EP3195978A2 - Method for manufacturing tools for machining with a geometrically undefined cutter - Google Patents
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Definitions
- the microstructure change according to the invention in an edge zone can in principle be carried out in various ways and ways. It is important that, above all, the structure of the bond in the region of the edge zone is changed so that the conglomerates of the bond are only very little connected to each other, so that when using the The tool according to the invention after the contact of the edge zone with the surface of the workpiece to be machined this edge zone, so to speak, "disintegrates" and thus the work surface, which is located at the transition between the edge zone and the bond is not changed in their structure exposed.
- the plane up to which the edge zone change takes place can also be curved, as a convex surface for a honing stone for the bore machining or as a concave surface for a finish honing stone for external machining of waves. Also, the plane can run, which is necessary for the plan processing.
- the proposed method shortens the manufacturing process of the tools, such. As honing stones, finishing stones or grinding tools, from the production of the blank, z. B. by sintering to the operational honing stone surface quite considerably. This involves significant cost savings. Processing and processing times of several hours are reduced to a few minutes. The cylindrical grinding and subsequent roughening with loose grain can be completely eliminated.
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Abstract
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen mit dessen Hilfe es möglich ist, Werkzeuge zur spanenden Bearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide so zu behandeln, dass die Bindung des Werkzeugs lokal in ihrem Gefüge verändert wird, so dass im Bereich der dabei entstehenden Randzone eine Versprödung auftritt und diese Randzone unmittelbar nach dem Kontakt des Werkzeugs mit der zu bearbeitenden Oberfläche verschleißt und die darunterliegende Arbeitsfläche freigibt.A method is proposed by means of which it is possible to treat tools for machining with a geometrically indeterminate cutting edge in such a way that the bond of the tool is changed locally in its microstructure, so that embrittlement occurs in the region of the resulting edge zone and this edge zone wears immediately after contact of the tool with the surface to be machined and releases the underlying work surface.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und nach diesem Verfahren hergestellte Werkzeuge nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 10, die beispielsweise zum Honen oder Finishen eingesetzt werden können. Die Erfindung ist aber nicht auf Honleisten und Finish-Steine beschränkt, sondern kann beispielsweise auch zum Herstellen von Schleifwerkzeugen oder anderen Werkzeugen eingesetzt werden. Nachfolgend wird die Erfindung exemplarisch am Beispiel von Honleisten erläutert. Schutz wird auch für andere Werkzeuge beansprucht.The invention relates to a method according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Honleisten-Rohlinge durch Sintern herzustellen. In der gesinterten und meist metallischen Bindung dieser Rohlinge sind Hartstoff-Körner, zum Beispiel aus Diamant, gebunden. Zur Fertigstellung der gesinterten Rohlinge wird die spätere Arbeitsfläche der Honleiste durch (Rund-)Schleifen in die gewünschte Form gebracht (Konditionierung) und anschließend durch Aufrauen geschärft.From the prior art it is known to produce honing stone blanks by sintering. In the sintered and usually metallic bond of these blanks are hard-material grains, for example of diamond bound. To finish the sintered blanks, the later working surface of the honing stone is brought into the desired shape by (round) grinding (conditioning) and then sharpened by roughening.
Beim Schleifen bzw. Konditionieren erhält die Honleiste die gewünschte Wölbung, welche dem Durchmesser der zu honenden Bohrung entspricht, und die notwendige Geradheit. Das Schärfen betrifft die Topographie der Arbeitsfläche. Dabei entstehen erhabene Schneidkörner und eine zurückgesetzte Bindungsmatrix. Das Merkmal der geschärften Arbeitsfläche sind die erhabenen Schneidkörner, welche aus der Bindungsmatrix herausragen. Entsprechendes gilt für das Konditionieren eines Schleifwerkzeugs.When sanding or conditioning the honing stone receives the desired curvature, which corresponds to the diameter of the hole to be honed, and the necessary straightness. Sharpening affects the topography of the work surface. This results in raised cutting grains and a recessed binding matrix. The feature of the sharpened work surface is the raised cutting grains which protrude from the bonding matrix. The same applies to the conditioning of a grinding tool.
