und auch auf bestimmte Kanten des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs auf Bei einem Bohrer muß die Bürste die axial vorderen Schneidkanten, die seitlichen Schneidkanten, die axial vorderen, wie geschliffen ausgebildeten Oberflächen und möglicherweise auch die Kanten der Spannuten beaufschlagen. Diese Kanten und Oberflächen sind unterschiedlich ausgerichtet, so daß zumindest mehrere Schritte notwendig sind, um das Honen vollständig durchzuführen. Die Notwendigkeit der Verwendung mehrerer Bearbeitungsschritte erhöht die Kosten und vermindert die Effizienz des Bürstenverfahrens. Angesichts dieses Nachteils wäre es wünschenswert, ein Verfahren zum Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs bereitzustellen, das eine scharfe Schneidkante hat, wobei das Verfahren eine Mindestanzahl von Schritten umfaßt, um die Kosten zu senken und die Effizienz des Verfahrens zu erhöhen.
Ein weiterer Nachteil bei dem Bürstenverfahren liegt darin, daß das langgestreckte, drehbare Werkzeug keine axial vordere Schneidkante aufweist, die eine gleichbleibende Kantenvorbereitung, d. h. Kantenbeschaffenheit über die Spanfläche des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs hat. Bei einem Bohrer mit einander diametral gegenüberliegenden axial vorderen Schneidkanten, die nach dem Bürstenverfahren behandelt wurden, haben diese Schneidkanten keine gleichbleibende Kantenvorbereitung. Insbesondere ist die Oberflächenrauhigkeit sowie das Vorhandensein abgebrochener oder abgeplatzter Kanten nicht bei jeder Schneidkante gleich. Wenn ein langgestrecktes, drehbares Werkzeug wie zum Beispiel ein Bohrer axial vordere Schneidkanten hat, die ungleichmäßig sind, neigt der Bohrer dazu, während des Schneidvorgangs, d. h. während des Bohrens, um seine Längsachse zu wackeln. Das Auftreten dieses Wackelns während des Bohrens führt dazu, daß die Form bzw. der Querschnitt der Löcher (bzw. Bohrlöcher) exzentrisch oder oval wird, so daß die Löcher ihre Rundheit verlieren.
Ein weiterer Nachteil bei dem Bürstenverfahren heut darin, daß die Kantenvorbereitung für ein langgestrecktes, drehbares Werkzeug zwar vielleicht immer noch im Rahmen der Spezifikation liegt, doch über die gesamte Länge der Schneidkante immer noch einen gewissen Grad an Ungleichmäßigkeit aufweist. Zum Beispiel kann es bei der einen Länge der Schneidkante zu einer maximalen Abweichung vom Sollparameter in einer Richtung kommen, und bei einer anderen Länge der Schneidkante kann es zu einer maximalen Abweichung vom Sollparameter in die andere Richtung kommen. Wenngleich jeder Punkt entlang der Schneidkante im Bereich des vorgegebenen Parameters liegt, führt das Ausmaß dieser Abweichung vom Sollparameter über die gesamte Länge der Schneidkante zu einer nicht ganz optimalen Leistung des Langgestreckten, drehbaren Werkzeugs, wie zum Beispiel zum Wackeln des Bohrers während des Schneidvorgangs.
Ein weiterer Nachteil bei einem nach dem Bürstenverfahren behandelten langgestreckten, drehbaren Werkzeug, z. B. einem Bohrer, tritt bei Präzisionsbohranwendungen auf. Bei dieser Art von Anwendung behalten zwar die entstehenden Löcher bzw. Bohrlöcher im wesentlichen ihre Rundheit, doch kommt es infolge von Abweichungen vom Sollparameter bei dem Bohrer immer noch zu einer gewissen Abweichung vom Solldurchmesser. Bei einer Präzisionsbohranwendung ist jegliche Abweichung vom Solldurchmesser ein unerwünschtes Merkmal, da das Loch bzw. Bohrloch seine Rundheit verlieren kann.
Die obengenannten, bei dem Bürstenverfahren auftretenden Nachteile hinsichtlich der Ungleichmäßigkeit der Kantenvorbereitung oder hinsichtlich des Ausmaßes der Abweichung vom Sollparameter für die Schneidkante zeigen, daß Verbesserungen gegenüber dem Bürstenverfahren wünschenswert sind. Es wäre wünschenswert, ein Verfahren zum Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und das daraus resultierende langgestreckte, drehbare Werkzeug bereitzustellen, wobei das langgestreckte, drehbare Werkzeug eine gehonte Schneidkante aufweist, die eine gleichbleibende Kantenvorbereitung hat, insbesondere im Fall einer axial vorderen Schneidkante, die sich über die Stirnseite des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs erstreckt. Es wäre außerdem wünschenswert, ein Schneidverfahren bereitzustellen, bei dem das resultierende langgestreckte, drehbare Werkzeug verwendet wird, um ein Loch bzw. Bohrloch mit zufriedenstellender Rundheit herzustellen, insbesondere bei Anwendungen des Präzisionsschneidens.
Noch ein weiterer Nachteil bei dem Bürstenverfahren liegt darin, daß nach dem Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs, zum Beispiel eines Bohrers, die Schnittlinie zwischen der den Außendurchmesser des Bohrers begrenzenden Oberfläche (oder Seitenkante) und der axial vorderen Schneidkante des Bohrers übermäßig gehont wird. Oftmals ist das Ausmaß des Honens so stark, daß diese Schnittlinie "überhont" wird. Wenn man das für das Honen an dieser Schnittlinie vorgegebene Maß (bzw. Ausmaß) überschreitet, wird die Schneidkante gerundet, d. h. sie verliert ihre Schärfe. Die gerundeten Schneidkanten (d. h. der Verlust einer scharfen Kante am Übergang zwischen dieser Oberfläche und der axial vorderen Schneidkante) haben zur Folge, daß der Bohrer kein optimales Schneidvermögen hat, so daß zusätzlicher Druck, d. h. Kraft, zum Bohren mit einem "überhonten" Bohrer benötigt wurde. Der Einsatz zusätzlicher Kraft verkürzt im allgemeinen die Lebensdauer des Bohrers.
Ein weiterer Nachteil bei dem Bürstenverfahren ist das übermäßige Rundwerden der vorderen Schneidkante (bzw. Spitzenschneidkante) eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs wie zum Beispiel eines Bohrers. Das Vorhandensein einer übermäßigen Rundung der vorderen Schneidkante führt zu einer Verminderung des Schneidvermögens des Bohrers. Wie bei dem überhonten Zustand kommt es durch den zusätzlichen Druck, der notwendig ist, um einen Bohrer mit einer gerundeten vorderen Schneidkante entsprechend zu betätigen, im allgemeinen zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Bohrers.
Die Nachteile im Zusammenhang mit dem Überhonen des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs und dem Rundwerden der vorderen Schneidkante zeigen, daß es wünschenswert wäre, ein Verfahren zum Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und das resultierende langgestreckte, drehbare Werkzeug bereitzustellen, wo das langgestreckte, drehbare Werkzeug nicht überhont wird und die vordere Schneidkante während des Honens nicht übermäßig gerundet wird.
