DE69922204T2

DE69922204T2 - Schleifkörper

Info

Publication number: DE69922204T2
Application number: DE69922204T
Authority: DE
Inventors: Klaus Essexwold TANK; Roy Derrick Achilles
Original assignee: Element Six Pty Ltd
Current assignee: Element Six Pty Ltd
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: WO2000001917A1; EP1095203A1; AU4639599A; AU4639699A; WO2000001918A1; EP1095203B1; US6733378B1; US6527633B1; EP1095202B1; DE69922204D1; EP1095202A1; DE69911967D1; DE69911967T2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft einen Schleifkörper, insbesondere einen Schleifkörper, der als ein Werkzeugeinsatz benutzt werden kann.
Verbundschleifformkörper sind Produkte, die extensiv als Einsätze für Abtrag- bzw. Schleifwerkzeuge wie beispielsweise Bohrer benutzt werden. Solche Verbundschleifformkörper weisen eine mit einem Hartmetallträger verbundene Schleiformkörperschicht auf. Der Schleifformkörper ist typischerweise ein Diamantschleifformkörper, der auch als polykristalliner Diamant oder PCD (= polycrystalline diamond) bekannt ist, oder ein Kubischbornitridformkörper, das auch als Polykristallin-CBN (CBN = cubic boron nitride) oder PCBN (polycristalline cubic boron nitride) bekannt ist.
Verbundschleifformkörper werden unter erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen, beispielsweise Diamant- oder Kubischbohrnitrid-Synthesebedingungen hergestellt.
Es ist bekannt, dass PCD-Verbundformkörper als Resultat der bei ihrer Herstellung benutzten Hochtemperatur/Hochdruck-Bedingungen beträchtliche Rest- bzw. Eigenspannungen aufweisen. Außerdem können Verfahren zur Befestigung solcher Formkörper (z.B. Presskörper) in Bohrern, beispielsweise durch Einpressen oder Löten, insbesondere Hartlöten, die Spannungsverteilungen in Formkörper modifizieren. Zusätzliche Spannungen werden auf die Formkörper während ihrer Benutzung bei Anwendungen wie beispielsweise Bohren ausgeübt. Spannungen können in die Grenzfläche zwischen der Schleifformkörperschicht und dem Hartmetallträger eingebracht werden. Diese Spannungen können durch Bereitstellen einer Aussparung bzw. Vertiefung, die sich von der Formkörper/Hartmetall-Grenzfläche in den Hartmetallträger erstreckt und die mit dem Schleifformkörper gefüllt ist, reduziert oder modifiziert werden. Beim Stand der Technik hat die Vertiefung verschiedene Formen wie beispielsweise mehrere konzentrische Ringe, eine V-förmige Vertiefung, eine kreuzförmige Vertiefung und eine Vertiefung, die eine Anzahl von Stufen aufweist, angenommen. Der Zweck bei den meisten dieser Konstruktionen ist, die Schneidkante durch Bereitstellen einer Gesamtfestigkeit für die Verbundformkörper zu verstärken und zu unterstützen.
Das US-Patent Nr. 5 472 376 beschreibt eine Werkzeugkomponente, die eine mit einem Hartmetallsubstrat entlang einer Grenzfläche verbundene Schleifformkörperschicht aufweist. Von der Grenzfläche erstreckt sich in das Substrat eine Vertiefung, die mit dem Schleifformkörper gefüllt ist. Die Vertiefung weist eine gestufte Konfiguration auf und ist ganz im Hartmetallsubstrat angeordnet.
EP 356097 beschreibt einen Werkzeugeinsatz, der einen mit einem Hartmetallsubstrat verbundenen Schleifformkörper aufweist. Der Schleifformkörper ist in einer im Substrat ausgebildeten Vertiefung angeordnet. Der Schleifformkörper weist eine obere Fläche, die eine Schneidkante für den Werkzeugeinsatz aufweist, eine zur Basis der Vertiefung komplementäre untere Fläche und eine wenigstens teilweise in der Vertiefung angeordnete Seitenfläche auf, wobei der Abschnitt der in der Vertiefung angeordneten Seitenfläche komplementär zur Seite der Vertiefung ist. Die Seitenflächen können geneigt sein.
