EP1458528B1 - SCHNEID-SCHLEIF-ODER BOHRWERKZEUG MIT SCHNEID-ODER SCHLEIFSCHICHTEN GERINGER HöHE, SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SOLCHEN WERKZEUGS - Google Patents

SCHNEID-SCHLEIF-ODER BOHRWERKZEUG MIT SCHNEID-ODER SCHLEIFSCHICHTEN GERINGER HöHE, SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SOLCHEN WERKZEUGS Download PDF

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EP1458528B1
EP1458528B1 EP02792627A EP02792627A EP1458528B1 EP 1458528 B1 EP1458528 B1 EP 1458528B1 EP 02792627 A EP02792627 A EP 02792627A EP 02792627 A EP02792627 A EP 02792627A EP 1458528 B1 EP1458528 B1 EP 1458528B1
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intermediate layer
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Hans Grüneis
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0054—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for by impressing abrasive powder in a matrix
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B24D3/08—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements for close-grained structure, e.g. using metal with low melting point
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

Definitions

  • the present invention relates to cutting, grinding or drilling tools with cutting or grinding layers of low height.
  • Cutting tools such as cutting wheels, drill bits, milling and grinding tools or ropes equipped with cutting beads containing hard materials (preferably diamond) are known from the prior art in a variety of ways. In the majority of cases, the cutting elements are produced by sintering. Only for a few applications, the hard materials are applied galvanically.
  • Sintered cutting pads do not reach the cutting performance of a new electrodeposited cutting pad.
  • the cutting pads are very variable to produce because sintered metals, hard material, hard material quality and the dimensions of the cutting pads are freely selectable in many areas. Under the restriction that also different cutting pad variations have to be used for different applications, tools thus produced are also economical.
  • EP 1 066 927 discloses a method for producing a grinding tool, in which a paste, which is an intermediate layer material, is applied to a base body with a spatula. Then the interlayer material is sprinkled with hard material grains and then heated in a vacuum oven so that the interlayer crumbles with the scattered hard grains.
  • the object of the present invention is to provide a cutting, grinding or drilling tool with cutting or grinding layers of low height that the Thomasfreudtechnik a galvanically produced tool in the initial phase but whose cutting surface but allows hard material and binding wear and thus allows good lifetime values, the method for producing such tools should be cost-effective and should lead to economical and versatile tools.
  • a drilling tool comprising a driven body having a hard material grains and an abrasive layer containing intermediate layer or segments, teeth or the like containing a hard grains and an intermediate layer containing the intermediate layer is made of a non-ferrous metal or a metal alloy in that the intermediate layer for receiving the hard material grains on the base body, the segments, teeth or the like in at least one of is partially molten state that the hard grains are promoted by means of an air or gas delivery jet to the melt and at least partially penetrated into the melt and that the abrasive layer from the intermediate layer protruding hard material grains and a deep structure by further penetrated into the intermediate layer hard material grains.
  • the base body and the segments or teeth are made of the non-ferrous metal or the metal alloy.
  • the intermediate layer of non-ferrous metal or a metal alloy is applied to the base body, the segments or teeth in a reflow process, wherein the intermediate layer is subjected to a cooling and solidification process before the application of the hard material grains.
  • the metal alloy is a bronze.
  • the melting of the intermediate layer is preferably carried out by a laser beam.
  • the melting of the intermediate layer may be electrical, as by an induction loop.
  • the gas delivery stream preferably consists of inert gas and the hard material grains are preferably made of diamond.
  • the layer is profiled.
  • the main body, the segments or teeth of the non-ferrous metal or the metal alloy are configured to be any suitable metal or the metal alloy.
  • the intermediate layer of non-ferrous metal or a metal alloy is applied to the base body, the segments or teeth in a reflow process, wherein the intermediate layer is subjected to a cooling and solidification process before the application of the hard material grains.
  • the melting of the intermediate layer is preferably carried out by a laser beam.
  • the melting of the intermediate layer may be electrical, as by an induction loop.
  • the gas delivery stream preferably consists of inert gas and the hard material grains are preferably made of diamond.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Schneid- Schleif- oder Bohrwerkzeuge mit Schneid- oder Schleifschichten geringer Höhe.
  • Trennschleifwerkzeuge wie Trennscheiben, Bohrkronen, Fräs- und Schleifwerkzeuge oder auch mit Schneidperlen bestückte Seile, die Hartstoffe (vorzugsweise Diamant) enthalten sind in vielfältiger Art aus dem Stand der Technik bekannt. In den überwiegenden Fällen werden die Schneidelemente sintertechnisch hergestellt. Nur für wenige Anwendungen werden die Hartstoffe galvanisch aufgebracht.