Ein weiterer Nachteil bei dem Bürstenverfahren liegt darin, daß Schleifmarken von den wie geschliffen ausgebildeten Oberflächen (bzw. Spanflächen) des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs nicht entfernt werden können. Diese Schleifmarken resultieren aus dem anfänglichen Schleifvorgang, bei dem die axial vorderen Oberflächen und die Schneidkanten ausgebildet werden. Das Bürstenverfahren beseitigt diese Schleifmarken nicht, sondern hinterläßt stattdessen viele der Schleifmarken in der Oberfläche des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs. Jede Schleifmarke erhöht die Belastung. Jedesmal, wenn die Belastung erhöht wird, erhöht sich auch das Potential für eine verkürzte Lebensdauer des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs infolge des Abplatzens. Dieser Nachteil zeigt, daß es wünschenswert wäre, ein Verfahren zum Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und das resultierende langgestreckte, drehbare Werkzeug bereitzustellen, mit dem eine Erhöhung der Belastung in Form von Schleifmarken in den wie geschliffen ausgebildeten Oberflächen des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs signifikant verringert (wenn nicht im wesentlichen beseitigt) wird. Die signifikante Verringerung oder sogar Beseitigung der Schleifmarken erhöht das Potential für eine längere Lebensdauer des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs.
Die US 3,078,546, die den am nächsten kommenden Stand der Technik darstellt, zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs mit einer scharfen Schneidkante an seinem langgestreckten Abschnitt. Dieser Stand der Technik betrifft ein zweistufiges Verfahren zur Ausbildung der Schneidkante eines Fräsers nach Ausbildung einer Rückseite, eines primären Zwischenraums und eines sekundären Zwischenraums. In dem ersten Schritt wird der primäre Zwischenraum geglättet, indem man ihn der Schleifwirkung einer relativ feinkörnigen Schleifscheibe aussetzt. In dem zweiten Schritt wird der primäre Zwischenraum durch Flüssigkeitshonen bzw. Strahlhonen zu einer feineren und glatteren Oberfläche weiter reduziert, während die Schneidkante gerundet wird.
Die US 4,769,956 lehrt eine Vorrichtung zum Reinigen und Behandeln von Metallbauteilen wie zum Beispiel runden Bändern, Ringen und Zylindern. Als Fluid werden Schleifmittel wie Sand oder sonstige geeignete Schleifpartikel verwendet, die aus unterschiedlichen Düsen vorzugsweise auf direkt gegenüberliegende Oberflächen des zu behandelnden Gegenstands gerichtet werden, um eine Verformung der Oberfläche zu vermeiden.
Weitere Patentdokumente offenbaren verschiedene Verfahren und Vorrichtungen, mit denen die Oberfläche eines Werkstücks mit Schleifmittel beaufschlagt wird. In keinem dieser Patentdokumente wird jedoch ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Behandeln oder Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs erörtert, das eine scharfe Schneidkante aufweist, wie zum Beispiel ein Bohrer, Schaftfräser, Wälzfräser oder eine Reibahle. Diese Patentdokumente behandeln diese Technologie ganz allgemein, doch bieten sie keine Lösungen für die obengenannten Nachteile. Es folgt nun eine kurze Beschreibung dieser Patentdokumente.
Mit Bezug auf diese Patentdokumente beschreibt die GB 1,184,052 von Ashworth et al. ein Verfahren, mit dem man einen Zinnbelag von legierten Kolben beseitigen kann, die gegossen und dann vor der Beschichtung bearbeitet wurden. Das Verfahren ermöglicht das Naßstrahlen der bearbeiteten Kolben mit einem Schleifmittel. Die mit dem nassen Schleifmittelstrahl erzeugte Oberfläche ist beständig gegen Abrieb, und die Gleiteigenschaften der abgeschliffenen Oberfläche sind verbessert.
Die US 5,341,602 von Foley betrifft ein mit einem Polierbrei arbeitendes Polierverfahren zum Entfernen von Metallbelag von einem komplexen Teil wie zum Beispiel einer Turbinenschaufel. Die US 5.341.602 zeigt eine Vorrichtung, die den unter hohem Druck stehenden Brei über die Oberfläche der Turbinenschaufel verteilt, um den Metallbelag gleichmäßig zu entfernen, wodurch die Notwendigkeit des Mischens von Hand und des zusätzlichen Polierens mit einem Brei zur Korrektur einer ungleichmäßigen Entfernung des Metallbelags verringert wird.
Die US 4,280,302 von Ohno betrifft eine Vorrichtung zur Verwendung von Honkörnern zum Schleifen eines Werkstücks. Die Vorrichtung erlaubt, daß das Werkstück gedreht sowie nach oben und nach unten bewegt wird, um das notwendige Schleifen des Werkstücks zu erzielen.
Die GB 1,236,205 von Field betrifft ein Verfahren zum Abschleifen der Oberfläche einer Bohrung in einem Rohr mittels Brei. Ein Brei aus Schleifmittel und Flüssigkeit wird durch Druckgas an der Bohrung des Rohres entlanggetrieben, wodurch die Oberfläche der Bohrung des Rohres beaufschlagt wird. Das Ergebnis ist eine Bohrungsoberfläche mit einer in einem vorgegebenen Bereich liegenden Oberflächengüte.
Die GB 1,266,140 von Ashworth erwähnt die Verwendung eines Schleifmittelbreis zum Behandeln der Oberfläche eines Werkstücks. Insbesondere ist in diesem Patent das Anbringen eines Gehäuses um das Werkstück vorgesehen, wobei das Gehäuse mit einem Sog beaufschlagt wird, um einen Strom von Primärluft in das Gehäuse zu ziehen, wobei ein Brei aus Schleifmittel und Flüssigkeit in dem Primärluftstrom befördert wird, der Brei aus Schleifmittel und Flüssigkeit gegen die Oberfläche des Werkstücks gerichtet wird, und der Brei dann entfernt wird. Es wird angenommen, daß dieses Verfahren ein sanfteres Abschleifen ermöglicht als ein trockenes Abschleifen.
Die US 2,497,021 von Sterns zeigt eine Vorrichtung zum Schleifen oder Honen mit Hilfe eines Sprühbreis. Die Vorrichtung arbeitet mit einem zylindrischen Element mit spiralförmigen Kanälen, um den Strom des Schleifmittelbreis zu dem Werkstück zu regulieren.
Die US 3,039,234 von Balman Zeit eine Vorrichtung, die zum Honen der Innenseite eines Kanals verwendet wird, indem das abrasive Fluid durch den Kanal hin- und hergeschickt wird.
Die US 3,802,128 von Minear et al. betrifft eine Vorrichtung, die Metall von einem Werkstück entfernt, indem Schleifpartikel aus der Vorrichtung ausgestoßen werden. Die Schleifpartikel stehen in mechanischem Kontakt mit dem Werkstück, um Metall davon zu entfernen.
Die US 4,687,142 von Sasao et al. zeigt eine Vorrichtung zum Honen des inneren Durchgangs eines Kraftstoffaustrittskanals, indem ein abrasives Fluid gegen die Oberfläche gerichtet wird. Das abrasive Fluid glättet auch den Ventilsitz und rundet die Schnittlinie des Austrittskanals und des Ventilsitzes.
Die US 4,203,257 von Jamison et al. zeigt ein Verfahren zum Bohren von Löchern in Leiterplatten und dann zum Reinigen der Löcher mit einem Schleifmittelbrei.
Während man mit dem Bürstenverfahren harte Elemente mit einer insgesamt ausreichenden Leistung erhielt, zeigt die obige Beschreibung der Nachteile des Bürstenverfahrens und der Mangel an Patentdokumenten, die diese Nachteile beheben, daß es noch manches zu verbessern gibt beim Behandeln bzw. Honen harter Elemente mit scharfen Schneidkanten.

ZUSAMMENFASSUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs bereitzustellen, das scharfe Schneidkanten an einem Spitzenabschnitt und an einem langgestreckten Abschnitt aufweist, wobei das Verfahren eine Mindestanzahl von Schritten umfaßt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs mit einer scharfen Schneidkante bereitzustellen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und das resultierende langgestreckte, drehbare Werkzeug, wobei das langgestreckte, drehbare Werkzeug eine gehonte Schneidkante aufweist, die eine gleichbleibende Kantenvorbereitung hat.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs mit einer scharfen Schneidkante sowie das langgestreckte, drehbare Werkzeug bereitzustellen, wobei der Übergang zwischen der vorderen Schneidkante und der seitlichen Schneidkante nicht überhont, aber scharf ist.
