DE69812358T2

DE69812358T2 - Hochleistungsschleif-schneidfläche

Info

Publication number: DE69812358T2
Application number: DE69812358T
Authority: DE
Inventors: B. Preston; N. Tselesin
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: EP1306166A1; EP0991499B1; AU7828098A; EP0991499A1; US6110031A; WO1998058770A1; JP2002508712A; DE69812358D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Schneid- und Schleifwerkzeuge. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine superabrasive Fläche zur Verwendung mit kreisförmigen Schneid- und Schleifwerkzeugen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Beschreibung der verwandten Technik

Materialien, wie beispielsweise Granit, Marmor, Schwerbeton, Asphalt, und ähnliche werden typischerweise unter Verwendung superabrasiver Sägeblätter geschnitten. Diese Blätter weisen eine kreisförmige Stahlscheibe mit einer Arbeitsfläche auf, die aus mehreren beabstandeten Segmenten um den Umfang der Scheibe besteht, wobei die Segmente superabrasive Oberflächen zum Schneiden des Materials aufweisen. Außerdem werden Kunststoff- und Glaslinsen für optische Vorrichtungen, z. B. Brillen, normalerweise unter Verwendung von Schleifscheiben geformt, die eine superabrasive Arbeitsfläche auf weisen. Die abrasiven Abschnitte der Sägeblätter oder der Schleifscheiben weisen normalerweise Partikel aus superhartem oder abrasivem Material auf, z. B. Diamant, kubisches Bornitrid oder Bor-Suboxid, das von einem Füllmaterial umgeben und/oder in eine Metallmatrix eingebettet ist. Diese abrasiven Partikel sind es, die ein Werkstück schneiden oder schleifen, wenn es mit einer rotierenden Arbeitsfläche des Schneid- oder Schleifwerkzeugs in Kontakt gebracht wird.
Die Anordnung der Partikel des abrasiven Materials in der Arbeitsfläche ist für die Leistungsfähigkeit des Schneid- oder Schleifwerkzeugs wichtig. Durch eine gleichmäßige oder homogene Konzentration oder Härte des abrasiven Materials entlang der Umfangsrichtung der Schneidfläche wird die Leistungsfähigkeit vermindert. Daher ist es vorteilhaft, zu veranlassen, daß die Konzentration oder Härte der abrasiven Partikel in der Schneidfläche variiert, um eine Fläche mit variierendem Abriebvermögen zu erzeugen. Beispielsweise wird im US-Patent Nr. 5518443 von Fisher mit dem Titel "Superabrasive Tool", erteilt am 21. Mai 1996, ein Werkzeug mit einer Schneidfläche beschrieben, die in der Umfangsrichtung in Segmente mit verschiedenen Konzentrationen abrasiver Partikel geteilt ist. Bereiche mit einer geringeren Konzentration des abrasiven Materials werden sich schneller abnutzen oder schneller verschleißen als Bereiche mit höheren Konzentrationen abrasiver Partikel, in denen unverbrauchte Bereiche mit einer hohen Konzentration freigelegt werden. Diese unverbrauchten Bereiche schneiden effektiver als abgenutzte Bereiche mit höherer Konzentration des abrasiven Materials, wodurch die Schneidleistung des Werkzeugs erhöht wird.
Auf dem Fachgebiet ist bekannt, wie Schneidflächen ausgebildet werden, in denen die Konzentration abrasiver Partikel in der Schneidfläche sich in Richtung der Drehachse des abrasiven Werkzeugs ändert. Beispielsweise wird im US-Patent Nr. 4131436 von Wiand mit dem Titel "Ophthalmic Flat Roughing Wheel", erteilt am 26. Dezember 1978, eine Schleifscheibe beschrieben, in der die Konzentration abrasiver Partikel in der Oberfläche der Schleifscheibe durch Schichten oder Lagen definiert wird, durch die ein Bereich mit einer hohen Konzentration abrasiver Partikel in der axialen Mitte der Schleifscheibe und Bereiche mit niedrigerer Konzentration abrasiver Partikel auf beiden Seiten davon bereitgestellt werden. Wie vorstehend erwähnt, wird ein Bereich mit niedrigerer Konzentration abrasiver Partikel jedoch schneller verschleißen als ein Bereich mit einer relativ höheren Konzentration abrasiver Partikel. Daher entwickelt ein Schneid- oder Schleifwerkzeug des im Patent von Wiand beschriebenen Typs nach einer gewissen Gebrauchsdauer ein charakteristisches Randmuster über die Breite der Schneidfläche in Richtung der Drehachse des Werkzeugs. Dieses charakteristische Randmuster ist als Abnutzungs- oder Verschleißprofil des Werkzeugs bekannt.
Das Verschleißprofil eines superabrasiven Schneid- oder Schleifwerkzeugs beeinflußt die Qualität der bezüglich eines Werkstücks ausgeführten Schneidbearbeitung. Beispielsweise ist es wahrscheinlich, daß der im Patent von Wiand beschriebene Werkzeugtyp ein rundes, konvexes Verschleißprofil ausbildet, das radial vertiefe Stellen an den Außenrändern des Werkzeugs in Richtung der Drehachse des Werkzeugs aufweist und radial erhöhte Stellen in der Mitte des Werkzeugs zwischen den vertieften Stellen. Dieser Typ eines Verschleißprofils ist im allgemeinen unerwünscht, weil er einen etwas rauhkantigen Schnitt erzeugt und die kreisförmige Stahlscheibe während eines Schneidvorgangs an den radial vertieften Stellen des Werkzeugs unerwartet freigelegt werden kann, was zu unbeabsichtigten Schneidergebnissen führt.
Vorteilhafter ist ein konkaves Verschleißprofil, bei dem erhöhte Stellen an den Rändern des Profils und eine vertiefte Stelle in der Mitte des Profils erzeugt werden. Durch diesen Verschleißprofiltyp kann ein scharfkantiger Schnitt erzeugt werden, und die kreisförmige Stahlscheibe wird tendentiell nicht frühzeitig freigelegt, und das abrasive Material kann effizienter ausgenutzt werden. Außerdem kann es wünschenswert sein, in Abhängigkeit vom Werkstück und dem gewünschten Typ der spanabhebenden oder Schneidbearbeitung etwas andere und komplexere Schneidprofile zu erzeugen.
Drittens sind die Lebensdauer des Werkzeugs und die Abtrag- oder Schneidrate auch von der Anordnung der Partikel in der Arbeitsfläche und von der Zusammensetzung der Arbeitsfläche abhängig. Durch eine Arbeitsfläche, in der die abrasiven Partikel in ein relativ weiches Bindungsmaterial eingebettet sind, wird ein schnellerer Schneidvorgang ermöglicht, weil die abgenutzten Partikel relativ schnell von dem weichen Bindungsmaterial abgezogen und unverbrauchte abrasive Partikel freigelegt werden. Eine derartige Arbeitsfläche kann jedoch relativ schnell verschleißen. Andererseits wird durch in ein relativ hartes Bindungsmaterial eingebettete abrasive Partikel ein relativ langsamerer Schneidvorgang ermöglicht, weil die abgenutzten Partikel nicht so schnell vom harten Bindungsmaterial abgezogen werden, um unverbrauchte Schleifpartikel freizulegen. Eine derartige Arbeitsfläche kann jedoch eine relativ große Lebensdauer aufweisen.