Eine Alternative zu dieser Art der Konditionierung ist das selektive Abtragen der Bindung. Hier ist das elektrochemische Abtragverfahren zu nennen, bei dem die metallische Bindung durch Elektrolyse zurückgesetzt wird. Dadurch ragt das Schneidkorn über die Bindung heraus. Dieses Verfahren ist in der Literatur als ELID-Verfahren bekannt (Elektrolytisches in-Prozess Abrichten) und in der
Die
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Konditionieren und Schärfen der Arbeitsfläche sind sehr aufwendig, da sie zahlreiche Prozessschritte umfassen, die nacheinander auf verschiedenen Vorrichtungen und Maschinen ausgeführt werden.The methods known from the prior art for conditioning and sharpening the work surface are very consuming, since they involve numerous process steps, which are carried out successively on different devices and machines.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Formgebung der späteren Arbeitsfläche eines Werkzeugs, insbesondere einer Honleiste oder eines Schleifwerkzeugs, und zur Konditionierung der Arbeitsfläche bereitzustellen, das einfach ausführbar ist und wenig Zeit benötigt. Außerdem sollen nur wenige Vorrichtungen und Maschinen zur Durchführung des Verfahrens benötigt werden. Darüber hinaus soll ein Werkzeug mit weiter verbesserten Eigenschaften bereitgestellt werden.The invention has for its object to provide a method for shaping the later work surface of a tool, in particular a honing stone or a grinding tool, and for conditioning of the work surface, which is easy to carry out and requires little time. In addition, only a few devices and machines are required to carry out the method. In addition, a tool with further improved properties is to be provided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.This object is achieved according to the invention by the method according to
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, den in der Regel gesinterten Rohling in einem Arbeitsgang so zu bearbeiten, dass die Arbeitsfläche geformt wird und ein nachgelagertes Schärfen der Arbeitsfläche nicht erforderlich ist. Vielmehr kann der Rohling ohne weitere Bearbeitung eingesetzt werden. Die Randzone, deren Gefüge erfindungsgemäß verändert wurde, verschleißt sehr rasch, sobald sie in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück gelangt und setzt dadurch die eigentliche Arbeitsfläche des Werkzeugs frei. Unter Randzone ist der Materialbereich zu verstehen, welcher sich unmittelbar unterhalb der Oberfläche befindet. Die Tiefe der Randzone ist ein wichtiger Bearbeitungsparameter des erfindungsgemäßen Verfahrens und wird zur Formgebung der Arbeitsfläche gezielt gesteuert.The method according to the invention makes it possible to machine the usually sintered blank in one operation in such a way that the working surface is shaped and a downstream sharpening of the working surface is not required. Rather, the blank can be used without further processing. The edge zone, the structure of which has been changed according to the invention, wears out very quickly as soon as it comes into contact with the workpiece to be machined, thereby exposing the actual working surface of the tool. By edge zone is meant the material region which is located immediately below the surface. The depth of the edge zone is an important processing parameter of the method according to the invention and is specifically controlled to shape the working surface.
Es geht also nicht wie bei der herkömmlichen Bearbeitung von Rohlingen darum, nach der Konditionierung der Arbeitsfläche das einzelne Schneidkorn frei zu stellen, indem die Bindung durch eine Laserbearbeitung zurückgesetzt wird.It is therefore not, as is the case with the conventional processing of blanks, after the conditioning of the work surface, to release the individual cutting grain by resetting the bond by laser processing.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird im Bereich der Arbeitsfläche das Gefüge vor allem der Bindung so behandelt, dass ein Randzonengefüge entsteht, welches sehr schnell verschleißt und nach einer sehr kurzer EingriffsZeit zwischen Werkzeug und Werkstück abgetragen wird, so dass die darunter liegende Arbeitsfläche freigelegt wird und die Bearbeitung des Werkstücks beginnt.By the method according to the invention in the area of the working surface, the structure, especially the bond treated so that a Randzonengefüge arises, which wears out very quickly and is removed after a very short EingriffsZeit between the tool and the workpiece, so that the underlying work surface is exposed and the Machining of the workpiece begins.
Bei erfindungsgemäß bearbeiteten Honleisten wird das Randzonengefüge bereits durch wenige Doppelhübe der Honspindel abgetragen. In der Regel werden 10 - 20 Doppelhübe dafür benötigt.In accordance with the invention worked honing stones the Randzonenstruktur is already removed by a few double strokes of the honing spindle. As a rule, 10 - 20 double strokes are required.
Anders ausgedrückt: Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Bindung im Bereich einer Randzone der Arbeitsfläche gezielt verändert und in ihrer Festigkeit geschwächt wird, so dass diese Randzone besonders schnell verschleißt. In der Randzone befindet sich sowohl Bindungswerkstoff als auch Schneidkorn. Es ist in der Regel ausreichend, wenn der Bindungswerkstoff der Randzone verändert und versprödet wird.In other words, the object underlying the invention is achieved in that the bond in the region of an edge zone of the working surface is selectively changed and weakened in its strength, so that this edge zone wears out very quickly. In the edge zone is both bonding material and cutting grain. It is usually sufficient if the bonding material of the edge zone is changed and embrittled.