Schließlich ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Honen eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs mit einer scharfen Schneidkante sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und das langgestreckte, drehbare Werkzeug bereitzustellen, wobei die Spanfläche des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs keine Schleifmarken hat, die zu einer Erhöhung der Belastung führen.
Die obigen Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 11. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es folgt nun eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, die Bestandteil dieser Patentanmeldung sind:
- Fig. 1 ist eine Draufsicht eines Bohrers nach dem Stand der Technik, der nach dem bekannten Verfahren des Bürstenhonens behandelt wurde;
- Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Bohrers nach dem Stand der Technik, der nach dem bekannten Verfahren des Bürstenhonens behandelt wurde;
- Fig. 2A ist eine vergrößerte Ansicht des Übergangs zwischen der axial vorderen Schneidkante und der Seitenkante der in Fig. 2 gezeigten speziellen Ausführungsform;
- Fig. 3 ist eine schematisch-perspektivische Ansicht einer speziellen Ausführungsform einer Vorrichtung zum Honen der scharfen Kante eines harten Elements, wobei ein Abschnitt des Gehäuses entfernt wurde, um die Bestandteile der Vorrichtung zu zeigen;
- Fig. 4 ist eine Draufsicht einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde;
- Fig. 5 ist eine Seitenansicht einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde;
- Fig. 5A ist eine vergrößerte Ansicht des Übergangs zwischen der axial vorderen Schneidkante und der Seitenkante der in Fig. 5 gezeigten speziellen Ausführungsform;
- Fig. 6 ist eine Photographie des axial vorderen Endes eines Bohrers aus gehärtetem Wolframcarbid (WC-Co), der mit dem Bürstenverfahren behandelt wurde (die weiße Maßstabsmarkierung in der linken unteren Ecke der Photographie entspricht etwa 1 Millimeter (mm); somit handelt es sich um eine etwa 12fache Vergrößerung);
- Fig. 7 ist eine Photographie (die weiße Maßstabsmarkierung in der linken unteren Ecke der Photographie entspricht etwa 1,6 mm; somit handelt es sich um eine etwa 7,5fache Vergrößerung) von der Seite des axial vorderen Endes des Bohrers aus gehärtetem Wolframcarbid gemäß Fig. 6;
- Fig. 8 ist eine Photographie (die weiße Maßstabsmarkierung in der linken unteren Ecke der Photographie entspricht etwa 0,23 mm; somit handelt es sich um eine etwa 56fache Vergrößerung) von der Seite des axial vorderen Endes des Bohrers aus gehärtetem Wolframcarbid gemäß Fig. 6;
- Fig. 9 ist eine Photographie (die weiße Maßstabsmarkierung in der linken unteren Ecke der Photographie entspricht etwa 0,28 mm; somit handelt es sich um eine etwa 46fache Vergrößerung) von der Oberseite des axial vorderen Endes des Bohrers aus gehärtetem Wolframcarbid gemäß Fig. 6;
- Fig. 10 ist eine Photographie (die weiße Maßstabsmarkierung in der linken unteren Ecke der Photographie entspricht etwa 1,1 mm; somit handelt es sich um eine etwa 12fache Vergrößerung) von der Oberseite des axial vorderen Endes eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Bohrers aus gehärtetem Wolframcarbid (WC-Co);
- Fig. 11 ist eine Photographie (die weiße Maßstabsmarkierung in der rechten unteren Ecke der Photographie entspricht etwa 1,7 mm; somit handelt es sich um eine etwa 9fache Vergrößerung) von der Seite des axial vorderen Endes des Bohrers aus gehärtetem Wolframcarbid gemäß Fig. 10;
- Fig. 12 ist eine Photographie (die weiße Maßstabsmarkierung in der linken unteren Ecke der Photographie entspricht etwa 0,25 mm; somit handelt es sich um eine etwa 54fache Vergrößerung) von der Seite des axial vorderen Endes des Bohrers aus gehärtetem Wolframcarbid gemäß Fig. 10; und
- Fig. 13 ist eine Photographie (die weiße Maßstabsmarkierung in der linken unteren Ecke der Photographie entspricht etwa 0,28 mm; somit handelt es sich um eine etwa 43fache Vergrößerung) von der Oberseite des axial vorderen Endes des Bohrers aus gehärtetem Wolframcarbid gemäß Fig. 10.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Um die bedeutenden Vorteile dieser Erfindung deutlich zu machen, legt der Anmelder Fig. 1 und 2 bei, die den Aufbau eines nach dem typischen bekannten Verfahren, d. h. durch Bürstenhonen gehonten Bohrers (mit Cobalt gehärtetes Wolframcarbid) veranschaulichen. Der Anmelder legt außerdem Fig. 6 bis 9 bei, bei denen es sich um Photographien eines Bohrers aus Wolframcarbid handelt, der nach dem Bürstenverfahren gehont wurde. Infolgedessen werden die Fig. 1, 2 und 6 bis 9 als "STAND DER TECHNIK" bezeichnet.
Bezüglich der Art dieser Bohrer ist in den Zeichnungen und Photographien ein Bohrer mit zwei Spannuten veranschaulicht, der Kühlmittelkanäle aufweist. Die typischen Arten von Werkstoffen, aus denen dieser Bohrer mit zwei Spannuten und Kühlmittelkanälen besteht, umfassen Kohlenstoff, legierten Stahl und Gußstahl, hochlegierten Stahl, Temperguß, Grauguß. Kugelgraphiteisen, Messing und Kupferlegierungen.
Es versteht sich, daß auch andere Arten von langgestreckten, drehbaren Werkzeugen in den Rahmen der Erfindung fallen und ohne Einschränkung Schaftfräser, Wälzfräser und Reibahlen umfassen. Es versteht sich auch, daß verschiedene Arten von Bohrern in den Rahmen dieser Erfindung fallen. In dieser Hinsicht umfassen andere Arten von Bohrern ohne Einschränkung einen Bohrer mit drei Spannuten und einen Bohrer mit zwei Spannuten, der keine Kühlmittelkanäle hat. Der Bohrer mit drei Spannuten schneidet normalerweise Grauguß, Kugelgraphiteisen, Titan und seine Legierungen, Kupferlegierungen. Magnesiumlegierungen, Aluminiumknetlegierungen, Aluminiumlegierungen mit mehr als 10 Gew.-% Silicium und Aluminiumlegierungen mit weniger als 10 Gew.-% Silicium. Der Bohrer mit zwei Spannuten und ohne Kühlmittelkanäle schneidet normalerweise Kohlenstoffstahl, legierten Stahl und Gußstahl, hochlegierten Stahl, Temperguß, Grauguß, Kugelgraphiteisen. Messing und Kupferlegierungen. Neben den obengenannten metallischen Werkstoffen können die Bohrer, Schaftfräser, Wälzfräser und Reibahlen auch noch andere metallische Werkstoffe, polymere Werkstoffe und keramische Werkstoffe und ohne Einschränkung auch Kombinationen derselben (z. B. Laminate, Macrocomposites und dergleichen) und Verbundstoffe derselben wie zum Beispiel Verbundstoffe mit einer Metallmatrix, Verbundstoffe mit einer Polymermatrix und Verbundstoffe mit einer Keramikmatrix schneiden.