Schließlich ist das in solchen Schneid- oder Schleifwerkzeugen verwendete abrasive Material relativ teuer, so daß es wünschenswert ist, die erforderliche Menge des abrasiven Materials zu vermindern, ohne daß die Leistungsfähigkeit des Schneid- oder Schleifwerkzeugs abnimmt.
Daher ist es vorteilhaft, in der Lage zu sein, das Verschleißprofil eines superabrasiven Schneid- oder Schleifwerkzeugs zu steuern. Außerdem ist es vorteilhaft, eine Arbeitsfläche bereitzustellen, durch die ein relativ schneller Schneidvorgang ermöglicht wird und die eine lange Lebensdauer besitzt. Außerdem sollte ein Werkzeug effizient und relativ kostengünstig herstellbar sein.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist in Patentanspruch 1 definiert. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 9 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs mit um einen Umfang des Schneidwerkzeugs angeordneten abrasiven Segmenten;
Fig. 2 zeigt eine isometrische Ansicht eines abrasiven Segments des in Fig. 1 dargestellten Typs;
Fig. 3A zeigt eine Querschnittansicht des in Fig. 2 dargestellten abrasiven Segments entlang der Linie 3A-3A in Fig. 2;
Fig. 3B zeigt eine Querschnittansicht des in Fig. 2 dargestellten abrasiven Segments entlang der Linie 3B-3B von Fig. 3A, nachdem das Segment in derart ausreichendem Maß gebraucht worden ist, daß an seinem Rand ein Verschleißprofil definiert wird;
Fig. 4A zeigt eine Querschnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines abrasiven Segments des in Fig. 2 dargestellten Typs entlang einer der Linie 3A-3A von Fig. 2 entsprechenden Querschnitts linie;
Fig. 4B zeigt eine Querschnittansicht des in Fig. 4A dargestellten abrasiven Segments entlang der Linie 4B-4B, nachdem das Segment in derart ausreichendem Maß gebraucht worden ist, daß an seinem Rand ein Verschleißprofil definiert wird;
Fig. 5A zeigt eine Querschnittansicht einer dritten Ausführungsform eines abrasiven Segments des in Fig. 2 dargestellten Typs entlang einer der Linie 3A-3A von Fig. 2 entsprechenden Querschnittslinie;
Fig. 5B zeigt eine Querschnittansicht des in Fig. 5A dargestellten abrasiven Segments entlang der Linie 5B-5B, nachdem das Segment in derart ausreichendem Maß gebraucht worden ist, daß an seinem Rand ein Verschleißprofil definiert wird;
Fig. 6A zeigt eine Querschnittansicht einer vierten Ausführungsform eines abrasiven Segments des in Fig. 2 dargestellten Typs entlang einer der Linie 3A-3A von Fig. 2 entsprechenden Querschnittslinie;
Fig. 6B zeigt eine Querschnittansicht des in Fig. 6A dargestellten abrasiven Segments entlang der Linie 6B-6B, nachdem das Segment in derart ausreichendem Maß gebraucht worden ist, daß an seinem Rand ein Verschleißprofil definiert wird;
Fig. 7 zeigt eine Querschnittansicht einer fünften Ausführungsform eines abrasiven Segments des in Fig. 2 dargestellten Typs entlang einer der Linie 3A-3A von Fig. 2 entsprechenden Querschnittslinie;
Fig. 8 zeigt eine Querschnittansicht einer sechsten Ausführungsform eines abrasiven Segments des in Fig. 2 dargestellten Typs entlang einer der Linie 3A-3A von Fig. 2 entsprechenden Querschnittslinie;
Fig. 9 zeigt eine Vorderansicht eines Schleifwerkzeugs mit einer erfindungsgemäßen abrasiven Fläche;
Fig. 10 zeigt eine Querschnittansicht der in Fig. 9 dargestellten abrasiven Fläche entlang der Linie 10-10, nachdem die Fläche in derart ausreichendem Maß gebraucht worden ist, daß an ihrem Rand ein Verschleißprofil definiert wird;
Fig. 11 zeigt eine Draufsicht eines laminierten Lagenmaterials, das verwendbar ist, um das in Fig. 2 dargestellte abrasive Element oder die in Fig. 9 dargestellte abrasive Fläche herzustellen;
Fig. 12A zeigt eine auseinandergezogene Vorderansicht einer ersten Ausführungsform des in Fig. 11 dargestellten laminierten Lagenmaterials mit mehreren Bindungsmateriallagen, mehreren Lagen aus einem porösen Material und mehreren Lagen aus abrasiven Partikeln;
Fig. 12B zeigt eine auseinandergezogene Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform des in Fig. 11 dargestellten laminierten Lagenmaterials mit zwei verschiedenen Typen abrasiver Partikel, die in Lagen abrasiver Partikel in Reihen angeordnet sind;
Fig. 13A zeigt eine Draufsicht einer zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten ersten Ausführungsform einer Lage aus porösem Material;
Fig. 13B zeigt eine Draufsicht einer zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten zweiten Ausführungsform einer Lage aus porösem Material; und
Fig. 14 zeigt eine auseinandergezogene Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform des in Fig. 11 dargestellten laminierten Lagenmaterials mit einer Klebstoffsubstratschicht.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine Schleifscheibe oder ein Sägeblatt 10 zum Schneiden oder Schleifen harter Materialien, z. B. Granit, Marmor und Beton, mit abrasiven Segmenten 12a, die eine erfindungsgemäße Arbeitsfläche 17 bilden. Die Scheibe 10 weist eine kreisförmige mittige Nabe oder Buchse 14 aus Stahl oder einem anderen starren Material auf. In der Mitte der Nabe 14 ist eine Öffnung 16 zum Montieren der Scheibe 10 auf herkömmliche Weise auf eine (nicht dargestellte) Antriebseinrichtung ausgebildet, um die Schleifscheibe 10 drehbar anzutreiben. In Umfangsrichtung beabstandete Schlit ze 18 erstrecken sich vorzugsweise vom Außenumfang der Scheibe 10 nach innen zu ihrer Mitte hin in radialer Richtung, um Halterungs- oder Trägerelemente 20 in der Nabe 14 zwischen benachbarten Schlitzen 18 zu bilden. Jedes abrasive Segment 12a ist durch Laserstrahl-Schmelzschweißen, Elektronenstrahl-Schmelzschweißen, Weichlöten, Hartlöten oder andere auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren am Außenrand eines Trägerelements 20 befestigt. Lieferfirmen für Weich- und Hartlötgeräte und -artikel sind beispielsweise: Engelhard Corp., Metal Joining Group, Warwick, RI, Cronatron Welding Systems, Inc., Charlotte, NC und Atlantic Equipment Engineers, Berginfield, NJ.
Fig. 2 zeigt eine isometrische Ansicht eines in Fig. 1 dargestellten, einzelnen Segments 12a. In der Ausführungsform von Fig. 2 hat das Segment 12a die Form eines bogenförmigen Abschnitts eines kreisförmigen Bandes mit einer Krümmung, die derjenigen der kreisförmigen Nabe 14 im wesentlichen gleicht, an der das Segment 12a montiert werden soll. Das Segment 12a ist in Richtung des Umfangs des kreisförmigen Bandes länglich und hat in der sich senkrecht zur Umfangsrichtung erstreckenden Richtung der Drehachse der Scheibe 10 eine Breite. Daher weist die Arbeitsfläche 17 eine sich senkrecht zur Umfangsrichtung erstreckende axiale Richtung auf. Vorzugsweise beschreibt das Segment 12a einen Bogen von etwa 7 bis 20 Grad.