  • Die Qualität eines solchen Werkzeugs wird durch drei Kriterien bestimmt:
    • Höhe der Zerspanungsleistung,
    • Lebensdauer,
    • Preis.
  • Es ist bekannt, dass Werkzeuge mit galvanischen Belägen beim Ersteinsatz immer eine sehr hohe Zerspanungsleistung haben. Aber nur in wenigen Anwendungen, wie z.B. dem Trennen von glasfaserverstärkten Kunststoffen, bleibt die hohe Leistungsfähigkeit für eine genügend lange Zeit erhalten, um die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Wird andererseits eine galvanisch belegte Trennscheibe z.B. zum Trennen von Granit verwendet, schneidet diese kurze Zeit sehr gut, die Leistungsfähigkeit sinkt dann aber schnell auf fast Null, da exponierte Hartstoffkörner anpolieren.
  • Gesinterte Schneidbeläge erreichen die Zerspanungsleistung eines neuen galvanisch hergestellten Schneidbelags nicht. Die Schneidbeläge sind jedoch sehr variabel herstellbar, da Sintermetalle, Hartstoffmenge, Hartstoffqualität und die Abmessungen der Schneidbeläge in weiten Bereichen frei wählbar sind. Unter der Einschränkung, dass für unterschiedliche Anwendungen auch unterschiedliche Schneidbelagvariationen eingesetzt werden müssen, sind so hergestellte Werkzeuge auch wirtschaftlich.
  • Es gibt jedoch auch Anwendungen, wie z.B. den Hoch- und Tiefbau, bei denen für das Sägen und Bohren universelle Werkzeuge benötigt werden, da die zu bearbeitenden Materialien im Voraus nicht bekannt sind. Für solche Anwendungen wurden neue Herstellungsverfahren entwickelt. Aus der EP-B-0-931 180 ist ein Verfahren zum Beschichten einer Trennscheibe durch Aufschmelzen des Belags mittels eines Laserstrahls bekannt. Die solcherart hergestellten Schneidbeläge haben grundsätzlich das gleiche Problem wie sintertechnisch hergestellte, d.h. die Verschleißfestigkeit der die Hartstoffe haltenden Bindung muss dem Verwendungszweck angepasst werden. Aus der PCT/DE98/02947 ist es bekannt, bei einem solchen Verfahren eine titanhaltige Zwischenschicht zwischen Grundkörper und Schneidbelag vorzusehen, um eine größere Haftung des Schneidbelags zu erzielen.
  • In der EP 1 066 927 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeugs offenbart, bei dem eine Paste, welche ein Zwischenschichtmaterial darstellt, mit einem Spatel auf einen Grundkörper aufgetragen wird. Dann wird das Zwischenschichtmaterial mit Hartstoffkörnern bestreut und anschließend in einem Vakuumofen erhitzt, so dass die Zwischenschicht mit den verstreuten Hartstoffkörnern verbackt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schneid-, Schleif- oder Bohrwerkzeug mit Schneid- oder Schleifschichten geringer Höhe zu schaffen, das die Schnittfreudigkeit eines galvanisch hergestellten Werkzeuges in der Anfangsphase aufweist, dessen Schneidbelag aber Hartstoff- und Bindungsverschleiß zulässt und so gute Lebensdauerwerte zulässt, wobei das Verfahren zur Herstellung solcher Werkzeuge kostengünstig sein und zu wirtschaftlich und vielfältig einsetzbaren Werkzeugen führen soll.
  • Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst. Fortbildungen und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen umfasst.
  • Versuche haben überraschenderweise ergeben, dass es möglich ist, Stahlgrundkörper zuerst mit einer Zwischenschicht zu beschichten und in einem zweiten Durchgang die Zwischenschicht noch einmal mit Hilfe eines Festkörperlasers anzuschmelzen und gleichzeitig Hartstoffkörner in die Oberfläche der Zwischenschicht einzubringen. Die mit Hilfe eines Schutzgas-Förderstroms auf der Schmelze auftreffenden Hartstoffkörner dringen teilweise bis vollständig in die Zwischenschicht ein und gehen eine gute Bindung mit der Schmelze ein. Die so entstandene Schneidschicht hat viele weit aus dem Bindungsmaterial ragende Schneidkörper und trotzdem noch eine Tiefenstruktur durch weiter in das Bindungsmaterial eingedrungene Körner. Die so entstehenden Werkzeuge enthalten viele Hartstoffe bei gleichzeitig wenig Bindungsmaterial, das durch den Abrieb wegerodiert wird. Zusätzlich schafft die Höhenstruktur Spanräume für den Abrieb und erhöht die Schnittgeschwindigkeit. Um die Wirtschaftlichkeit weiter zu steigern, ist es möglich, die Zwischenschicht z.B. durch Wellenform in der Höhe zu strukturieren.