EP 692607 beschreibt eine Werkzeugkomponente, die einen mit einem Hartmetallsubstrat entlang einer Grenzfläche verbundenen Schleifformkörper aufweist. Die Grenzfläche weist zwei sich von einer Fläche der Komponente zu einer anderen Fläche erstreckende Stufen auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Abtrag- bzw. Schleifkörper, der beispielsweise als ein Werkzeugeinsatz zu benutzen ist, eine mit einem Substrat entlang einer Grenzfläche verbundene Abtrag- bzw. Schleifschicht und zumindest einen sich von der Grenzfläche in das Substrat erstreckenden streifenförmigen Vorsprung auf, wobei der Vorsprung ein Profil aufweist, das einen im Wesentlichen flachen zentralen Abschnitt und auf jeder Seite von ihm Verbindungsflächen aufweist, die den flachen zentralen Abschnitt mit der Grenzfläche verbinden und zur Grenzfläche geneigt sind, wobei der oder die Vorsprünge eine mit einer peripheren Fläche des Körpers zusammenfallende Fläche aufweist oder aufweisen, wobei die Schleifschicht eine Schneidkante aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante im Gebiet der Fläche ist. Es können mehr als ein streifenförmiger Vorsprung vorhanden sein. Ein solcher Vorsprung oder solche Vorsprünge kann bzw. können sich von einer peripheren Fläche des Schleifkörpers zu einer entgegengesetzten peripheren Fläche erstrecken. Der oder die Vorsprünge weist bzw. weisen vorzugsweise eine mit einer peripheren Fläche des Körpers zusammenfallende Fläche auf.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind drei parallele streifenförmige Vorsprünge vorhanden, wobei der innere Vorsprung eine Breite größer als die der äußeren Vorsprünge aufweist.
Bei einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung weist der streifenförmige Vorsprung im Grundriss im Wesentlichen eine U-Form auf. Vorzugsweise weisen die Schenkel des U mit einer äußeren Fläche der Körpers zusammenfallende Enden auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 der 1,
3 ist ein Schnitt entlang der Linie 3-3 der 1,
4 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
5 ist ein Schnitt entlang der Linie 5-5 der 4,
6 ist ein Schnitt entlang der Linie 6-6 der 4, und
7 ist eine Schnitt-Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der Abtrag- bzw. Schleifkörper kann verschiedene Formen aufweisen, ist jedoch vorzugsweise geradreiszylindrisch.
Die Substratschicht ist typischerweise eine Sinterkarbid- bzw. Hartmetallsubstratschicht. Das Hartmetall des Substrats kann jedes in der Technik bekannte sein wie beispielsweise gesintertes Titankarbid, Wolframkarbid, Tantalkarbid, Molybdänkarbid oder Mischungen derselben sein. Wie bekannt weisen solche Hartmetalle typischerweise einen Bindemittelgehalt von 3 bis 30% pro Masse auf. Das metallische Bindemittel ist typischerweise Kobalt, Eisen oder Nickel oder eine Legierung, die ein oder mehrere dieser Metalle enthält.
Die Schleifschicht ist generell ist eine Schleifpresskörper- bzw. Schleifformkörperschicht oder eine Schicht aus durch chemische Dampfabscheidung (chemical vapour deposition (CVD)) erzeugtem Diamant. Wenn die Schleifschicht eine Schleifformkörperschicht ist, ist sie Vorzugsweise eine Diamantformkörperschicht oder eine Kubisschbornitridformkörperschicht.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. In diesen Figuren ist ein Schleifkörper gezeigt, der eine mit einem Substrat 12, generell ein Hartmetallsubstrat, entlang einer Grenzfläche 14 (siehe 2) verbundene Schleifformkörperschicht 10 aufweist. Die obere Fläche 16 der Schicht 10 bildet eine Schleiffläche für den Körper, und die periphere Kante 18 bildet eine von der Grenzfläche ferne Schneidkante. Die Grenzfläche 14 weist relativ zur Fläche 16 geneigte Abschnitte 14a und 14b und zu dieser Fläche parallele zentrale Abschnitte 14c und 14d auf. Alle diese Abschnitte der Grenzfläche 14 können bei einer alternativen Ausführungsform parallel zur Fläche 16 sein.