Das Segment 12a enthält Partikel aus einem abrasiven oder harten Material, wie beispielsweise Diamant, kubisches Bornitrid, Borkarbid, Bor-Suboxid und/oder Siliziumcarbid, die in einer Matrix eines Bindungsmaterials oder eines Füllmaterials eingebettet sind, das ebenfalls ein abrasives Material sein kann. Daher wirkt, wenn die Scheibe 10 durch die Öffnung 16 an einer drehbar angetriebenen Stange oder Welle montiert wird, ein Rand des Segments 12a so, daß ein Werk stück, das mit dem Umfangsrand der sich drehenden Scheibe 10 in Kontakt gebracht wird, geschnitten wird.
Der Typ und die Anordnung der superabrasiven Partikel und der Typ des Bindungsmaterials des Segments 12a sind für das auf der Arbeitsfläche 17 erzeugte Verschleißprofil und damit für ihre Schneidleistung wichtig. Das Segment 12a ist in harte und weiche Bereiche unterteilt. Weiche Bereiche können eine niedrigere Konzentration von abrasivem Material aufweisen als harte Bereiche oder einen in geringerem Maße abrasiven Materialtyp als harte Bereiche oder eine Kombination aus einer niedrigeren Konzentration von abrasivem Material und einem in geringerem Maße abrasiven Materialtyp. Daher weisen harte Bereiche eine höhere Konzentration von abrasivem Material und/oder einen in höherem Maße abrasiven Materialtyp als weiche Bereiche oder eine Kombination davon auf. Harte und weiche Bereiche werden so bezeichnet, weil in höherem Maße abrasive Partikel ähnlicher Größe und Form typischerweise härtere Partikel sind. Außerdem ist es denkbar, verschiedene Zusammensetzungen von Bindungsmaterialien in der Arbeitsfläche 17 zu verwenden. Bindungsmaterialien könenn ebenfalls härter und weicher sein. Durch Modifizieren der Konzentration und des Typs der abrasiven Partikel und der Zusammensetzungen des Bindungsmaterials in der Arbeitsfläche 17 können weiche Bereiche schneller verschleißen als harte Bereiche.
Weiche Bereiche und harte Bereiche sind in der Umfangsrichtung im Segment 12a beabstandet angeordnet, d. h. in der Umfangsrichtung der Scheibe 10, und im Segment 12a axial beabstandet angeordnet, d. h. in Richtung der Drehachse der Scheibe 10. Auf diese Weise kann das Verschleißprofil der Arbeitsfläche 17 durch die Position harter Bereiche und weicher Bereiche im Segment 12a bestimmt werden.
Außerdem kann durch Modifizieren der Konzentration und/oder des Typs des abrasiven Materials und/oder durch Modifizieren der Zusammensetzung des Bindungsmaterials an der Schneidfläche des Segments 12a der Schneidwirkungsgrad bzw. die Schneidleistung der Scheibe 10 verbessert werden. D. h., die Lebensdauer der Arbeitsfläche 17 kann verbessert werden, während eine relativ hohe Abtrag- oder Schneidrate beibehalten wird. Schließlich kann, indem Bereiche mit verminderter Konzentration teurer abrasiver Partikel, z. B. Diamanten, bereitgestellt werden, die Scheibe 10 relativ kostengünstiger hergestellt werden als ein Schneid- oder Schleifwerkzeug mit einer Schneidfläche mit einer gleichmäßig hohen Konzentration teurer abrasiver Partikel.
Fig. 3A zeigt in einer Querschnittansicht des Segments 12a entlang der Linie 3A-3A von Fig. 2 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer ersten Anordnung von superabrasivem Material im Segment 12a. Schraffierte Bereiche in Fig. 3A stellen harte Bereiche 22a und unschraffierte Bereiche weiche Bereiche 24a dar. Wie in Fig. 3a dargestellt, kann das Segment 12a in 7 axiale Dickenlagen 30a, 32a, 33a, 34a, 35a, 36a und 38a geteilt werden. Obwohl in der Ausführungsform von Fig. 3A die Dickenlagen 30a, 32a, 33a, 34a, 35a, 36a und 38a in der axialen Richtung im wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen, d. h. die gleiche Breite entlang der Richtung der Drehachse der Scheibe 10, können die Dickenlagen erfindungsgemäß auch verschiedene axiale Breiten aufweisen. Die äußeren Dickenlagen 30a und 38a weisen vollständig harte Bereiche 22a auf. In jeder inneren Dickenlage 32a, 33a, 34a, 35a und 36a sind harte Bereiche 22a in Umfangsrichtung, d. h. in Richtung des Umfangs der Scheibe 10, zwischen weichen Bereichen 24a beabstandet angeordnet. Weiche Bereiche 24a haben im wesentlichen die gleiche Umfangslänge, d. h. etwa die gleiche Länge in Rich tung des Umfangs der Scheibe 10, wie harte Bereiche 22a. Außerdem sind die harten Bereiche 24a der alternierenden inneren Dickenlagen 32a, 34a und 36a in Umfangsrichtung, d. h. in Richtung entlang des Umfangs der Scheibe 10, von den harten Bereichen 24a der alternierenden inneren Dickenlagen 33a und 35a versetzt. Daher bildet die Anordnung abrasiver Partikel im Segment 12a ein Schachbrettmuster von Bereichen mit verschiedenem Abriebvermögen, die sowohl in der axialen als auch in der Umfangsrichtung alternierend und zwischen den äußeren Dickenlagen 30a und 38a sandwichartig angeordnet sind, die jeweils einen vollständig harten Bereich 22a aufweisen.
Wenn die Scheibe 10 verwendet wird, werden die weichen Bereiche 24a schneller abgenutzt oder verschleißen als die harten Bereiche 22a. Daher werden die inneren Dickenlagen 32a bis 36a schneller abgenutzt oder verschleißen als die äußeren Dickenlagen 30a und 38a. Fig. 3B zeigt eine Querschnittansicht eines Segments 12a entlang der Linie 3B-3B in Fig. 3A und zeigt ein geschätztes Verschleißprofil, das erwartungsgemäß im Segment 12a erzeugt wird. Das Verschleißprofil weist einen radial tieferen Bereich, d. h. einen Bereich mit einem kleineren Radius auf der Scheibe 10, axial über die inneren Dickenlagen 32a bis 36a des Segments 12a auf und radial höhere Bereiche, d. h. Bereiche mit größeren Radien auf der Scheibe 10, axial über die äußeren Dickenlagen 30a und 38a. Durch ein derartiges Verschleißpriofil wird ein präziser Schnitt erhalten. Außerdem kann durch die Verwendung eines Werkzeugs mit einem derartigen Verschleißprofil die Wahrscheinlichkeit vermindert werden, daß die Schneidfläche vorzeitig bis zur Nabe 14 abgenutzt wird.
Die Fig. 4A, 5A, 6A, 7 und 8 zeigen alternative Ausführungsformen der Anordnung harter und weicher Bereiche in abrasiven Segmenten des in Fig. 2 dargestellten Typs in der gleichen Ansicht wie in Fig. 3A. Elemente in den Fig. 4A-8, die ähnliche Funktionen haben wie Elemente in den Fig. 1, 2, 3A und 3B, sind durch Bezugszeichen mit gleichen Nummern, jedoch anderen Buchstaben bezeichnet. Diese anderen Anordnungen verschleißen verschieden schnell und erzeugen verschiedene Verschleißprofile und tragen daher das Werkstück auf verschiedene Weisen ab. Welches Verschleißmuster erwünscht ist, hängt von der spezifischen Verwendung des Schneidwerkzeugs ab.