Ein typischer Werkstoff für das Substrat 10 ist mit Cobalt gehärtetes Wolframcarbid. Weitere typische Werkstoffe umfassen wolframcarbidhaltige Werkstoffe mit sonstigen Carbiden (z. B. TaC, NbC. TiC, VC), die als einfache Carbide oder in fester Lösung vorhanden sind. Die Menge an Cobalt kann 1111 Bereich zwischen etwa 0,2 Gew.-% und etwa 20 Gew.-% liegen, wenngleich der typischere Bereich zwischen etwa 5 Gew.-% und etwa 16 Gew.-% liegt. Typische Wolframcarbid-Cobalt-Zusammensetzungen (oder Zusammensetzungen aus einem wolframcarbidhaltigen Material und Cobalt), die für einen Bohrer oder ein sonstiges hartes Element (z. B. eine Reibahle) verwendet werden. umfassen die folgenden Zusammensetzungen und ihre Eigenschaften
Die Zusammensetzung Nr. 1 enthält etwa 11,5 Gew.-% Cobalt, Rest Wolframcarbid. Bei der Zusammensetzung Nr. 1 beträgt die durchschnittliche Korngröße von Wolframcarbid etwa 1-4 Mikrometer (um), die Dichte beträgt etwa 12.790 ± 100 Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³), die Vickers-Härte beträgt etwa 1350 ± 50 HV30, die magnetische Sättigung beträgt etwa 86,5 Prozent (± 7,3 Prozent), wobei 100 Prozent gleich etwa 202 Mikroteslakubikmeter pro Kilogramm Cobalt (uTm³/kg) (etwa 160 Gausskubikzentimeter pro Gramm Cobalt/Gauss-cm³/g) sind, die Koerzitivfeldstärke beträgt etwa 140 ± 30 Oersted, und die Biegebruchfestigkeit beträgt etwa 2,25 Gigapascal (GPa).
Die Zusammensetzung Nr. 2 enthält etwa 11,0 Gew.-% Cobalt, 8,0 Gew.-% Ta(Nb)C, 4,0 Gew.-% TiC, Rest Wolframcarbid. Bei der Zusammensetzung Nr. 2 beträgt die durchschnittliche Korngröße von Wolframcarbid etwa 1-8 um, die Dichte beträgt etwa 13.00 ± 100 kg/m³, die Vickers-Härte beträgt etwa 1380 ± 50 HV30, die magnetische Sättigung beträgt etwa 86,4 Prozent (± 7,2 Prozent), die Koerzitivfeldstärke beträgt etwa 170 ± 15 Oersted, und die Biegebruchfestigkeit beträgt etwa 2,5 GPa.
Die Zusammensetzung Nr. 3 enthält etwa 6,0 Gew.-% Cobalt, 1,6 Gew.-% Ta(Nb)C, Rest Wolframcarbid. Bei der Zusammensetzung Nr. 3 beträgt die durchschnittliche Korngröße von Wolframcarbid etwa 1 um, die Dichte beträgt etwa 14.850 ± 50 kg/m³, die Vickers-Härte beträgt etwa 1690 ± 50 HV30, die magnetische Sättigung beträgt etwa 86,6 Prozent (± 7,4 Prozent), die Koerzitivfeldstärke beträgt etwa 240 ± 30 Oersted, und die Biegebruchfestigkeit beträgt etwa 2,6 GPa.
Die Zusammensetzung Nr. 4 enthält etwa 9,5 Gew.-% Cobalt, Rest Wolframcarbid. Bei der Zusammensetzung Nr. 4 beträgt die durchschnittliche Korngröße von Wolframcarbid etwa 0,8 um, die Dichte beträgt etwa 14.550 ± 50 kg/m³, die Vickers-Härte beträgt etwa 1550 ± 30 HV30, die magnetische Sättigung beträgt etwa 86,5 Prozent (± 7,3 Prozent), die Koerzitivfeldstärke beträgt etwa 245 ± 20 Oersted, und die Biegebruchfestigkeit beträgt etwa 3,6 GPa.
Die Zusammensetzung Nr. 5 enthält etwa 8,5 Gew.-% Cobalt, Rest Wolframcarbid. Bei der Zusammensetzung Nr. 5 beträgt die durchschnittliche Korngröße von Wolframcarbid etwa 2,5 um, die Dichte beträgt etwa 14.700 ± 100 kg/m³, die Vickers-Härte beträgt etwa 1400 ± 30 HV30, die magnetische Sättigung beträgt etwa 86,8 Prozent (± 7,6 Prozent), die Koerzitivfeldstärke beträgt etwa 150 ± 20 Oersted, und die Biegebruchfestigkeit beträgt etwa 3,0 GPa.
Die Zusammensetzung Nr. 6 enthält etwa 9,0 ± 0,4 Gew.-% Cobalt, etwa 0,3 bis 0,5 Gew.-% Tantal und nicht mehr als etwa 0,2 Gew.-% Niobium in Form von Ta(Nb)C, nicht mehr als etwa 0,4 Gew.-% Titan in Form von TiC, Rest Wolframcarbid. Bei der Zusammensetzung Nr. 6 beträgt die durchschnittliche Korngröße von Wolframcarbid etwa 1-10 um, die Dichte beträgt etwa 14.450 ± 150 kg/m³, die Rockwell-Härte A beträgt etwa 89,5 ± 0,6, die magnetische Sättigung beträgt etwa 93 Prozent (± 5 Prozent), die Koerzitivfeldstärke beträgt etwa 130 ± 30 Oersted, und die Biegebruchfestigkeit beträgt etwa 2,4 GPa.
Die Zusammensetzung Nr. 7 enthält etwa 10,3 ± 0,3 Gew.-% Cobalt, etwa 5,2 ± 0,5 Gew.-% Tantal und etwa 3, 4 ± 0,4 Gew.-% Niobium in Form von Ta(Nb)C, etwa 3, 4 ± 0,4 Gew.-% Titan in Form von TiC, Rest Wolframcarbid. Bei der Zusammensetzung Nr. 7 beträgt die durchschnittliche Korngröße von Wolframcarbid etwa 1-6 um, die Porosität beträgt A06, B00, C00 (laut ASTM- Test B 276-86 mit dem Titel "Standard Test Method for Apparent Porosity in Cemented Carbides"/Standardprüfverfahren für die scheinbare Porosität bei Sinterhartmetallen), die Dichte beträgt etwa 12.900 ± 200 kg/m³, die Rockwell- Härte A beträgt etwa 91 ± 0,3 HV30, die magnetische Sättigung beträgt zwischen etwa 80 Prozent und etwa 100 Prozent, die Koerzitivfeldstärke beträgt etwa 160 ± 20 Oersted, und die Biegebruchfestigkeit beträgt etwa 2,4 GPa.
Die Zusammensetzung Nr. 8 enthält etwa 11,5 ± 0,5 Gew.-% Cobalt, etwa 1,9 ± 0,7 Gew.-% Tantal und etwa 0,4 ± 0,2 Gew -% Niobium in Form von Ta(Nb)C, nicht mehr als etwa 0,4 Gew.-% Titan in Form von TiC, Rest Wolframcarbid. Bei der Zusammensetzung Nr. 8 beträgt die durchschnittliche Korngröße von Wolframcarbid etwa 1-6 um, die Porosität beträgt etwa A06, B00, C00 (laut ASTM-Test B 276-86), die Dichte beträgt etwa 14.200 ± 200 kg/m³, die Rockwell-Härte A beträgt etwa 89,8 ± 0,4, die magnetische Sättigung beträgt etwa 93 Prozent (± 5 Prozent), die Koerzitivfeldstärke beträgt etwa 160 ± 25 Oersted, und die Biegebruchfestigkeit beträgt etwa 2,8 GPa.
