-
Diamantwerkzeug Die Erfindung betrifft Werkzeuge, die mit Diamanten
besetzt sind, die insbesondere in der Form von Schleifscheiben verwendet werden,
die aber auch, sofern man nicht mit Diamantbort, sondern mit größeren Diamanten
arbeitet, zum Abrichten verwendet werden und auch zum Bohren dienen.
-
Was insbesondere die Schleifscheiben anlangt, so sind derartige Werkzeuge
an sich bekannt. Zur Bindung und Halterung des Diamanten werden die verschiedensten
Werkstoffe bereits. benutzt. So sind Schleifscheiben bekannt, die eine organische
Bindemasse zur Halterung des Diamanten aufweisen, und es sind ferner solche Werkzeuge
bekannt, bei denen der Diamant in einer metallischen Grundmasse eingelagert ist.
Als metallische Grundmasse hat man Hartmetall benutzt und ferner Legierungen aus
Schwermetallen wie beispielsweise Wolfram-Nickel-Kupferlegierungen o. dgl. Die Bindemasse
ist entweder auf dem Wege des Schmelzens; meist aber auf dem Wege des Sinterns hergestellt
worden. Auch sind bereits Schleifscheiben bekannt, bei denen die Grundmasse im wesentlichen
aus Eisen besteht, wobei einerseits die Bindung mit dem Diamanten auf elektrolytischem
Wege erreicht wurde oder andererseits durch Sintern der Eisengrundmasse unter Zusatz
eines Lotes, d. h. also eines Pulvers, das dem Eisenpulver beigemischt wird und
das einen bedeutend niedrigeren Schmelzpunkt
als das Eisen aufweist.
So sind beispielsweise gesinterte Eisenscheiben mit Kupferzusatz bekanntgeworden.
Auch für sog. Abrichtwerkzeuge sind Hartmetall- und Schwermetallbindungen für den
Diamanten verwendet worden, und für derartige Werkzeuge ist auch das Einlöten mit
einem weichen Metall oder einer weichen Legierung durchgeführt worden, während für
diesen Zweck organische Bindungen nicht benutzt wurden.
-
Mit Hilfe der Bindungen kann zweierlei erreicht werden: Wenn die Grundmasse
besonders hart und verschleißfest gemacht wird und dabei eine feste Halterung des
Diamanten gewährleistet, so arbeitet die Scheibe selbst außerordentlich sparsam,
wobei allerdings die Schleifzeiten sehr lang sind. Je weicher die Grundmasse für
die Halterung des Diamanten ist, um so größer wird der Eigenverschleiß der Scheibe,
andererseits haben diese Werkzeuge aber beim Schleifen den Vorzug, daß in der Zeiteinheit
große Mengen des zu bearbeitenden Werkstoffes abgetragen werden können. Sieht man
einmal von den organisch gebundenen Scheiben ab, die einen hohen Verschleiß und
starken Arbeitsangriff zeigen, so wird die Aufgabe, in der Zeiteinheit ein mengenmäßig
großes Abtragen des zu bearbeitenden Werkstoffes zu erzielen, an sich mit einem
Werkzeug erreicht, bei welchem der Diamant in Eisen eingelagert ist. Die bisher
bekanntgewordenen Werkzeuge, insbesondere Schleifscheiben, die mit gesinterter Eisenbindemasse
arbeiten, haben indes einen erheblichen Nachteil, der darin besteht, daß durch das
Sintern unter Zusatz eines niedrigschmelzenden Pulvers dichte Körper nicht zu erzielen
sind. Die Porosität hat zur Folge, daß sich bereits nach kurzem Arbeiten die Schleifbedingungen
an der Scheibe ändern, weil sich die Poren mit abgeschliffenem Werkstoff des zu
bearbeitenden Werkstückes anfüllen. Wenn auch bei einer derartigen Scheibe der Wunsch
besteht, daß die angreifenden Diamanten möglichst rasch freigelegt werden und somit
zum Eingriff kommen können, was mit derartigen Scheiben wohl erreicht wird, so muß
andererseits gefordert werden, daß ein einmal freigelegter Diamant nicht sofort
ausbricht und für die weitere Bearbeitung verlorengeht. Dies ist aber bei den erwähnten
gesinterten Eisenscheiben der Fall. Das gleiche gilt sinngemäß auch für die sog.