Fig. 4A zeigt ein Segment 12b mit fünf axialen Dickenlagen 30b, 32b, 34b, 36b und 38b mit vorzugsweise im wesentlichen gleicher axialer Breite. Die äußeren Dickenlagen 30b und 38b sind den in Fig. 3A dargestellten äußeren Dickenlagen 30a bzw. 38a ähnlich. Die seitlichen inneren Dickenlagen 32b und 36b weisen jeweils harte Bereiche 22b auf, die in Umfangsrichtung durch weiche Bereiche 24b beabstandet sind, die etwa die dreifache Umfangslänge haben wie ihre harten Bereiche 22b. Die mittlere innere Dickenlage 34b weist harte Bereiche 22b auf, die durch weiche Bereiche 24b in Umfangsrichtung beabstandet sind, die etwa die gleiche Umfangslänge haben wie ihre harten Bereiche 22b. Außerdem ist die Position der harten Bereiche 22b in Umfangsrichtung von der Dickenlage 32b zur Dickenlage 34b zur Dickenlage 36b etwa um die Umfangslänge eines harten Bereichs 22b versetzt. Daher wird durch die Abstände sowohl in Umfangsrichtung als auch in der axialen Richtung im Segment 12b ein Zickzackmuster von Bereichen mit verschiedenem Abriebvermögen gebildet, die zwischen den äußeren Dickenlagen 30b und 38b sandwichartig angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird in jeder seitlichen inneren Dickenlage 32b und 36b bezüglich der mittleren inneren Dickenlage 34b etwa die dreifache Fläche für die weichen Bereiche 24b erhalten. Daher werden die seitlichen inneren Dickenlagen 32b und 36b schneller verschleißen als die mittlere innere Dickenlage 34b. Und ähnlich wie mit dem Segment 12a werden die äußeren Dickenlagen 30b und 38b, die keine weichen Bereiche 24b aufweisen, langsamer verschleißen als die inneren Dickenlagen 32b, 34b und 36b.
Fig. 4B zeigt eine Querschnittansicht des Segments 12b entlang der Linie 4B-4B in Fig. 4A und zeigt eine Abschätzung des Verschleißprofils, das erwartungsgemäß im Segment 12b erzeugt wird. Das Verschleißprofil weist einen radial vertieften Bereich axial über die seitlichen inneren Dickenlagen 32b und 36b, einen radialen Bereich mittlerer Höhe über die mittlere Dickenlage 34b und radial erhöhte Bereiche auf jedem Außenrand entlang der Dickenlagen 30b und 38b auf.
Fig. 5A zeigt ein Segment 12c mit fünf Dickenlagen 30c, 32c, 34c, 36c und 38c mit im wesentlichen gleicher axialer Breite. Die äußeren Dickenlagen 30c und 38c sind den in Fig. 3 dargestellten äußeren Dickenlagen 30a bzw. 38a ähnlich. Jede innere Dickenlage 32c, 34c und 36c weist harte Bereiche 22c auf, die durch weiche Bereiche 24c in Umfangsrichtung beabstandet sind, deren Umfangslänge etwa einem Viertel der Umfangslänge ihrer benachbarten harten Bereiche 22a entspricht. Außerdem sind die harten Bereiche 22c der seitlichen inneren Dickenlagen 32c und 36c in der axialen Richtung miteinander ausgerichtet, und die harten Bereiche 22c der mittleren inneren Dickenlage 34c sind in Umfangsrichtung davon versetzt angeordnet. Daher überlappen die harten Bereiche 22c der mittleren inneren Dickenlage 34c die harten Bereiche 22c der seitlichen inneren Dickenlagen 32c und 36c. Ähnlich wie bei den Segmenten 12a und 12b wird durch diese Konstruktion vorteilhaft ein Segment mit abrasiven Bereichen erhalten, die sowohl in der Umfangsrichtung als auch in Richtung der Drehachse der Scheibe 10 variieren.
Weil in den inneren Dickenlagen 32c, 34c und 36c eine relativ kleinere Menge weicher Bereiche 24c vorhanden ist, werden diese Lagen langsamer verschleißen als die inneren Dickenlagen 32a, 24a und 26a des Segments 12a. Weil in jeder inneren Dickenlage 32c, 34c und 36c im wesentlichen gleiche Verhältnisse von weichen Bereichen 24c zu harten Bereichen 22c vorliegen, wird jede Lage im wesentlichen mit der gleichen Rate verschleißen. Das erwartete Verschleißprofil ist in Fig. 5B dargestellt, die eine Querschnittansicht des Segments 12c entlang der Linie 5B-5B von Fig. 5A darstellt.
Fig. 6A zeigt ein Segment 12d mit fünf Dickenlagen 30d, 32d, 34d, 36d und 38d mit einer vorzugsweise im wesentlichen gleichen axialen Breite. Die äußeren Dickenlagen 30d und 38d sind den in Fig. 3A dargestellten äußeren Dickenlagen 30a bzw. 38a ähnlich. Die seitlichen inneren Dickenlagen 32d und 36d weisen harte Bereiche 22d auf, die durch weiche Bereiche 24d beabstandet sind, die etwa die gleiche Umfangslänge wie die harten Bereiche 22d aufweisen. Die mittlere innere Dickenlage 34d weist keinen weichen Bereich 24d auf und ist daher ein kontinuierlicher harter Bereich 22d. Daher wird die mittlere innere Dickenlage 34d etwa mit der gleichen Rate verschleißen wie die äußeren Dickenlagen 30d und 38d. Weil die seitlichen inneren Dickenlagen 32d und 36d Abschnitte mit weichen Bereichen 24d aufweisen, werden diese Lagen schneller verschleißen. Das erwartete Verschleißprofil ist in Fig. 6B dargestellt, die eine Querschnittansicht des Segments 12d entlang der Linie 6B-6B von Fig. 6A darstellt.
Fig. 7 zeigt ein Segment 12e, das aus nur drei Lagen 32e, 34e und 36e besteht, die den inneren Dickenlagen 32a, 33a und 34a des Segments 12a ähnlich sind. Die äußeren Dickenlagen 30a und 38a des Segments 12a sind im Segment 12e jedoch nicht vorgesehen. Daher wird das Verschleißprofil axial über die Lagen 32e, 34e und 36e relativ gleichmäßig sein.
Fig. 8 zeigt ein Segment 12f, das aus drei Lagen 32f, 34f und 36f besteht, die den Lagen 32b, 34b und 36b des Segments 12b ähnlich sind. Die äußeren Dickenlagen 3 Ob und 38b des Segments 12b sind im Segment 12f jedoch nicht vorgesehen. Daher wird das Verschleißprofil dem in Fig. 4B dargestellten Verschleißprofil des Segments 12b axial über die inneren Dickenlagen 32b, 34b und 36b im wesentlichen gleichen.
Außerdem kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden erfindung ein dem Segmenttyp 12a ähnliches Segment gebildet werden, das jedoch nur drei Lagen mit der gleichen Anordnung von harten Bereichen und weichen Bereichen wie diejenige der Lagen 32c, 34c und 36c des in Fig. 5A dargestellten Segments 12c oder der Anordnung der Lagen 32d, 34d und 36d des in Fig. 6A dargestellten Segments 12d aufweist.
Durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Arbeitsfläche eines Schneidwerkzeugs in Bereiche mit relativ hohem Abriebvermögen bzw. relativ geringem Abriebvermögen unterteilt. Es ist jedoch auch denkbar, eine in Bereiche mit mehr als zwei verschiedenen Werten für das Abriebvermögens unterteilte Arbeitsfläche eines Schneidwerkzeugs herzustellen. D. h., die Arbeitsfläche könnte in Umfangsrichtung und in axialer Richtung in Bereiche mit drei oder mehr Werten für das Abriebvermögens unterteilt werden. Jeder Bereichtyp kann relativ hohe, mittlere bzw. niedrige Konzentrationen von abrasivem Material und/oder relativ hochgradig, mittelmäßig bzw. in geringem Maße abrasive Materialien aufweisen.