Der Schleifkörper ist insbesondere dadurch gekennzeichnet dass drei streifenförmige Schleifformkörpervorsprünge 20 vorhanden sind, die sich von der Grenzfläche 14 in das Substrat 12 erstrecken. Diese Vorsprünge 20 erstrecken sich von einer peripheren Seitenfläche des Schleifkörpers zu einer entgegengesetzten peripheren Seitenfläche. Infolgedessen weist jeder Vorsprung eine mit 22 und 24 bezeichnete Fläche auf, die mit einer peripheren Seitenfläche des Schleifkörpers zusammenfällt.
Das Profil der Streifen, das heißt die Längsquerschnittsform der Streifen, ist am Besten in 3 dargestellt. Beznehmend auf diese Figur sei darauf hingewiesen, dass das Profil derart ist, dass ein mit 26 bezeichneter flacher zentraler Abschnitt und auf jeder Seite des zentralen Abschnitts Flächen 28, 30 vorhanden sind. Die Flächen 28, 30 sind vom zentralen Abschnitt 26 schräg zur Grenzfläche 14 geneigt.
Den 1 und 2 ist zu entnehmen, dass im Grundriss die Breite des zentralen streifenförmigen Vorsprungs größer ist als die der äußeren streifenförmigen Vorsprünge ist. Dies ist eine bevorzugte Konfiguration. Es sind andere Konfigurationen, beispielsweise solche, bei denen die Breiten gleich sind, möglich.
Es wird nun eine zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 beschrieben. Nach diesen Figuren weist ein Schleifkörper einen mit einem Substrat 102, das insbesondere ein Hartmetallsubstrat ist, entlang einer Grenzfläche 104 verbundenen Schleifformkörper 100 auf. Die Fläche 106 der Schleifformkörperschicht 100 bildet eine Schleiffläche für den Körper, während die von der Grenzfläche ferne periphere Kante 108 eine Schneidkante bildet.
Von der Grenzfläche 104 erstreckt sich in das Substrat 102 ein Schleifformkörpervorsprung 110. Dieser Vorsprung weist im Grundriss im Wesentlichen U-Form auf, was der 5 bzw. 4 entnommen werden kann. Die Schenkel des U erstrecken sich zur äußeren Fläche 112 des Schleifkörpers. Infolgedessen weisen die Schenkel Kantenflächen 114 auf, die mit der äußeren Fläche 112 des Körpers zusammenfallen.
Das Profil des Vorsprungs 110 ist in den 5 und 6 aus verschiedenen Richtungen dargestellt. Diesen Figuren ist zu entnehmen, dass das Profil derart ist, dass ein zentraler flacher Abschnitt 116 und vom zentralen Abschnitt 116 zur Grenzfläche 104 geneigte Flächen 118 vorhanden sind.