Abrichtwerkzeuge und Werkzeuge zum Bohren o. dgl.
-
Zweck der Erfindung ist es nun, ein diamantbesetztes Werkzeug, insbesondere
eine Schleifscheibe mit gesinterter Eisenbindemasse, vorzuschlagen, welche in sich
die Eigenschaften vereinigt, verhältnismäßig weich zu sein und daher in der Zeiteinheit
einen starken .@',ngriff auf das zu bearbeitende Werkstück zu gestatten, und andererseits
die freigelegten Diamanten für eine möglichst lange Zeitspanne in der Grundmasse
festzuhalten. Es hat sich gezeigt, daß dies dann möglich ist, wenn der Diamant in
einem Eisenkörper eingelagert ist, der durch geeignete Sintermaßnahmen als poröses
Eisenskelett aufgebaut ist. Nach dem Einsintern der Diamanten in dieses Eisenskelett
wird der Eisenskelettkörper mit einem schmelzflüssigen 1lletall oder einer Metallegierung
getränkt. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, ein Werkzeug, insbesondere zum
Schleifen, dessen Diamanten in einer gesinterten metallischen Masse gefaßt sind,
so auszubilden, daß die Diamanten in einem durch Sintern hergestellten porösen
Eisenskelett eingelagert sind, in das ein weiches Metall, insbesondere Zinn, Blei,
Kupfer oder deren Legierungen wie Bronze, Messing o. dgl., eingeseigert ist. Durch
das Einseigern, bei welchem etwa 3 bis 40 ()/0
der endgültigen Gesamtmasse
eingeseigert werden kann, wird ein vollkommen dichter Körper erzielt.
-
Die Härte der Scheibe kann durch das Sintern des Skelettes einerseits
und durch das eingeseigerte Metall bzw. die eingeseigerte Legierung andererseits
je nach Wunsch eingestellt werden. Je poröser das Skelett hergestellt wird, um so
weicher wird die Scheibe bzw. das Werkzeug. Die Anzahl der Poren im Skelett wird
in an sich bekannter Weise bestimmt durch die gewählte Korngröße des Ausgangswerkstoffes
und kann in einem gewissen Umfang auch durch den beim Sintern des Skelettes angewendeten
Preßdruck beeinflußtwerden. Bei der Herstellung des Skelettes kann außerdem auf
die Anwendung eines Druckes überhaupt verzichtet werden, wobei die Porosität dann
durch die beim Vorpressen des Körpers vor dem Sintern erzielte Dichte beeinflußt
werden kann. Selbstverständlich spielt auch das einzuseigernde Metall eine Rolle,
wobei vor allem auch der Verwendungszweck des Werkzeuges zu beachten ist.
-
An Stelle der aufgeführten Metalle bzw. Legierungen, die bei ihrer
Verwendung gewisse Vorzüge genießen, können auch andere leicht schmelzbare Metalle
oder Legierungen benutzt werden. Es ist lediglich wesentlich, daß die ausgewählten
Stoffe mit dem Eisen bzw. dem Eisenskelett beim Einseigern keine Mischung oder Legierung
eingehen oder jedenfalls in nicht nennenswertem Maße eingehen. Ob ein ausgewähltes
Metall bzw. eine ausgewählte Legierung für das Einseigern im Sinne der Erfindung
in Frage kommt, wird sich jeweils unter Berücksichtigung des Verwendungszweckes
des Werkzeuges und unter Beobachtung der obigen Grundregel durch wenige Stichversuche
ergeben. Im gleichen
Sinne ist es auch möglich, das Eisen des Skelettkörpers
ganz oder -teilweise durch Nickel oder Kobalt zu ersetzen.