Außerdem kann, obwohl die vorstehend spezifisch beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung 3, 5 oder 7 Lagen auf weisen, auch ein dem Segmenttyp 12a ähnliches Segment mit 1, 2, 4, 6, 8 oder einer beliebigen Anzahl von Lagen hergestellt werden, durch das in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung eine geeignete Schneidfunktion und ein geeignetes Verschleißprofil bereitgestellt werden. Außerdem muß die Dicke der Lagen nicht notwendigerweise gleich sein. Außerdem können die Lagen in Umfangsrichtung und in axialer Richtung andere Konfigurationen von Bereichen mit verschiedenen Werten für das Abriebvermögens aufweisen.
Außerdem kann in einer oder in mehreren Dickenlagen ein härteres oder ein weicheres Bindungsmaterial verwendet werden. Durch Verwendung eines härteren Bindungsmaterials kann veranlaßt werden, daß eine Lage langsamer verschleißt, und durch Verwendung eines weicheren Bindungsmaterials kann veranlaßt werden, daß eine Lage schneller verschleißt. Dadurch können das Verschleißprofil und die Gebrauchs- oder Lebensdauer der Schneidfläche 17 vorteilhaft verändert werden.
Außerdem kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung anstatt, wie vorstehend beschrieben, lediglich Segmente 12a-12f aus abrasivem Schneidmaterial herzustellen, ein kontinuierlich geschlossenes, kreisförmiges Band aus abrasivem Schneidmaterial hergestellt werden. Ein solches kontinuierliches Band kann als Schleifscheibe 40 verwendet werden (Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht der Schleifscheibe). Die Schleifscheibe 40 ist aus einer erfindungsgemäßen Scheibe aus abrasivem Material hergestellt. Die Scheibenmitte ist entfernt worden, um eine Öffnung 44 zum Montieren der Scheibe 40 auf einer drehbar angetriebenen Welle (nicht dargestellt) auszubilden. Die Außenumfangsfläche der Scheibe 40 weist eine kreisförmige Arbeitsfläche 46 aus abrasivem Material auf, die eine Umfangsrichtung und eine axiale Richtung aufweist. Außerdem kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung eine erfindungsgemäße Schleifscheibe mit einem kreisförmigen Band aus abrasivem Material hergestellt werden, das durch Hartlöten oder ein anderes bekanntes Verfahren am Umfang einer starren kreis förmigen Nabe oder eines kreisförmigen Rohlings montiert wird.
Fig. 10A zeigt eine Querschnittansicht der Fläche 46 entlang der Linie 10-10. Ähnlich wie das Segment 12a ist die kreisförmige Arbeitsfläche 46 entlang ihrer Umfangsrichtung und ihrer axialen Richtung in harte Bereiche 22g und weiche Bereiche 24g unterteilt. Schraffierte Bereiche in Fig. 10A zeigen harte Bereiche 22g, und unschraffierte Bereiche zeigen weiche Bereiche 24g. Die abrasive Fläche 46 kann in 7 Dickenlagen 30g, 32g, 33g, 34g, 35g, 36g und 38g mit im wesentlichen gleicher axialer Breite unterteilt werden, d. h. einer Breite in Richtung der Drehachse der Scheibe 40. Die äußeren Dickenlagen 30g und 38g sind vollständig harte Bereiche. In jeder inneren Dickenlage 32g, 33g, 34g, 35g und 36g sind harte Bereiche 22g in Umfangsrichtung, d. h. in Richtung des Umfangs der Scheibe 40, durch dazwischenliegende weiche Bereiche 24g beabstandet. Die weichen Bereiche 24g haben etwa die gleiche Umfangslänge, d. h. etwa die gleiche Länge in Richtung entlang des Umfangs der Scheibe 40, wie die harten Bereiche 22g. Außerdem sind die harten Bereiche 24g alternierender innerer Dickenlagen 32g, 34g und 36g in Umfangsrichtung von den harten Bereichen 24g alternierender innerer Dickenlagen 33g und 35g versetzt angeordnet, d. h. in Richtung entlang des Umfangs der Scheibe 40. Daher bildet die Anordnung abrasiver Partikel in der Fläche 46 ein Schachbrettmuster aus harten Bereichen 22g und weichen Bereichen 24g, die in der Umfangsrichtung und in der axialen Richtung alternierend und zwischen den äußeren Dickenlagen 30g und 38g, die jeweils vollständig harte Bereiche 22g sind, sandwichartig angeordnet sind.
Weil die Fläche 46 das gleiche Muster aus harten Bereichen 22g und weichen Bereichen 24g aufweist wie das Segment 12a, wird das für die Fläche 46 erwartete Verschleißprofil demjenigen des Segments 12a im wesentlichen gleichen. Wie in Fig. 10B dargestellt, die eine Querschnittansicht der Fläche 46 entlang der Linie 10B-10B von Fig. 10A darstellt, weist das ungefähre Verschleißprofil der Fläche 46 radial erhöhte Bereiche über die äußeren Dickenlagen 30g und 38g und radial tiefere Bereiche über die inneren Dickenlagen 32g bis 36g auf.
Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung kann auch eine Schleifscheibe des in Fig. 9 dargestellten Typs mit einer Arbeitsfläche mit in der axialen und in der Umfangsrichtung alternierenden Mustern aus weichen Bereichen und harten Bereichen hergestellt werden, die den in den Fig. 4A, 5A, 6A, 7 und 8 dargestellten Mustern gleichen, oder mit einem beliebigen anderen Muster aus in Umfangsrichtung und in der axialen Richtung alternierenden Anordnungen aus weichen Bereichen und harten Bereichen.
Ein Verfahren zum Herstellen abrasiver Segmente, z. B. des Segments 12a, oder abrasiver Scheiben, z. B. der Scheibe 40, weist das alternierende Anordnen von Lagen von Bindungs- und Füllmaterial mit Lagen aus abrasiven Partikeln und das gemeinsame Sintern der Lagen auf. Um die alternierenden Muster aus weichen Bereichen und harten Bereichen zu bilden, werden bestimmte Lagen aus abrasiven Partikeln in alternierenden Gruppen verschiedener Typen abrasiver Partikel und/oder verschiedenen Konzentrationen abrasiver Partikel angeordnet.
Verfahren zum Sintern von Material zum Herstellen abrasiver Artikel sind bekannt und im US-Patent Nr. 5620489 mit dem Titel "Method for Making Powder Preform ans Abrasive Articles Made Therefrom" von Tselesin, erteilt am 15. April 1997, US-Patent Nr. 5203880 mit dem Titel "Method and Apparatus for Making Abrasive Tools" von Tselesin, erteilt am 20. April 1993 und im am 17. Oktober 1995 dafür erteilten Reexamination Certificate mit der Seriennummer B1 5203880, US-Patent Nr. 5092910 mit dem Titel "Abrasive Tool" von deKok et al., erteilt am 3. März 1992 und im am 26. September 1995 dafür erteilten Reexamination Certificate mit der Seriennummer B1 5092910, US-Patent Nr. 5049165 mit dem Titel "Composite Material" von Tselesin, erteilt am 17. September 1991 und im am 26. September 1995 dafür erteilten Reexamination Certificate mit der Seriennummer B1 5049165, US-Patent Nr. 4925457 von deKok, erteilt am 15. Mai 1990 und im am 26. September 1995 dafür erteilten Reexamination Certificate mit der Seriennummer B1 4925457, und im US-Patent Nr. 5190568, erteilt am 2. März 1993 und im am 12. März 1996 1995 dafür erteilten Reexamination Certificate mit der Seriennummer B1 5190568 beschrieben.