Die erfindungsgemäße Gefügeveränderung in einer Randzone kann prinzipiell auf verschiedenste Arten und Weisen vorgenommen werden. Wichtig ist, dass vor allem das Gefüge der Bindung im Bereich der Randzone so verändert wird, dass die Konglomerate der Bindung nur noch sehr wenig miteinander verbunden sind, so dass beim Einsatz des erfindungsgemäßen Werkzeugs nach dem Kontakt der Randzone mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks diese Randzone gewissermaßen "zerfällt" und dadurch die Arbeitsfläche, welche sich am Übergang zwischen der Randzone und der nicht in ihrem Gefüge veränderten Bindung befindet, freigelegt wird.The microstructure change according to the invention in an edge zone can in principle be carried out in various ways and ways. It is important that, above all, the structure of the bond in the region of the edge zone is changed so that the conglomerates of the bond are only very little connected to each other, so that when using the The tool according to the invention after the contact of the edge zone with the surface of the workpiece to be machined this edge zone, so to speak, "disintegrates" and thus the work surface, which is located at the transition between the edge zone and the bond is not changed in their structure exposed.
Erfindungsgemäß kann die Gefügeveränderung lokal unterschiedlich vorgenommen werden. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Eindringtiefe beziehungsweise die Dicke der Randzone lokal unterschiedlich ist. Dadurch lassen sich weitestgehend frei geformte Arbeitsflächen des erfindungsgemäßen Werkzeugs herstellen. Wenn man beispielsweise von einer ebenen Oberfläche des Rohlings eines Werkzeugs ausgeht, dann ist es möglich, eine ebene Arbeitsfläche zu schaffen, indem die die Tiefe T der Gefügeveränderung bzw. der Randzone über die gesamte Oberfläche konstant gehalten wird.According to the invention, the structural change can be made locally differently. This means, for example, that the penetration depth or the thickness of the edge zone is locally different. As a result, largely free-form work surfaces of the tool according to the invention can be produced. For example, starting from a flat surface of the blank of a tool, it is possible to create a flat work surface by keeping the depth T of the texture change or the edge zone constant over the entire surface.
Wenn man eine konkav oder konvex gekrümmte Arbeitsfläche herstellen will, dann wird die Eindringtiefe bezogen auf die Oberfläche des Rohlings lokal variiert, so dass sich die gewünschte Geometrie der Arbeitsfläche einstellt (siehe
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Gefügeveränderung eine lokale Versprödung der Randzone bewirkt. Die Gefügeveränderung kann auch durch die Bildung von Konglomeraten in der Matrix und die Bildung von Rissen zwischen den Konglomeraten erfolgen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that the structural change causes a local embrittlement of the edge zone. The structural change may also be due to the formation of conglomerates in the matrix and the formation of cracks between the conglomerates.
Eine solche Gefügeveränderung durch Versprödung und/oder die Bildung von Konglomeraten und Rissen zwischen den Konglomeraten kann sehr einfach und prozesssicher durch eine thermische Behandlung erfolgen. Es gibt hierzu eine Vielzahl möglicher Verfahren. Beispielsweise kann die Gefügeveränderung durch einen Laserstrahl, einen Elektrodenstrahl oder durch Induktion erfolgen, wenn die Bindung oder die Körner des Rohlings induktiv erwärmt werden können. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Gefügeveränderung durch andere Wärmequellen zu bewirken. Es ist ebenso möglich, die Gefügeveränderung durch eine chemische Behandlung der Randzone vorzunehmen. Beispielsweise kann, wenn die Matrix des Rohlings Kupfer enthält, die Bindung der Kupferatome in der Matrix durch die Behandlung mit Wasserstoff gelöst oder zumindest so weit gelockert werden, dass die Matrix im Bereich der Randzone versprödet.Such a structural change by embrittlement and / or the formation of conglomerates and cracks between the Conglomerates can be done very easily and reliably by a thermal treatment. There are a variety of possible procedures. For example, the microstructural change can be effected by a laser beam, an electron beam or by induction, if the bond or the grains of the blank can be heated inductively. Of course, it is also possible to effect the structural change by other heat sources. It is also possible to make the structural change by a chemical treatment of the edge zone. For example, if the matrix of the blank contains copper, the binding of the copper atoms in the matrix can be achieved by treatment with hydrogen or at least loosened so that the matrix embrittles in the region of the edge zone.