Die Zusammensetzung Nr. 9 enthält etwa 10 0 ± 0,3 Gew.-% Cobalt, nicht mehr als etwa 0,1 Gew.-% Tantal und etwa 0,1 Gew-% Niobium in Form von Ta(Nb)C, nicht mehr als etwa 0,1 Gew.-% Titan in Form von TiC, etwa 0.2 ± 0,1 Gew.-% Vanadium in Form von Vanadiumcarbid, Rest Wolframcarbid. Bei der Zusammensetzung Nr. 9 beträgt die durchschnittliche Korngröße von Wolframcarbid weniger als etwa 1 um, die Porosität beträgt etwa A06, B01, C00 (laut ASTM-Test B 276-86), die Dichte beträgt etwa 14.500 ± 100 kg/m³, die Rockwell-Härte A beträgt etwa 92,2 ± 0,7, die magnetische Sättigung beträgt etwa 89 Prozent (± 9 Prozent), die Koerzitivfeldstärke beträgt etwa 300 ± 50 Oersted, und die Biegebruchfestigkeit beträgt etwa 3,1 GPa.
Die Zusammensetzung Nr. 10 enthält etwa 15,0 ± 0,3 Gew.-% Cobalt, nicht mehr als etwa 0,1 Gew.-% Tantal und etwa 0,1 Gew.-% Niobium in Form von Ta(Nb)C, nicht mehr als etwa 0,1 Gew.-% Titan in Form von TiC, etwa 0,3 ± 0,1 Gew.-% Vanadium in Form von Vanadiumcarbid, Rest Wolframcarbid. Bei der Zusammensetzung Nr. 10 beträgt die durchschnittliche Korngröße von Wolframcarbid weniger als etwa 1 um, die Porosität beträgt A06, B01, C00 (laut ASTM-Test B 276-86), die Dichte beträgt etwa 13.900 ± 100 kg/m³, die Rockwell-Härte A beträgt etwa 91,4 ± 0,4, die magnetische Sättigung beträgt etwa 84 Prozent (± 4 Prozent), die Koerzitivfeldstärke beträgt etwa 300 ± 20 Oersted, und die Biegebruchfestigkeit beträgt etwa 3,5 GPa.
Es versteht sich, daß auch andere Bindemittel zur Verwendung geeignet sein können. Neben Cobalt und Cobaltlegierungen umfassen geeignete metallische Bindemittel Nickel, Nickellegierungen, Eisen, Eisenlegierungen und jede beliebige Kombination der obigen Werkstoffe (d. h. Cobalt, Cobaltlegierungen, Nickel, Nickellegierungen, Eisen und/oder Eisenlegierungen).
Beim Bürstenhonen beaufschlagt eine rotierende Bürste mit einer Vielzahl von Filamenten ausgewählte Oberflächen des Bohrers einschließlich der wie geschliffen ausgebildeten axial vorderen Oberfläche. Die wie geschliffen ausgebildete axial vordere Oberfläche enthält Schleifmarken und, wie ersichtlich wird, das Bürstenverfahren beseitigt nicht alle Schleifmarken, Die Bürste beaufschlagt auch die scharfen Schneidkanten des Bohrers, um die scharfen Schneidkanten desselben zu honen. Die in Fig. 1, 2 und 6-9 gezeigten Bohrer aus gehärtetem Wolframcarbid wurden auf folgende Weise behandelt. Die Filamente bestanden aus mit Siliciumcarbid imprägniertem Nylon mit einem Siliciumcarbidgehalt von etwa 30 Gew.-%. Das Siliciumcarbid lag in Form von Siliciumcarbidpartikeln der Korngröße 120 vor (durchschnittlicher Partikeldurchmesser von etwa 142 um). Die Drehzahl betrug etwa 750 UpM, und die Dauer der Beaufschlagung betrug etwa 15 Sekunden.
Gemäß Fig. 1 und 2 sowie Fig. 6 bis 9 veranschaulichen diese Zeichnungen und Photographien den Aufbau eines allgemein mit 20 bezeichneten Bohrers mit zwei Spannuten (mit Kühlmittelkanälen), der nach dem Bürstenverfahren gemäß dem Stand der Technik gehont wurde. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wurde die S- förmige Spitze 22 des Bohrers 20 durch das Verfahren nach dem Stand der Technik gerundet. In dieser Hinsicht zeigt Fig. 6 ebenfalls diese Rundung der S- förmigen Spitze.
Außerdem gibt es Schleifmarken 24 in der vorderen gebogenen Oberfläche 26 des Bohrers 20. Diese Schleifmarken waren das Ergebnis des an der Ausbildung der Spitze durch die Schleifmaschine beteiligten Verfahrens. Insbesondere wurden die Schleifmarken durch die Diamantschleifscheibe hervorgerufen, die zum genauen Schleifen der Form der Bohrerspitze verwendet wurde. Bei dem Bürstenverfahren wurden nicht alle Schleifmarken entfernt, so daß noch Schleifmarken zurückbleiben. Diese Schleifmarken 24 erstrecken sich über die gesamte Länge der vorderen gebogenen Oberfläche 26 Fig. 9 zeigt das Vorhandensein dieser Schleifmarken mit hervorragender Deutlichkeit. Wie aus den Zeichnungen und Photographien hervorgeht, gibt es viele Schleifmarken in der Spanfläche des Bohrers nach dem Stand der Technik. Jede Schleifmarke sorgt für eine Erhöhung der Belastung, die das Potential für eine Verkürzung der Lebensdauer des Bohrers aufgrund des Abplatzens erhöht.
Wie aus Fig. 2 und 2A hervorgeht, ist die Schnittlinie (bzw. der Übergang) 30 der Oberfläche 32, die den Außendurchmesser des Bohrers 20 begrenzt, und der Schneidkante 34 an der Spitze, die im Winkel zur Längsachse a-a des Bohrers 20 ausgerichtet ist, überhont. Das Vorhandensein des überhonten Zustands ist mit hervorragender Deutlichkeit auch in Fig. 7 und 8 dargestellt. Mit anderen Worten, mit dem Bürstenverfahren wurde von dieser Schnittlinie 30 mehr Material entfernt als vorgegeben war, d. h. die Schnittlinie wurde überhont. Dies führt dazu, daß mehr Kraft oder Druck notwendig ist, um den Bohrer so zu betätigen, daß er auf angemessene Weise schneidet. Dieser Einsatz von mehr Kraft verkürzt normalerweise die Lebensdauer des Bohrers.
Mit Bezug auf die Zeichnung der speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Fig. 3) Zeit diese Zeichnung eine Ansicht (teilweise perspektivisch und teilweise schematisch) einer speziellen Ausführungsform der Vorrichtung zum Behandeln (bzw. Honen) des eine scharfe Schneidkante aufweisenden Bohrers (harten Elements) mit einem abrasiven Fluidstrahl. Die spezielle Honvorrichtung ist allgemein mit 50 bezeichnet. Die Honvorrichtung 50 umfaßt ein Gehäuse 52, von dem ein Teil in Fig. 3 veranschaulicht ist. Das Gehäuse 52 enthält die Bestandteile, d. h. das Strahlmittel und das Fluid (z. B. Wasser), des abrasiven Fluidstrahls während des gesamten Honverfahrens.
Die Honvorrichtung 50 umfaßt darüber hinaus eine allgemein mit 54 bezeichnete Spannfutterbaugruppe. Die Spannfutterbaugruppe 54 umfaßt ein Basiselement 58, das sich drehen kann (siehe Pfeil Y) Die Spannfutterbaugruppe 54 umfaßt darüber hinaus eine Halterung 56, die das harte Element 59 (Bohrer) über eine Stellschraube hält. Eine Aufnahmeöffnung im vorderen Ende des Basiselements 58 nimmt die Halterung 56 zusammen mit dem daran befestigten Bohrer 59 auf Während die Halterung 56 und die Aufnahmeöffnung eine sechseckige Form haben, versteht es sich, daß auch andere Geometrien oder Formen zur Verwendung hierin geeignet wären.