Um ein abrasives Segment des in Fig. 2 dargestellten Typs oder eine Schleifscheibe des in Fig. 9 dargestellten Taps herzustellen, wird ein in Fig. 11 in einer Draufsicht dargestelltes laminiertes Lagenmaterial 80 hergestellt. Das laminierte Lagenmaterial 80 weist einen vorderen Rand 82 und einen Seitenrand 84 auf. Für jede gewünschte Dickenlage besteht das Lagenmaterial 80 vorzugsweise aus einer Bindungsmateriallage und einer Lage aus abrasiven Partikeln. Das Lagenmaterial 80 kann außerdem für jede gewünschte Dickenlage eine Lage aus porösem Material und/oder eine Lage aus einem Klebstoffsubstrat auf eisen. Um die Muster aus weichen Bereichen und harten Bereichen zu bilden, die es ermöglichen, daß erfindungsgemäß ein gewünschtes Verschleißprofil und damit ein gewünschter Schnitttyp erzeugt wird, können die abrasiven Partikel in alternierenden Gruppen mit verschiedenen Typen abrasiver Partikel und/oder verschiedenen Konzentrationen abrasiver Partikel angeordnet werden. Die Gruppen können in Öffnungen von Lagen aus porösem Material und/oder auf Klebstoff substratlagen angeordnet werden. Wenn Lagen aus po rösem Material verwendet werden, kann die poröse Lage gegebenenfalls vor dem Sintern entfernt werden. Die Gruppen können auch ohne Verwendung von Lagen aus porösem Material oder einer Klebstoffsubstratlage benachbart zum Bindungsmaterial angeordnet werden. Die Lagen werden zusammen gesintert, um das Lagenmaterial 80 herzustellen, in dem die einzelnen Lagen aus Bindungsmaterial, abrasiven Partikeln, porösem Material und Klebstoff Substrat nicht mehr unterscheidbar sind.
Fig. 12 zeigt eine Vorderansicht des vorderen Randes 82 des Lagenmaterials 80 zum Darstellen eines Stapels von Lagen, die zum Herstellen des Segments 12a verwendbar sind. Das Segment 12a besteht aus sieben Dickenlagen 30a, 32a, 33a, 34a, 35a, 36a und 38a. Jede der Dickenlagen 30a, 32a, 33a, 34a, 35a, 36a und 38a weist eine Bindungsmateriallage 50a, 52a, 53a, 54a, 55a, 56a bzw. 58a, eine Lage aus porösem Material 60a, 62a, 63a, 64a, 65a, 66a bzw. 68a und eine Lage aus abrasiven Partikeln 70a, 72a, 73a, 74a, 75a, 76a bzw. 78a auf. Jede der Lagen 72a bis 76a aus abrasiven Partikeln ist in Reihen im porösen Material angeordnet, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Diese Lagen werden durch einen oberen Stempel 84 und einen unteren Stempel 85 zusammen gesintert, um ein laminiertes Lagenmaterial 80 herzustellen. Wie vorstehend beschrieben wurde, sind für die vorliegende Erfindung geeignete Sinterprozesse auf dem Fachgebiet bekannt und beispielsweise im US-Patent Nr. 5620489 von Tselesin beschrieben. Obwohl Fig. 12 eine einzelne Bindungsmateriallage für jede Dickenlage zeigt, ist es auch denkbar, zwei oder mehr Bindungslagen für jede Dickenlage bereitzustellen.
Wie in Fig. 12A dargestellt, sind, um die alternierende Anordnung harter Bereiche und weicher Bereiche des Segments 12a herzustellen, die erste abrasive Partikellage 70a und die siebente abrasive Partikellage 78a jeweils im we sentlichen kontinuierlich. D. h., jede Öffnung 90 in den porösen Lagen 60a und 68a enthält ein superabrasives Partikel 92 der Partikellagen 70a bzw. 78a. Die abrasiven Partikellagen 72a bis 76a sind jedoch in Reihen angeordnet, die auf alternierenden porösen Materiallagen versetzt angeordnet sind. Daher sind die abrasiven Partikellagen 72a bis 76a diskontinuierlich und bestehen, wie in Fig. 11 dargestellt, aus Reihen mit Breiten, die zwei Reihen von Öffnungen 90 in den jeweiligen porösen Materiallagen 62a bis 66a entsprechen. Die Breiten der Reihen abrasiver Partikel 92 entsprechen den Längen in einer Umfangsrichtung der harten Bereiche 22a des Segments 12a. Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung können auch Reihen aus abrasiven Partikeln mit Breiten hergestellt werden, die einer, drei, vier oder einer beliebigen Anzahl benachbarter Reihen von Öffnungen 90 in den porösen Materiallagen 62a bis 66a entsprechen.
Um ein Schachbrettmuster harter Bereiche und weicher Bereiche des Segments 12a herzustellen, sind die Reihen abrasiver Partikellagen 72a, 74a und 76a senkrecht zu den Reihen um einen Abstand, der der Breite zweier benachbarter Reihen von Öffnungen 90 in den porösen Materiallagen 62a, 64a bzw. 66a entspricht, von der Position der Reihen abrasiver Partikellagen 73a und 75a verschoben.
Außerdem können abrasive Artikel erfindungsgemäß in den Reihen abgeordnet werden, die in Fig. 12A keine abrasiven Partikel aufweisen, wie in der Ausführungsform von Fig. 12B dargestellt, die eine Vorderansicht eines vorderen Randes eines Lagenmaterials zeigt, z. B. des in Fig. 11 dargestellten Lagenmaterials 80. Die Elemente in Fig. 12B, die mit den Elementen von Fig. 12A identisch sind, sind durch die gleichen alphanumerischen Zeichen bezeichnet, und Elemente in Fig. 12B, die ähnliche Funktionen haben wie die Elemente in Fig. 12A sind durch die gleiche Zahl mit einem nachgestell ten verschiedenen Buchstaben gekennzeichnet. In Fig. 12B sind Lagen abrasiver Partikel 72b, 73b, 74b, 75b und 76b in zwei Reihen aus zwei Typen abrasiver Partikel 92a, die in Fig. 12B durch Rautenformen dargestellt sind, und 92b angeordnet, die in Fig. 12B durch Kreise dargestellt sind. Die Partikel 92a sind in höherem Maße abrasiv als die Partikel 92b. Beispielsweise können die Partikel 92a Diamantpartikel und die Partikel 92b Siliziumkarbidpartikel sein. Daher werden harte Bereiche Diamantpartikel enthalten, und weiche Bereiche werden weniger harte Siliziumkarbidpartikel enthalten.
Die Dickenlagen 30a, 32a, 33a, 34a, 35a, 36a und 38a werden durch einen oberen Stempel 84 und einen unteren Stempel 85 zusammen gesintert. Die Segmente 12a werden dann durch einen Laser aus dem erhaltenen laminierten Lagenmaterial 80 im wesentlichen wie in Fig. 11 durch eine Phantomlinie dargestellt ausgeschnitten. Der Umfangsrand des Segments 12a wird im wesentlichen senkrecht zu den Reihen abrasiver Partikel in den abrasiven Partikellagen 72a, 73a, 74a, 75a und 76a geschnitten.