Ebenso ist es möglich, die Gefügeänderung im Bereich der Randzone durch eine mechanische Behandlung vorzunehmen.It is likewise possible to carry out the structural change in the region of the edge zone by means of a mechanical treatment.
Die Erfindung betrifft weiter ein Werkzeug zum Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide, wobei das Werkzeug eine Matrix aufweist, in der Schneidkörner gebunden sind und wobei das Werkzeug nach einem der vorhergehenden Verfahren hergestellt ist.The invention further relates to a tool for machining with a geometrically undefined cutting edge, the tool having a matrix in which cutting grains are bonded and wherein the tool is produced according to one of the preceding methods.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Werkzeug eine Honleiste, ein Finish-Stein oder ein Schleifwerkzeug sein.In particular, the tool according to the invention may be a honing stone, a finishing stone or a grinding tool.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erfindungsgemäße Werkzeug an den Kunden ausgeliefert wird in dem Zustand nach der Gefügeveränderung, ohne dass die in ihrem Gefüge veränderte Randzone abgetragen wurde. Dann stellt die Randzone gewissermaßen einen Schutz der Arbeitsfläche vor mechanischen Beschädigungen oder Verschmutzung dar.It is particularly advantageous if the tool according to the invention is delivered to the customer in the state after the microstructure change, without the edge zone modified in terms of its structure having been removed. Then, the edge zone provides a kind of protection of the work surface from mechanical damage or contamination.
Das erfindungsgemäße Werkzeug wird vom Nutzer mit der Randzone in Betrieb genommen und schärft sich in kürzester Zeit selbst, weil die in ihrem Gefüge veränderte Randzone nach wenigen Sekunden unmittelbar nachdem sie Kontakt mit der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche hat, verschleißt und damit die eigentliche Arbeitsfläche freigesetzt wird.The tool according to the invention is put into operation by the user with the edge zone and sharpens itself in a very short time because the edge zone changed in its structure wears out after a few seconds immediately after having contact with the workpiece surface to be machined and thus the actual working surface is released.
Die Intensität der Gefügeveränderung kann im Fall eines Laserstrahls dadurch sehr gut gesteuert werden, dass die Leistung des Laserstrahls gesteuert wird. Ein weiterer Parameter ist die Fokussierung beziehungsweise die Lage des Brennpunkts des Laserstrahls relativ zu der Oberfläche des Rohlings. Wenn der Fokus des Laserstrahles etwa in der Oberfläche des Rohlings liegt, ist dort die Leistungsdichte am höchsten und entsprechend treten hohe Temperaturen und lokal sehr hohe Temperaturgradienten auf, die die gewünschte Gefügeveränderung und/oder Bildung von Konglomeraten bewirken.In the case of a laser beam, the intensity of the texture change can be controlled very well by controlling the power of the laser beam. Another parameter is the focusing or the position of the focal point of the laser beam relative to the surface of the blank. If the focus of the laser beam lies approximately in the surface of the blank, the power density is highest there and correspondingly high temperatures and locally very high temperature gradients occur, which bring about the desired microstructural change and / or formation of conglomerates.
Aus Gründen der Produktivität wird man bei einem solchen sehr fokussierten Laserstrahl, der auf verschiedenen Bahnen, die sich nicht berühren, über die Oberfläche des Rohlings führen. Die verbleibenden "unbehandelten" schmalen Bereiche in der Oberfläche des Rohlings zwischen diesen Bahnen sind so schwach, dass sie ebenfalls sehr rasch verschleißen, wenn der erfindungsgemäße Schleifkörper beziehungsweise das erfindungsgemäße Werkzeug in Eingriff mit der zu bearbeitenden Oberfläche gebracht wird.For productivity reasons, such a highly focused laser beam will travel across the surface of the blank on various non-contacting webs. The remaining "untreated" narrow areas in the surface of the blank between these webs are so weak that they also wear out very quickly when the inventive abrasive tool or tool is brought into engagement with the surface to be machined.
Alternativ ist es auch möglich, dass der Fokus des Laserstrahls nicht direkt auf der Oberfläche oder in der zu bearbeitenden Randzone des Werkzeugs liegt, sondern etwas außerhalb des Rohlings liegt, so dass der Laserstrahl dort wo er auf die Oberfläche des Rohlings auftrifft, einen größeren Durchmesser und damit eine größere Breite und geringere Intensität hat. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, die gesamte Oberfläche des Rohlings in den gewünschten Bereichen lückenlos zu behandeln, so dass eine sehr gleichmäßige Gefügeveränderung auftritt.Alternatively, it is also possible that the focus of the laser beam is not directly on the surface or in the edge zone of the tool to be machined, but lies slightly outside the blank, so that the laser beam where it impinges on the surface of the blank, a larger diameter and thus has a greater width and lower intensity. In this embodiment of the method, it is possible to treat the entire surface of the blank in the desired areas without gaps, so that a very uniform structural change occurs.