Die oben beschriebenen Schleifkörper können mit in der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden. Generell umfasst dies die Bereitstellung eines eine Vertiefung aufweisenden zylinderförmigen Hartmetallkörpers zur Aufnahme der Komponenten, die zur Herstellung des auf seinem einen Ende ausgebildeten Schleifformkörpers notwendig sind. Ein Beispiel eines solchen Körpers zur Erzeugung eines Schleifkörpers nach den 1 bis 3 ist in 7 gezeigt. Nach dieser Figur weist ein Hartmetallkörper 60 eine Geradkreiszylinderform auf, die flache Enden 62 und 64 aufweist. Im Ende 62 ist eine Aussparung bzw. Vertiefung 66 vorhanden. Die Vertiefung ist mit den zur Herstellung eines Schleifformkörpers notwendigen Komponenten gefüllt. Der so erzeugte unverbundene Aufbau wird in der Reaktionszone einer herkömmlichen Hochtemperatur/Hochdruck-Vorrichtung angeordnet, um einen Schleifformkörper aus den Komponenten zu bilden, der sich mit dem Körper 60 verbindet. Der in den 1 bis 3 dargestellte Schleifkörper wird einfach durch Entfernen der durch die gestrichelten Linien dargestellten Seiten des Körpers 60 erzeugt. Jedoch kann der Verbundkörper, der nach der Formkörperformation ohne Entfernung der Hartmetallseiten aus der Reaktionszone wiedergewonnen wird, als Werkzeugeinsatz selbst verwendet werden, was einen anderen Aspekt der Erfindung bildet. Bei dieser Ausführungsform des Einsatzes bzw. der Erfindung bildet die Kante 70 die Schneidkante. Diese Kante wird voraussichtlich ziemlich schnell abgetragen, bis die Schleifformkörperkante 72 erreicht wird. Danach ist es diese Kante 72, welche die Schneidkante für die Komponente bildet.
Die Bereitstellung der streifenförmigen Vorsprünge in den Schleifkörpern der Erfindung resultieren in einer effektiven Verstärkung und Stütze für die Schneidkante durch Bereitstellen einer Gesamtfestigkeit der Körper. Außerdem werden bei Benutzung die Schneidkanten in den Gebieten der Flächen 22, 24 des Vorsprungs bei der Ausführungsform nach den 1 bis 3 und im Gebiet der Fläche 114 des Vorsprungs bei der Ausführungsform nach den 4 bis 6 verwendet. Eine in diesen Gebieten zur Verfügung stehendes Extraabtragen bzw. -schleifen erhöht die Effektivität der Abtrag- bzw. Schleifwirkung des Körpers.

Claims

Schleifkörper (60), aufweisend eine mit einem Substrat (12; 102) entlang einer Grenzfläche (14; 104) verbundene Schleifschicht (10; 100) und zumindest einen sich von der Grenzfläche in das Substrat erstreckenden steifenförmigen Vorsprung (20; 110), wobei der Vorsprung ein Profil aufweist, das einen im Wesentlichen flachen zentralen Abschnitt (26; 116) und Verbindungsflächen (28; 30; 118) aufweist, die den flachen zentralen Abschnitt mit der Grenzfläche verbinden und zur Grenzfläche geneigt sind, wobei der oder die Vorsprünge eine mit einer peripheren Fläche des Körpers zusammenfallende Fläche aufweist oder aufweisen, wobei die Schleifschicht eine Schneidkante (18; 70; 72; 108) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante im Gebiet der Fläche ist.
Schleifkörper nach Anspruch 1, wobei mehr als ein steifenförmiger Vorsprung vorhanden sind.
Schleifkörper nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei sich der oder die steifenförmigen Vorsprünge (20) von einer peripheren Fläche (22) des Schleifkörpers zu einer entgegengesetzten peripheren Fläche (24) erstreckt oder erstrecken.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere parallele steifenförmigen Vorsprünge (20) vorhanden sind.
Schleifkörper nach Anspruch 4, wobei drei parallele steifenförmige Vorsprünge (20) vorhanden sind, wobei der innere Vorsprung eine Breite größer als die der äußeren Vorsprünge aufweist.
Schleifkörper nach Anspruch 1, wobei der steifenförmige Vorsprung (110) im Wesentlichen eine U-Form im Grundriss aufweist.
Schleifkörper nach Anspruch 6, wobei die Schenkel des U mit einer äußeren Fläche (112) des Körpers zusammenfallende Enden (114) aufweisen.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleifkörper aus einem Schleifkompakt und einer durch chemische Dampfabscheidung erzeugten Diamantschicht ausgewählt ist.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein Hartmetallsubstrat ist.
Schleifkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine gerade Kreiszylinderform aufweist.