Die Honvorrichtung 50 umfaßt darüber hinaus eine allgemein mit 60 bezeichnete erste Sprühdüsenbaugruppe, die eine Düse 62, eine Schleifbreiquelle 64 (schematisch dargestellt) und eine Druckluftquelle 66 (schematisch dargestellt) umfaßt. Ein Schlauch 68 (teilweise perspektivisch und teilweise schematisch dargestellt) bringt die Schleifbreiquelle 64 in Verbindung mit der Düse 62. Ein weiterer Schlauch 70 (teilweise perspektivisch und teilweise schematisch dargestellt) bringt die Druckluftquelle 66 in Verbindung mit der Düse 62. Die Schleifbreiquelle 64 und die Druckluftquelle 66 befinden sich außerhalb des Gehäuses 52. Wenngleich die spezielle Ausführungsform eine Düse aufweist, versteht es sich, daß jede Vorrichtung, die einen gerichteten Strahl von Schleifbrei ausstößt, im Rahmen dieser Ausgestaltung der Erfindung liegen würde.
Die Düse 62 ist an einer allgemein mit 72 bezeichneten Kolben-Zylinder- Anordnung angebracht. Die Düse 62 ist über eine Stellschraube 74 im Winkel einstellbar, so daß die Winkelstellung der Düse 62 einstellbar ist. Man kann die Stellschraube 74 lösen, um den Angriffswinkel der Düse einzustellen, und dann die Stellschraube 74 anziehen, um die Düse 62 in dieser Stellung zu sichern. Mit anderen Worten, der Angriffswinkel "a" zur Horizontalen des aus der Bohrung der Düse 62 ausgestoßenen abrasiven Fluidstrahls ist in bezug auf den Bohrer 59 einstellbar. Der typische Angriffswinkel "a" beträgt etwa 45 Grad zur Horizontalen.
Die Kolben-Zylinder-Anordnung 72 umfaßt einen Zylinder 76 und eine Kolbenstange 78. Ein oder mehr Abstandshalter 80 können im Bereich des unteren Endes der Kolbenstange 78 positioniert werden, um die vertikale Lage der Düse 62 relativ zu dem Bohrer auszuwählen. Der Zylinder 76 ist um seine Längsachse drehbar (siehe Pfeil X) und entlang seiner Längsachse bewegbar, um die Düse 62 vor oder während dem Honvorgang wahlweise positionieren zu können. Die spezielle Ausführungsform zeigt zwar eine Kolben-Zylinder- Anordnung, doch versteht es sich, daß in diesem Rahmen auch andere Vorrichtungen dieselben Grundfunktionen ausführen können. In dieser Hinsicht bestehen diese Funktionen darin, daß die Düse längs einer vertikalen Achse bewegt wird und um diese vertikale Achse gedreht wird, und daß die Ausrichtung der Düse im Winkel zur vertikalen Achse verändert wird.
Ein erster Mikroprozessor 84 empfängt Signale von der Spannfutterbaugruppe 54 und der ersten Düsenbaugruppe 60, um die relative Bewegung der Düse 62 und des Bohrers 59 zu steuern. In Fig. 3 ist die Verbindung zwischen der Spannfutterbaugruppe 54 und der ersten Düsenbaugruppe 60 schematisch dargestellt. Der Anmelder geht davon aus, daß auch andere Anordnungen zum Synchronisieren der Bewegung der Düse (über die Kolben-Zylinder-Anordnung) und der Bewegung des Bohrers (über das Spannfutter) geeignet wären. Eine mechanische Kopplung zwischen dem Spannfutter und der Kolben-Zylinder- Anordnung bzw. die Synchronisation der unabhängig voneinander arbeitenden Elemente sind für die vorliegende Erfindung geeignet und werden als im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend angesehen.
Die Honvorrichtung 50 umfaßt darüber hinaus eine allgemein mit 90 bezeichnete zweite Sprühdüsenbaugruppe, die eine Düse 92, eine Schleifbreiquelle 94 (schematisch dargestellt) und eine Druckluftquelle 96 (schematisch dargestellt) umfaßt. Ein Schlauch 98 (teilweise perspektivisch und teilweise schematisch dargestellt) bringt die Schleifbreiquelle 94 in Verbindung mit der Düse 92. Ein weiterer Schlauch 100 (teilweise perspektivisch und teilweise schematisch dargestellt) bringt die Druckluftquelle 96 in Verbindung mit der Düse 92. Die Schleifbreiquelle 94 und die Druckluftquelle 96 befinden sich außerhalb des Gehäuses 52.
Die Düse 92 ist an einer allgemein mit 102 bezeichneten Kolben-Zylinder- Anordnung angebracht. Die Düse 92 ist über eine Stellschraube 104 im Winkel einstellbar, so daß die Winkelstellung der Düse 92 wie bei der Düse 62 einstellbar ist. Mit anderen Worten, der Angriffswinkel zur Horizontalen des aus der Bohrung der Düse 92 ausgestoßenen abrasiven Fluidstrahls ist in bezug auf den Bohrer 59 einstellbar. Der typische Angriffswinkel beträgt 0 Grad zur Horizontalen.
Die Kolben-Zylinder-Anordnung 102 umfaßt einen Zylinder 106 und eine Kolbenstange 108. Der Zylinder 106 ist um seine Längsachse drehbar (siehe Pfeil Z), um die Düse 92 vor oder während dem Honvorgang drehen zu können. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 102 bewirkt, daß die Düse 92 während des Honvorgangs in einer Richtung entlang ihrer Längsachse bewegt wird. Während ein Mikroprozessor die Funktion der Kolben-Zylinder-Anordnung 102 steuern kann, könnten auch zwei voneinander beabstandete bewegliche magnetische Reed-Schalter die Bewegung der Kolben-Zylinder-Anordnung 102 und damit der Düse 92 steuern.
Ein Mikroprozessor 104 empfängt Signale von der Spannfutterbaugruppe 54 und der zweiten Düsenbaugruppe 90, um die relative Bewegung der Düse 92 und des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Bohrers 59 zu steuern. In Fig. 3 ist die Verbindung zwischen der Spannfutterbaugruppe 54 und der zweiten Düsenbaugruppe 90 schematisch dargestellt.
Es versteht sich, daß auch eine andere Vorrichtung zur Verwendung anstelle der Düse 92, der Kolben-Zylinder-Anordnung 102 und des Mikroprozessors 104 in dem oben für die Düse 62, die Kolben-Zylinder-Anordnung 72 und den Mikroprozessor 84 erörterten Rahmen geeignet sein kann. Darüber hinaus versteht es sich, daß bei der Honvorrichtung 50 das Anbringen der Düsen (62 und 92) an den Kolben-Zylinder-Anordnungen (72 bzw. 102) mit jeder aus einer Vielzahl von Vorrichtungen erreicht werden kann. Der spezielle Anschlußpunkt, ob nun an dem Zylinder oder an der Stange, ist ebenfalls variierbar. Darüber hinaus können die Kolben-Zylinder-Anordnungen 72, 102 so angeschlossen werden, daß sie auf viele verschiedene Arten in dem Volumen des Gehäuses positioniert sind. Insgesamt ist ersichtlich, daß die spezielle Anwendung, für die die Vorrichtung verwendet wird, die Art der Verbindung zwischen der Düse und der Kolben- Zylinder-Anordnung wie auch die Stellung oder Ausrichtung der Kolben- Zylinder-Anordnung bestimmen kann. Dies gilt auch für die Stellung der Spannfutterbaugruppe 54, da die Stellung der Spannfutterbaugruppe 54 je nach der speziellen Anwendung verschieden sein kann.