  • Erfindungsgemäß ist daher ein Bohrwerkzeug, bestehend aus einem angetriebenen Grundkörper mit einer Hartstoffkörner und eine Zwischenschicht enthaltenden abrasiven Schicht oder mit mit einer Hartstoffkörner und eine Zwischenschicht enthaltenden abrasiven Schicht versehenen Segmenten, Zähnen oder dergleichen, wobei die Zwischenschicht aus einem Nichteisenmetall oder einer Metalllegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht zur Aufnahme der Hartstoffkörner auf dem Grundkörper, den Segmenten, Zähnen oder dergleichen in einem wenigstens teilweise geschmolzenen Zustand vorliegt, dass die Hartstoffkörner mittels eines Luft- oder Gasförderstrahls auf die Schmelze gefördert sind und wenigstens teilweise in die Schmelze eingedrungen sind und dass die abrasive Schicht aus der Zwischenschicht ragende Hartstoffkörner und eine Tiefenstruktur durch weiter in die Zwischenschicht eingedrungene Hartstoffkörner aufweist.
  • Nach einer Ausführung der Erfindung bestehen der Grundkörper und die Segmente oder Zähne aus dem Nichteisenmetall oder der Metalllegierung.
  • Vorzugsweise ist die Zwischenschicht aus Nichteisenmetall oder einer Metalllegierung auf den Grundkörper, die Segmente oder Zähne in einem Aufschmelzverfahren aufgebracht, wobei die Zwischenschicht vor dem Aufbringen der Hartstoffkörner einem Abkühlungs- und Erstarrungsvorgang unterworfen ist.
  • Nach einer Ausführung der Erfindung ist die Metalllegierung eine Bronze.
  • Das Schmelzen der Zwischenschicht erfolgt vorzugsweise durch einen Laserstrahl. Alternativ kann das Schmelzen der Zwischenschicht elektrisch, wie mittels einer Induktionsschleife erfolgen.
  • Der Gasförderstrahl besteht vorzugsweise aus Schutzgas und die Hartstoffkörner bestehen vorzugsweise aus Diamant.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Schicht profiliert.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Schneid-, Schleif- oder Bohrwerkzeugs, bestehend aus einem angetriebenen Grundkörper mit einer Hartstoffkörner und eine Zwischenschicht enthaltenden abrasiven Schicht oder mit mit einer Hartstoffkörner und eine Zwischenschicht enthaltenden abrasiven Schicht versehenen Segmenten, Zähnen oder dergleichen, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Schritte:
    • zunächst Beschichten des Grundkörpers mit der Zwischenschicht,
    • anschließendes punktuelles oder kleinflächiges Aufschmelzen eines Bereichs der auf dem Grundkörper, den Segmenten oder Zähnen aufgebrachten Zwischenschicht, oder einer äußeren Schicht des Grundkörpers, bzw. der Segmente oder Zähne, wobei die Zwischenschicht aus einem Nichteisenmetall oder einer Metalllegierung besteht,
    • Aufblasen von Hartstoffkörnern aus einer Düse mittels eines Gasförderstrahls auf den geschmolzenen Bereich, wobei die Hartstoffkörner teilweise bis vollständig in die Zwischenschicht eindringen und das Aufschmelzen und Aufblasen bei kontinuierlichem Vorschub des Grundkörpers erfolgt,
    • und Abkühlen des Werkzeugs.
  • Nach einer Ausführung der Erfindung bestehen der Grundkörper, die Segmente oder Zähne aus dem Nichteisenmetall oder der Metalllegierung.
  • Vorzugsweise ist die Zwischenschicht aus Nichteisenmetall oder einer Metalllegierung auf den Grundkörper, die Segmente oder Zähne in einem Aufschmelzverfahren aufgebracht, wobei die Zwischenschicht vor dem Aufbringen der Hartstoffkörner einem Abkühlungs- und Erstarrungsvorgang unterworfen ist.