Das Bindungsmaterial kann ein geeignetes sinterfähiges Material mit den abrasiven Partikellagen sein und ist vorzugsweise ein weiches, leicht verformbares, flexibles Material (SEDF), dessen Herstellung auf dem Fachgebiet bekannt ist und das im US-Patent Nr. 5620489 von Tselesin beschrieben ist, auf das hierin in seiner Gesamtheit durch Verweis Bezug genommen wird. Solches SEDF-Material kann erzeugt werden durch Herstellen einer Paste oder eines Breis aus Bindungsmaterial oder Pulver, z. B. Wolframkarbidpartikel oder Kobaltpartikel, und einer Bindemittelzusammensetzung, die Zement, z. B. Gummizement, und einen Verdünner, z. B. Gummi zementverdünner, enthält. Abrasive Partikel können gegebenenfalls auch in der Paste oder im Brei enthalten sein. Aus der Paste oder dem Brei wird ein Substrat hergestellt und bei Raumtemperatur oder durch Wärme verfestigt und ausgehärtet, um flüchtige Komponenten der Bindemittelphase zu verdampfen. Das in der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform verwendete SEDF-Material zum Herstellen der Bindungsmateriallagen 50a, 52a, 53a, 54a, 55a, 56a und 58a kann Methylethylketon: Toluol, Polyvenylbutyral, Polyethylenglykol und Dioctylphthalat als Bindemittel und eine Mischung aus Kupfer, Eisennickel, Zinn, Chrom, Bor, Silizium, Wolframkarbid, Kobalt und Phosphor als Bindungsmaterial aufweisen. Bestimmte Lösungsmaterialien werden nach einer Aufbringung trocknen, während verbleibende organische Materialien während des Sintervorgangs wegbrennen werden. Beispiele exakter Zusammensetzungen erfindungsgemäß verwendbarer SEDF-Materialien sind nachstehend dargestellt und von verschiedenen Lieferanten erhältlich, z. B.: All-Chemie, Ltd., Mount Pleasant, SC; Transmet Corp., Columbus, OH; Valimet, Inc., Stockton, CA; CSM Industries, Cleveland, OH; Engelhard Corp., Seneca, SC; Kulite Tungsten Corp., East Rutherford, NJ; Sinterloy, Inc., Selon Mills, OH; Scientific Alloys Corp., Clifton, NJ; Chemmalloy Company, Inc., Bryn Mawr, PA; SCM Metal Products, Research Triangle Park, NC; F. W. Winter & Co. Inc. Camden, NJ; GFS Chemicals Inc., Powell, OH; Aremco Products, Ossining, NY; Eagle Alloys Corp., Cape Coral, FL; Fusion, Inc., Cleveland, OH; Goodfellow, Corp., Berwyn, PA; Wall Colmonoy, Madison Hts, MI; und Alloy Metals, Inc., Troy, MI. Nicht jede Bindungsmateriallage, aus denen das Lagenmaterial 80 besteht, muß die gleiche Zusammensetzung haben, sondern eine oder mehrere Bindungsmateriallagen können verschiedene Zusammensetzungen haben.
Das poröse Material kann tatsächlich ein beliebiges Material sein, so lange das Material hochgradig porös ist (d. h. eine Porosität von etwa 30% bis 99,5% aufweist). Ge eignete Materialien sind metallische Vliesmaterialien oder gewebte Drahtmaschenmaterialien, z. B. Kupferdrahtmaschenmaterial. Ein zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung besonders geeignetes Material ist Drahtmaschenmaterial aus rostfreiem Stahl. In der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform wird ein Maschenmaterial aus einem ersten Satz aus parallelen Drähten hergestellt, die ein zweiter Satz paralleler Drähte senkrecht kreuzt, um poröse Lagen 60a, 62a, 63a, 64a, 65a, 66a und 68a zu bilden. Die exakten Abmessungen eines erfindungsgemäß verwendbaren Drahtmaschenmaterials aus rostfreiem Stahl wird nachstehend im Beispielabschnitt beschrieben.
Wie in Fig. 13A dargestellt ist, die eine Draufsicht einer einzelnen Dickenlage 32a des Lagenmaterials 80 zeigt, kann ein erster Satz paralleler Drähte 61 parallel zum vorderen Rand 82 und ein zweiter Satz paralleler Drähte 69 parallel zum Seitenrand 84 angeordnet werden. Wie in Fig. 13B dargestellt, kann die poröse Lage auch derart schräg angeordnet sein, daß die Sätze paralleler Drähte 61 und 69 bezüglich des vorderen Randes 82 und des Seitenrandes 84 unter 45 Grad ausgerichtet sind. Die letztgenannte Anordnung hat den Vorteil, daß an der Schneidkante einer Arbeitsfläche mehr abrasive Partikel freigelegt werden, wenn beispielsweise ein Segment aus dem Lagenmaterial 80 ausgeschnitten wird.
Die abrasiven Partikel 92 können aus einer beliebigen, relativ harten Substanz hergestellt werden, z. B. aus Diamant, kubischem Bornitrid, Bor-Suboxid, Borkarbid und/oder Siliziumkarbid. Vorzugsweise werden Diamanten als abrasive Partikel 92 verwendet, die einen derartigen Durchmesser und eine derartige Form haben, daß sie in die Löcher des porösen Materials passen. Die Partikel 92 können entweder einzeln in Öffnungen 90 in den porösen Lagen 60a, 62a, 63a, 64a, 65a, 66a und 68a angeordnet werden, oder sie können im voraus auf Klebstoffsubstraten 100a, 102a, 103a, 104a, 105a, 106a und 108a angeordnet werden. Fig. 14 zeigt eine stark vergrößerte Vorderansicht eines Lagenmaterials des in Fig. 11 dargestellten Typs mit Klebstoff Substraten 100a, 102a, 102a, 104a, 105a, 106a und 108a, an denen die abrasiven Partikel 92 befestigt worden sind. Mit Elementen in Fig. 12A identische Elemente sind in Fig. 14 durch gleiche Zahlen bezeichnet. Die Klebstoffsubstrate 100a, 102a, 102a, 104a, 105a, 106a und 108a können dann mit dem Rest der Lagen, aus denen das Lagenmaterial 80 besteht, gesintert werden. Außerdem können die Partikel 92 ohne jegliche poröse Materiallagen oder Klebstoffsubstratlagen einfach benachbart zu den Bindungsmateriallagen 50a, 52a, 53a, 54a, 55a, 56a und 58a angeordnet werden. Details der Verwendung von in einem Sinterprozeß verwendbaren Klebstoffsubstraten zum Halten abrasiver Partikel sind im US-Patent Nr. 5380390 von Tselesin beschrieben. Wenn die porösen Materiallagen 60a, 62a, 63a, 64a, 65a, 66a und 68a verwendet werden, können sie gegebenenfalls entfernt werden, nachdem die abrasiven Partikel 92 plaziert wurden und bevor der Sinterprozeß ausgeführt wird.
Für Fachleute ist ersichtlich, daß die Breite der Reihen der abrasiven Partikel verändert werden kann, um in der Umfangsrichtung verschiedene Längen der harten Bereiche und der weichen Bereiche zu erhalten. Außerdem kann der Versatz der Reihen der abrasiven Partikellagen zwischen verschiedenen Reihen verändert werden, um ein gewünschtes Muster aus harten und weichen Bereichen zu erzeugen. Außerdem können die Typen abrasiver Partikel verändert werden, um gewünschte Muster von Bereichen mit höherem Abriebvermögen und Bereichen mit niedrigerem Abriebvermögen zu erzeugen. Insbesondere können die Anordnungen von harten Bereichen und weichen Bereichen von Segmenten 12b bis 12f durch eine solche Variation der Breite der abrasiven Partikelreihen und der Positi on der Reihen in den abrasiven Partikellagen und/oder der Typen abrasiver Partikel in den Reihen erhalten werden.
Außerdem müssen die abrasive Partikellagen nicht in Reihen angeordnet werden. Sie können stattdessen in abrasiven Partikelgruppen angeordnet werden, wobei die Konzentration und der Typ der abrasiven Partikel sich entlang einer Länge und einer Breite der abrasiven Partikellagen ändern können.
Außerdem können vom Lagenmaterial 80 des abrasiven Materials Bänder aus abrasivem Material hergestellt werden, wie beispielsweise die Scheibe 40. Die Scheibe 40 kann durch einen Laserstrahl aus dem Lagenmaterial 80 ausgeschnitten werden, wie in Fig. 11 durch Phantomlinien dargestellt. Die Größe des Lagenmaterials des in Fig. 11 dargestellten Typs kann verändert werden, um verschieden große Schleifscheiben herzustellen.