Es versteht sich auch, daß die beweglichen Teile in dem Gehäuse 52 vor einer Verunreinigung durch das abrasive Strahlmittel geschützt werden können. Zum Beispiel kann eine Schutzmuffe eine oder beide Kolbenstangen (oder beide kompletten Kolben-Zylinder-Anordnungen) umschließen, um sie vor Verunreinigung zu schützen.
Mit Bezug auf Fig. 4 und 5 veranschaulichen diese Zeichnungen den Aufbau eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten bzw. gehonten Bohrers. Was das spezielle Verfahren angeht, so werden die Betriebsparameter für das spezielle Honverfahren wie folgt angegeben: das Schleifmittel waren Aluminiumoxidpartikel der Korngröße 320 (durchschnittliche Partikelgröße von etwa 32 um), die Konzentration betrug etwa 2,3 Kilogramm (kg) [5 Pfund (lbs.)] Aluminiumoxidpartikel pro 26,5 Liter (1) [7 Gallonen (gal)] Wasser, der Luftdruck betrug etwa 275 Kilopascal (kPa) [etwa 40 Pfund pro Quadratzoll (psi)], und die Dauer der Beaufschlagung betrug etwa 35 Sekunden.
Es versteht sich, daß diese Betriebsparameter sowie die Art des Schleifmittels und des Fluids je nach der speziellen Anwendung und der gewünschten resultierenden Kantenvorbereitung verschieden sein können. Was das Schleifmittel angeht, so kann es neben Aluminiumoxid auch Siliciumcarbid. Borcarbid, Glaskügelchen oder jedes andere partikelförmige Schleifmaterial umfassen. Neben Wasser kann das Fluid jede Flüssigkeit bzw. jedes Gas umfassen, die/das mit dem Schleifmittel kompatibel ist. In einigen Fällen will man vielleicht das Schleifmittel mit einem Netzmittel beschichten.
Der Bohrer 59 umfaßt einen langgestreckten Körper 122, der ein vorderes Ende (bzw. Spitzenende) 124 hat. Es gibt zwei Spitzenschneidkanten 126, die von der Spitze des Bohrers 59 ausgehen. Im Bereich der Spitze des Bohrers 59 befindet sich eine S-förmige Nase 128. Die Schneidkanten 126 gehen in eine scharfe, durchgehende Schneidkante 130 entlang der Länge des Bohrers 59 über. Die scharfe, durchgehende Schneidkante 130 wird spiralförmig und setzt sich ein vorgewähltes Stück entlang der Länge des langgestreckten Körpers 122 fort. Der Bohrer 59 umfaßt darüber hinaus eine gebogene vordere Oberfläche 132. Zwischen der Oberfläche 136, die den Außendurchmesser des Bohrers 59 begrenzt, und der Spitzenschneidkante 126 gibt es eine Schnittlinie 134.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wurde die S-förmige Nase des Bohrers durch das Verfahren leicht gerundet, aber nicht annähernd so weit, wie es bei dem Bürstenhonverfahren normalerweise der Fall ist. Ein Vergleich von Fig. 10 (die Erfindung) mit Fig. 6 (Stand der Technik) zeigt deutlich, daß die S-förmige Nase des Bohrers in Fig. 10 viel schärfer ist als in Fig. 7. In dieser Hinsicht zeigt die stärkere Reflexion von Licht in Fig. 6 an dieser Stelle, daß sie mehr gerundet ist.
Die vordere gebogene Oberfläche des Bohrers hat eine relativ gleichmäßig glatte Oberfläche und enthält keine Schleifmarken, wie es bei dem Bürstenhonverfahren nach dem Stand der Technik der Fall ist. Das Fehlen von Schleifmarken bei dem erfindungsgemäß gehonten Bohrer wird aus einem Vergleich von Fig. 6 und 9 (Stand der Technik) mit Fig. 10 und 13 (die Erfindung) sehr deutlich.
Wie aus Fig. 5 und 5A hervorgeht, ist die Schnittlinie (bzw. der Übergang) der Oberfläche, die den Außendurchmesser des Bohrers begrenzt, und der Spitzenschneidkante, die im Winkel zur Längsachse a-a des Bohrers ausgerichtet ist, nicht überhont. Aus Fig. 11 und 12 geht hervor, daß kein Überhonen festzustellen ist. Dieses Fehlen eines Überhonens wird besonders deutlich bei einem Vergleich des Zustands des Übergangs in Fig. 6 und 7 mit der entsprechenden Stelle in Fig. 11 und 12. Bei dem erfindungsgemäßen Honverfahren wird an der Schnittlinie nicht zuviel Material entfernt, sondern stattdessen nur soviel Material entfernt, daß die scharte Schneidkante gehont wird, ohne sie zu überhonen. Bei dem erfindungsgemäßen Honverfahren behält die Schnittlinie (bzw. der Übergang) immer noch ihre(seine) Schärfe
Was die Funktionsweise der Honvorrichtung 50 angeht, so ist die erste Düse 62 in einem Angriffswinkel "a" so positioniert, daß sie den abrasiven Fluidstrahl auf die scharfen Spitzenschneidkanten 126 des Bohrers 59 richtet. Während der abrasive Fluidstrahl ausgestoßen wird, dreht die Spannfutterbaugruppe den Bohrer 59, und die Kolben-Zylinder-Anordnung bewegt die Düse 62 in eine Richtung, die im allgemeinen parallel zur axialen Länge des Bohrers 59 ist. Der erste Mikroprozessor 84 koordiniert die Bewegung der Düse 62 relativ zu dem Bohrer 59, so daß der abrasive Fluidstrahl für eine vorgewählte Dauer gleichmäßig auf die Spitzenschneidkanten 126 auftrifft.
Die zweite Düse 92 hat eine solche Ausrichtung (Angriffswinkel "a"), daß sie den abrasiven Fluidstrahl auf die scharfe durchgehende Schneidkante richtet, die sich an dem langgestreckten Körper des Bohrers 59 befindet. Während der abrasive Fluidstrahl ausgestoßen wird, dreht die Spannfutterbaugruppe den Bohrer 59, und die Kolben-Zylinder-Anordnung bewegt die Düse 92 in eine Richtung, die im allgemeinen parallel zur axialen Länge des Bohrers 59 ist. Der zweite Mikroprozessor koordiniert die Bewegung der Düse 92 relativ zu dem Bohrer 59, so daß der abrasive Fluidstrahl für eine vorgewählte Dauer gleichmäßig auf die durchgehenden Schneidkanten 94 auftrifft.
Was die Mikroprozessoren 84, 104 angeht, so ist die Steuerung des Honvorgangs durch diese Mikroprozessoren dem Fachmann bekannt. Die Mikroprozessoren können die Signaleingänge bezüglich der relativen Stellung und Bewegung von Düse und Bohrer empfangen und dann diese relativen Bewegungen steuern, um das richtige Maß des Auftreffens des Schleifmittelstrahls auf die entsprechende Schneidkante zu steuern.
Sobald der Bohrer gehont wurde, befindet er sich in einem Zustand, in dem er mit oder ohne Beschichtung verwendet werden kann. In dieser Hinsicht umfassen typische Beschichtungen harte feuerfeste Beschichtungen wie zum Beispiel solche aus Titancarbid, Titannitrid, Titancarbonitrid, Diamant, kubischem Bornitrid. Aluminiumoxid und Borcarbid. Das Beschichtungsschema kann eine einzige Schicht oder eine Vielzahl von Schichten umfassen. Das Beschichtungsschema kann durch chemisches Aufdampfen (CVD) oder physikalisches Aufdampfen (PVD) aufgebrachte Schichten umfassen. Das Schema kann auch mindestens eine durch CVD aufgebrachte Schicht und mindestens eine durch PVD aufgebrachte Schicht umfassen.