  • Das Schmelzen der Zwischenschicht erfolgt vorzugsweise durch einen Laserstrahl. Alternativ kann das Schmelzen der Zwischenschicht elektrisch, wie mittels einer Induktionsschleife erfolgen.
  • Der Gasförderstrahl besteht vorzugsweise aus Schutzgas und die Hartstoffkörner bestehen vorzugsweise aus Diamant.

Claims (17)

  1. Bohrwerkzeug, bestehend aus einem angetriebenen Grundkörper mit einer Hartstoffkörner und eine Zwischenschicht enthaltenden abrasiven Schicht oder mit mit einer Hartstoffkörner und eine Zwischenschicht enthaltenden abrasiven Schicht versehenen Segmenten, Zähnen oder dergleichen, wobei die Zwischenschicht aus einem Nichteisenmetall oder einer Metalllegierung besteht,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zwischenschicht zur Aufnahme der Hartstoffkörner auf dem Grundkörper, den Segmenten, Zähnen oder dergleichen in einem wenigstens teilweise geschmolzenen Zustand vorliegt,
    dass die Hartstoffkörner mittels eines Luft- oder Gasförderstrahls auf die Schmelze gefördert sind und wenigstens teilweise in die Schmelze eingedrungen sind
    und dass die abrasive Schicht aus der Zwischenschicht ragende Hartstoffkörner und eine Tiefenstruktur durch weiter in die Zwischenschicht eingedrungene Hartstoffkörner aufweist.
  2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Grundkörper, die Segmente oder Zähne aus dem Nichteisenmetall oder der Metalllegierung bestehen.
  3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zwischenschicht aus Nichteisenmetall oder einer Metalllegierung auf den Grundkörper, die Segmente oder Zähne in einem Aufschmelzverfahren aufgebracht ist, wobei die Zwischenschicht vor dem Aufbringen der Hartstoffkörner einem Abkühlungs- und Erstarrungsvorgang unterworfen ist.
  4. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Metalllegierung eine Bronze ist.
  5. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schmelzen der Zwischenschicht durch einen Laserstrahl erfolgt.
  6. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schmelzen der Zwischenschicht elektrisch, wie mittels einer Induktionsschleife erfolgt.
  7. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gasförderstrahl aus Schutzgas besteht.
  8. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hartstoffkörner aus Diamant bestehen.
  9. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schicht profiliert ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Schneid-, Schleif- oder Bohrwerkzeugs, bestehend aus einem angetriebenen Grundkörper mit einer Hartstoffkörner und eine Zwischenschicht enthaltenden abrasiven Schicht oder mit mit einer Hartstoffkörner und eine Zwischenschicht enthaltenden abrasiven Schicht versehenen Segmenten, Zähnen oder dergleichen, gekennzeichnet durch die Schritte:
    zunächst Beschichten des Grundkörpers mit der Zwischenschicht,
    anschließendes punktuelles oder kleinflächiges Aufschmelzen eines Bereichs der auf dem Grundkörper, den Segmenten oder Zähnen aufgebrachten Zwischenschicht, oder einer äußeren Schicht des Grundkörpers, bzw. der Segmente oder Zähne,
    wobei die Zwischenschicht aus einem Nichteisenmetall oder einer Metalllegierung besteht,
    Aufblasen von Hartstoffkörnern aus einer Düse mittels eines Gasförderstrahls auf den geschmolzenen Bereich,
    wobei die Hartstoffkörner teilweise bis vollständig in die Zwischenschicht eindringen und das Aufschmelzen und Aufblasen bei kontinuierlichem Vorschub des Grundkörpers erfolgt,
    und Abkühlen des Werkzeugs.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Grundkörper, die Segmente oder Zähne aus dem Nichteisenmetall oder der Metalllegierung bestehen.
  12. Verfahren nach Anspruch 10,
    gekennzeichnet durch den vorherigen Schritt,
    dass die Zwischenschicht aus Nichteisenmetall oder einer Metalllegierung auf den Grundkörper, die Segmente oder Zähne in einem Aufschmelzverfahren aufgebracht ist, wobei die Zwischenschicht vor dem Aufbringen der Hartstoffkörner einem Abkühlungs- und Erstarrungsvorgang unterworfen ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Metalllegierung eine Bronze ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Aufschmelzen und/oder Schmelzen der Zwischenschicht durch einen Laserstrahl erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Aufschmelzen und/oder Schmelzen der Zwischenschicht elektrisch, wie mittels einer Induktionsschleife erfolgt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gasförderstrahl aus Schutzgas besteht.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hartstoffkörner aus Diamant bestehen.
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