-
Die Verwendung einer Eisenskelettgrundmasse, in der die Diamanten
eingelagert sind und in die Metalle oder Legierungen eingeseigert sind, ist grundsätzlich
für alle Formen von diamantbesetzten Werkzeugen möglich, da die Formgebung solcher
Körper bzw.« Massen an sich in der Pulvermetallurgie zum Stande der Technik gehört.
Es können daher Schleifscheiben in der Form auf diese Weise hergestellt werden,
gleichgültig, ob es sich um Planscheiben, Topfscheiben, Schleifräder, Schleifstifte
zum Bohren o. dgl. handelt. Die Verbindung mit dem eigentlichen Trägerkörper des
Werkzeuges wird durch Löten hergestellt, wie dies ebenfalls aus der Technik derartiger
Werkzeuge bekannt ist. Das Lot, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung
bestehend, verbindet den Skelettkörper mit dem eigentlichen Werkzeugkörper, also
beispielsweise den scheibenförmigen Skelettkörper mit der Planscheibe einer Schleifscheibe.
Es kann bei der Verbindung der beiden Teile auch so verfahren werden, daß das einzuseigernde
Metall oder die einzuseigernde Legierung gleichzeitig das Lötmittel zwischen Skelettkörper
und Werkzeugträgerkörper darstellt.
-
Besonders bewährt hat sich für eine diamantenbesetzte Schleifscheibe
ein Eisenskelettkörper, in welchen 3001o einer Bronzelegierung mit etwa io % Zinn
eingeseigert sind.
-
Bei der Herstellung einer solchen Scheibe wird wie folgt verfahren:
15 Gewichtsprozent Diamantpulver, beispielsweise in der Körnung von o, i mm, werden
mit 85% Eisenpulver in der Korngröße 0,o6 bis 0,i5 mm gemischt und das Gemenge in
einer Ringmatrize unter einem Druck von etwa 2 bis 3 t/cm2 verpreßt. Der ringförmige
Preßkörper wird darauf kurzzeitig auf eine Temperatur von iooo° erhitzt, wobei er
eine beachtliche Festigkeit annimmt, aber noch eine Porosität von etwa 25 bis 35
Volumprozent aufweist. Der gesinterte Ring wird nun in ein Bronzebad, das aus etwa
85 bis g00% Kupfer, Rest Zinn besteht, eingetaucht, wobei der poröse Sinterkörper
etwa 300% der Bronzelegierung aufnimmt. Der so hergestellte ringförmige Diamantmetallkörper
wird in an sich bekannter Weise durch Hartlöten mit dem topfartigen Stahlträger
zum fertigen Werkzeug verbunden.
-
Ein diamantbesetztes Werkzeug zum Abrichten von Schleifscheiben wird
wie folgt hergestellt In eine zylindrische Preßform, die zweckmäßigerweise mit Hartmetall
ausgekleidet ist, wird ein Gemenge von Eisenpulver in der Korngröße 0,05
mm und etwa 2 Karat groben Diamantbortes eingefülIt, Durchmesser des Bortes etwa
:2 bis 3 mm. Das Gemenge wird mit einem Druck von etwa 6 bis 8 t/cm2 zu einem pfropfenartigen
Körper verpreßt, der anschließend kurzzeitig auf 105o° erhitzt wird. Das Porenvolumen
dieses Körpers beträgt nur noch 5 bis 10%. Durch Eintauchen des Sinterkörpers in
ein Bleibad mit etwa 2o0% Zinn nimmt der Sinterkörper 5 bis 80% dieser Legierung
auf. Durch Zugabe von Antimon zum Bleibad kann die Härte des Endkörpers, wenn erwünscht,
erheblich gesteigert werden. Der so hergestellte Diamantmetallkörper wird in an
sich bekannter Weise in einen Stahlhalter eingelötet. Das Gewicht des Diamantmetallkörpers
beträgt zweckmäßigerweise 15 bis 25 g.