Claims

1. Verfahren zum Behandeln eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs, das einen Spitzenabschnitt (128), der eine scharte Spitzenschneidkante (126) aufweist, sowie einen langgestreckten Abschnitt (122) hat, der eine scharfe, durchgehende Schneidkante (130) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

Ausstoßen eines ersten abrasiven Fluidstrahls unter Druck aus einer ersten Düse (62), wobei der abrasive Fluidstrahl ein in einem Fluid befördertes abrasives Strahlmittel enthält;

Ausstoßen eines zweiten abrasiven Fluidstrahls unter Druck aus einer zweiten Düse (92), wobei der zweite abrasive Fluidstrahl das abrasive Strahlmittel und das Fluid enthält;

Beaufschlagen der scharfen Spitzenschneidkante (126) des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs mit dem ersten abrasiven Fluidstrahl für eine vorbestimmte Zeit, um die scharfe Spitzenschneidkante (126) zu einer relativ gleichmäßig gehonten Spitzenkante (126) zu bearbeiten; und

Beaufschlagen der scharfen durchgehenden Schneidkante (130) des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs mit dem zweiten abrasiven Fluidstrahl, um die scharfe durchgehende Schneidkante zu einer relativ gleichmäßig gehonten durchgehenden Schneidkante (130) zu bearbeiten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Beaufschlagens umfaßt, die Düsen (62, 92) und das langgestreckte, drehbare Werkzeug relativ zueinander so zu bewegen, daß der abrasive Fluidstrahl die gesamte Länge der scharfen Schneidkanten (126, 130) beaufschlagt.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das darüber hinaus den Schritt umfaßt, die Düse (62, 92) vor dem Ausstoßen des abrasiven Fluidstrahls relativ zum langgestreckten, drehbaren Werkzeug zu positionieren.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das darüber hinaus den Schritt umfaßt, das langgestreckte, drehbare Werkzeug nach der Bearbeitung der scharfen Schneidkante (126, 130) mit einer oder mehreren Schichten eines verschleißfesten Beschichtungsmaterials zu beschichten.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das abrasive Strahlmittel in einer Flüssigkeit befördert wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der Schritt des Beaufschlagens darüber hinaus umfaßt, das langgestreckte, drehbare Werkzeug relativ zur ersten Düse (62) so zu bewegen, daß der erste abrasive Strahl die gesamte Länge der Spitzenschneidkante beaufschlagt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der Schritt des Beaufschlagens darüber hinaus umfaßt, das langgestreckte, drehbare Werkzeug relativ zur zweiten Düse (92) zu drehen und die zweite Düse (92) relativ zum langgestreckten, drehbaren Werkzeug in Längsrichtung so zu bewegen, daß der zweite abrasive Strahl die gesamte Länge der durchgehenden Schneidkante (130) beaufschlagt.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das langgestreckte, drehbare Werkzeug eine Umfangsfläche (136) aufweist, die sich mit der Spitzenschneidkante (126) schneidet, um zwischen diesen eine scharfe Schnittlinie (134) zu bilden, wobei durch den Schritt des Beaufschlagens die scharfe Schnittlinie (134) zu einer relativ gleichmäßig gehonten Schnittlinie (134) bearbeitet wird, die einen Schärfegrad behält.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Strahlmittel Aluminiumoxidpartikel umfaßt und das Fluid Wasser umfaßt.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das langgestreckte, drehbare Werkzeug darüber hinaus eine Oberfläche wie geschliffen aufweist, die Schleifmarken enthält, und der Schritt des Beaufschlagens darüber hinaus umfaßt, die wie geschliffen ausgebildete Oberfläche mit dem abrasiven Fluidstrahl zu beaufschlagen, um einen wesentlichen Teil der Schleifmarken zu entfernen.

11. Vorrichtung zum Behandeln eines langgestreckten, drehbaren Werkzeugs, das einen Spitzenabschnitt (128), der eine scharfe Spitzenschneidkante (126) aufweist, sowie einen langgestreckten Abschnitt (122) hat, der eine scharfe, durchgehende Schneidkante (130) aufweist, wobei die Vorrichtung enthält:

eine Halterung (56), die das drehbare Werkzeug lösbar hält;

eine Düsenanordnung (62, 92), die in Verbindung mit einer Quelle einer abrasiven Aufschlämmung steht, um einen abrasiven Strahl mit Druck ausstoßen zu können, und

wobei die Düsenanordnung (62, 92) und das drehbare Werkzeug relativ zueinander bewegbar sind,

wobei die Düsenanordnung eine erste Düse (62) umfaßt, die in Verbindung mit der Quelle der abrasiven Aufschlämmung steht, um einen ersten abrasiven Strahl mit Druck ausstoßen zu können, und wobei das langgestreckte, drehbare Werkzeug relativ zur ersten Düse (62) so drehbar ist, daß während des Ausstoßens des ersten abrasiven Strahls dieser die gesamte Länge der scharfen Spitzenschneidkante (126) beaufschlagt, um die scharfe Spitzenschneidkante (126) zu einer relativ gleichmäßig gehonten Spitzenschneidkante (126) zu bearbeiten; und

wobei die Düsenanordnung darüber hinaus eine zweite Düse (92) umfaßt, die in Verbindung mit der Quelle der abrasiven Aufschlämmung steht, um einen zweiten abrasiven Strahl mit Druck ausstoßen zu können, und wobei das langgestreckte, drehbare Werkzeug relativ zur zweiten Düse (92) drehbar ist und die zweite Düse (92) über die Länge des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs so bewegbar ist, daß während des Ausstoßens des zweiten abrasiven Strahls dieser die gesamte Länge der scharfen, durchgehenden Schneidkante (130) beaufschlagt, um die scharfe, durchgehende Schneidkante (130) zu einer relativ gleichmäßig gehonten durchgehenden Schneidkante (130) zu bearbeiten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die Düsenanordnung (62, 92) relativ zu dem langgestreckten, drehbaren Werkzeug so positionierbar ist, daß ein Angriffswinkel des abrasiven Strahls relativ zur scharfen Schneidkante (126, 130) des langgestreckten, drehbaren Werkzeugs gebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei welcher das langgestreckte, drehbare Werkzeug darüber hinaus eine Umfangsfläche (136) aufweist, die sich mit der scharfen Spitzenschneidkante (126) schneidet, um eine scharfe Schnittlinie (134) zu bilden, und wobei das langgestreckte, drehbare Werkzeug relativ zur Düsenanordnung so bewegbar ist, daß während des Ausstoßens des ersten und zweiten abrasiven Strahls der erste und/oder zweite abrasive Strahl die scharfe Schnittlinie (134) beaufschlagt, um diese zu einer relativ gleichmäßig gehonten Schnittlinie zu bearbeiten, die einen Schärfegrad behält.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei welcher die erste Düse (62) relativ zum langgestreckten, drehbaren Werkzeug so positionierbar ist, daß ein erster Angriffswinkel des ersten abrasiven Strahls relativ zum langgestreckten, drehbaren Werkzeug gebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei welcher die zweite Düse (92) relativ zum langgestreckten, drehbaren Werkzeug so positionierbar ist, daß ein zweiter Angriffswinkel des zweiten abrasiven Strahls relativ zum langgestreckten, drehbaren Werkzeug gebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei welcher das langgestreckte, drehbare Werkzeug eine Oberfläche wie geschliffen aufweist, die Schleifmarken enthält, und die Düsenanordnung und das langgestreckte, drehbare Werkzeug relativ zueinander so bewegbar sind, daß während des Ausstoßens des abrasiven Strahls dieser die wie geschliffen ausgebildete Oberfläche beaufschlagt, um eine wesentliche Anzahl der Schleifmarken zu entfernen.