Beispiele

Das folgende allgemeine Verfahren wurde verwendet, um die erfindungsgemäßen Sägesegmente herzustellen.
Ein offenmaschiges Material mit Öffnungen von 0,6 mm pro Seite aus einem rostfreien Draht mit einem Durchmesser von 0,17 mm wurde in 12,7 cm · 12,7 cm (5 Zoll · 5 Zoll) große Stücke geschnitten. Abrasive Partikel aus Diamant oder Siliziumkarbid mit einem Durchmesser von etwa 0,42 mm wurden in jeder Maschenöffnung angeordnet. Es wurden drei Muster abrasiver Partikel verwendet: "voll" - jede Maschenöffnung wies ein Diamantpartikel auf; "A" - alternierende Doppelreihen aus Diamant- und Siliziumkarbidpartikeln, wobei in jeder Öffnung der ersten beiden Reihen ein Siliziumkarbidpartikel angeordnet war; und "B" - alternierende Doppelreihen aus Diamant- und Siliziumkarbidpartikeln, wobei in jeder Öffnung der ersten beiden Reihen ein Diamantpartikel angeordnet war.
Jede Pulvermischung von Bindungsmaterialien I, II, III und IV (in Tabelle 1) wurde mit den folgenden Bestandteilen gemischt und mit einem Messer auf einen Release Liner aufgebracht, um ein flexibles Lagenmaterial aus Metallpulver herzustellen: 600 Teile Bindungsmaterial; 67 Teile 1,5 : 1- Methylethylketon: Toluol; 6 Teile Polyvinylbutyral; 2,26 Teile Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von etwa 200; und 3,74 Teile Dioctylphthalat. Jedes Lagenmaterial hatte eine Größe von 161 cm² (25 Zoll²), war etwa 5,6 mm (22 Milli-Inch oder Mil) dick und hatte ein spezifisches Gewicht von etwa 0,98 g/Zoll². Tabelle 1
Die mit abrasiven Partikeln gefüllten Maschenmaterialien und die flexiblen Lagenmaterialien aus Metallpulver wurden stapelförmig aufeinander angeordnet, um ein laminiertes Verbundmaterial zu erhalten. Die spezifische Schichtungsfolge ist in jedem Beispiel ausführlich dargestellt. Die Schicht- oder Lagenstruktur wurde bei etwa 1000ºC unter einem Druck von etwa 400 kg/cm² für etwa 4 Minuten gesintert.
Das Verbundmaterial wurde dann durch einen Laser in 33 bogenförmige Segmente mit einer Länge von 4 cm geschnitten, und die Segmente wurden dann auf dem Umfang eines Stahlsägeblattkerns mit einem Durchmesser von 35,5 cm (14 Zoll) gleichmäßig beabstandet angeordnet.
Beispiel 1 wurde wie gemäß dem vorstehend beschriebenen allgemeinen Verfahren hergestellt, Die erhaltene Schicht- oder Lagenstruktur war folgende:
Bindungsmaterial IV
"voll"
Bindungsmaterial II
Bindungsmaterial II
"A"
Bindungsmaterial II
Bindungsmaterial II
"voll"
Bindungsmaterial II
Bindungsmaterial II
"B"
Bindungsmaterial II
Bindungsmaterial II
"voll"
Bindungsmaterial II
Bindungsmaterial II
"A"
Bindungsmaterial II
Bindungsmaterial II
"voll
Bindungsmaterial II
Bindungsmaterial II
"B"
Bindungsmaterial II
Bindungsmaterial II
"voll"
Bindungsmaterial IV
Beispiel 2 wurde gemäß dem vorstehend beschriebenen allgemeinen Verfahren hergestellt. Die erhaltene Schicht- oder Lagenstruktur war folgende:
Bindungsmaterial IV
"voll"
Bindungsmaterial IV
10 Lagen Bindungsmaterial II mit 6,25 Vol.-% Diamant/Metallpulver
Bindungsmaterial IV
"voll"
Bindungsmaterial IV
Vergleichsbeispiel A war eine Betonsäge, die von Diamont Boart Felker (Kansas City, MO) unter der Handelsbezeichnung "Gold Star Supreme" kommerziell erhältlich ist.
Die Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiel A wurden für gehärteten Aggregatbeton "Houston Hard" unter Verwendung einer gasbetriebenenen Walk-Behind-Säge getestet, die mit einer Drehzahl von etwa 2700 U/min betrieben wird, wobei jeder Seite des Sägeblatts Wasser zugeführt wurde. Die Abtrag- oder Schneidrate und die erwartete Lebensdauer der Säge sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2
Beispiel 3 wurde gemäß dem vorstehend beschriebenen allgemeinen Verfahren hergestellt. Die erhaltene Lagen- oder Schichtstruktur war folgende:
Bindungsmaterial IV
"voll"
Bindungsmaterial I
Bindungsmaterial I
"A"
Bindungsmaterial I
Bindungsmaterial I
"voll"
Bindungsmaterial I
Bindungsmaterial I
"B"
Bindungsmaterial I
Bindungsmaterial I
"voll"
Bindungsmaterial I
Bindungsmaterial I
"A"
Bindungsmaterial I
Bindungsmaterial I
"voll"
Bindungsmaterial IV
Vergleichsbeispiel B war eine von Cushion Cut Company, Torrance, CA unter der Handelsbezeichnung "CC 24 Supreme 6.0" kommerziell erhältliche Betonsäge.
Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel B wurden für gehärteten Aggregatbeton des Typs "Denver Medium Hard" unter Verwendung einer gasbetriebenenen Walk-Behind-Säge getestet, die mit einer Drehzahl von etwa 2700 U/min betrieben wird, wobei jeder Seite des Sägeblatts Wasser zugeführt wurde. Die Abtrag- oder Schneidrate und die erwartete Lebensdauer der Säge sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3
Vergleichsbeispiel C war ein von Terra Diamond Industrial (Salt Lake City, UT) kommerziell erhältliches Sägeblatt.
Beispiel 4 wurde gemäß dem vorstehend beschriebenen allgemeinen Verfahren hergestellt. Die erhaltene Lagen- oder Schichtstruktur war folgende:
Bindungsmaterial III
"voll"
Bindungsmaterial III
Bindungsmaterial III
"A"
Bindungsmaterial III
Bindungsmaterial III
"voll"
Bindungsmaterial III
Bindungsmaterial III
"B"
Bindungsmaterial III
Bindungsmaterial III
"voll"
Bindungsmaterial III
Bindungsmaterial III
"A"
Bindungsmaterial III
Bindungsmaterial III
"voll"
Bindungsmaterial III
Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel C wurden für Aggregatbeton des Typs "Denver Medium Hard" unter Verwendung einer gasbetriebenenen Walk-Behind-Säge getestet, die mit einer Drehzahl von etwa 2700 U/min betrieben wird, wobei jeder Seite des Sägeblatts Wasser zugeführt wurde. Die Abtrag- oder Schneidrate und die erwartete Lebensdauer der Säge sind in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 3
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist für Fachleute ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung Änderungen in der Auzsführungsform und in Details vorgenommen werden können.

Claims

1. Werkzeug für Schneid- und Schleifbearbeitungen mit:

einer abrasiven Arbeitsfläche mit einer sich senkrecht zu einer axialen Richtung erstreckenden Umfangsrichtung;

mehreren ersten Bereichen, die in der Umfangsrichtung und in der axialen Richtung auf der abrasiven Arbeitsfläche beabstandet angeordnet sind; und

mehreren zweiten Bereichen, die in der Umfangsrichtung und in der axialen Richtung der abrasiven Arbeitsfläche beabstandet angeordnet sind;

wobei die Arbeitsfläche in der axialen Richtung in mehrere Lagen unterteilt ist, die sich in der Umfangsrichtung und senkrecht zur axialen Richtung erstrecken; und

wobei jeder erste Bereich in höherem Maße verschleißfest ist als jeder zweite Bereich, so daß der zweite Bereich schneller verschleißen wird als der erste Bereich.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, wobei eine erste Außenlage einen ersten Außenrand der Arbeitsfläche bildet, eine zweite Außenlage einen zweiten Außenrand der Arbeitsfläche bildet und zwischen der ersten Außenlage und der zweiten Außenlage mehrere Innenlagen angeordnet sind.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, wobei jede der mehreren Innenlagen entlang der Umfangsrichtung in erste Bereiche und zweite Bereiche unterteilt ist, und wobei die erste Außenlage nur einen ersten Bereich aufweist und die zweite Außenlage nur einen ersten Bereich aufweist.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, wobei jede Lage im wesentlichen die gleiche Breite aufweist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, wobei die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche der Innenlagen alle etwa die gleiche Umfangslänge aufweisen und die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche benachbarter Innenlagen entlang der Umfangsrichtung um einen Abstand voneinander versetzt sind, der der Umfangslänge jedes ersten Bereichs gleicht.

6. Werkzeug nach Anspruch 5 mit einer bis sieben Innenlagen.

7. Werkzeug nach Anspruch 1, wobei die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche abrasive Partikel aufweisen.

8. Werkzeug nach Anspruch 1, wobei die in jedem ersten Bereich enthaltenen abrasiven Partikel härter sind als die in jedem zweiten Bereich enthaltenen abrasiven Partikel.

9. Werkzeug nach Anspruch 1, wobei die Konzentration der in jedem ersten Bereich enthaltenen abrasiven Partikel höher ist als die Konzentration der in jedem zweiten Bereich enthaltenen abrasiven Partikel.