Die Versprödung wird beispielhaft erreicht durch die Behandlung der Oberfläche mit einem Laserstrahl. Es wird jedoch keine selektive Ablation praktiziert, sondern ein lokales Aufschmelzen und Wiedererstarren, bei dem eine Oxidation der Metallmatrix in der Atmosphäre unter Aufnahme von z.B. Stickstoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff stattfindet. Dies führt zu einer Versprödung der Randzone. Weiterhin wird die Versprödung gefördert durch den steilen Abkühlungsgradienten, so dass thermische Spannungen im Gefüge entstehen und dadurch Mikrorissausbildungen entstehen, welche zur Bildung von Konglomeraten führen. Die Tiefe, bis zu der der Laserstrahl in der Randzone wirkt, ist ein Parameter des Prozesses. Die Ebene, bis zu der die Randzonenveränderung stattfindet, kann auch gewölbt verlaufen, als konvexe Oberfläche für eine Honleiste für die Bohrungsbearbeitung oder als konkave Oberfläche für eine Finish-Honleiste für Außenbearbeitung von Wellen. Auch kann die Ebene eben verlaufen, welches für die Planbearbeitung notwendig ist.The embrittlement is exemplified by the treatment of the surface with a laser beam. However, no selective ablation is practiced, but local melting and re-solidification in which oxidation of the metal matrix in the atmosphere takes place, e.g. Nitrogen, carbon or oxygen takes place. This leads to embrittlement of the edge zone. Furthermore, the embrittlement is promoted by the steep cooling gradient, so that thermal stresses occur in the structure and thereby microcracks form, resulting in the formation of conglomerates. The depth to which the laser beam acts in the peripheral zone is a parameter of the process. The plane up to which the edge zone change takes place can also be curved, as a convex surface for a honing stone for the bore machining or as a concave surface for a finish honing stone for external machining of waves. Also, the plane can run, which is necessary for the plan processing.
Der Laserstrahl kann an der Arbeitsfläche längliche Riefen oder punktförmige Vertiefungen mit seitlichen Grataufwürfen erzeugen. Diese Riefen oder Vertiefungen können mit einem Laserstrahl erzeugt werden, dessen Fokus F sich in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Rohlings befindet.The laser beam can produce elongated grooves or punctiform depressions with lateral burrs on the work surface. These grooves or depressions can be generated with a laser beam whose focus F is in the immediate vicinity of the surface of the blank.
Die Riefen oder punktförmigen Vertiefungen können in beliebiger Anordnung auf der Oberfläche des Rohlings eingebracht werden. Sie können auch in unterschiedlicher Dichte angeordnet werden, so dass lokal ein unterschiedlicher Grad an Versprödung entsteht. Diese Grate oder Grataufwürfe entlang den Riefen sind ebenfalls versprödet und üben ebenfalls eine abrasive Funktion auf die benachbarte Bindungsfläche aus.The grooves or punctiform depressions can be introduced in any desired arrangement on the surface of the blank. They can also be arranged in different densities, so that locally a different degree of embrittlement arises. These burrs along the scratches are also brittle and also exert an abrasive function on the adjacent bonding surface.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Gefügeveränderung auch mit einem defokussierten Laserstrahl erzeugt werden können, dessen Fokus F einen gewissen Abstand zu der Oberfläche des Rohlings hat.Alternatively, the structural change according to the invention can also be produced with a defocused laser beam whose focus F has a certain distance from the surface of the blank.
Dann wird bei ausreichender Strahlintensität die Oberfläche des Rohlings flächig und ohne Lücken vom Laserstrahl erfasst, so dass keine Riefen oder Vertiefungen entstehen, sondern eine vollflächige Gefügeumwandlung stattfindet, was in der Regel die Bildung von grobkörnigen Konglomeraten bzw. eine Versprödung bewirkt.Then, with sufficient beam intensity, the surface of the blank surface and without gaps detected by the laser beam, so that no grooves or depressions occur, but a full-surface microstructure transformation takes place, which usually causes the formation of coarse-grained conglomerates or embrittlement.
Nachdem eine derartig aufbereitete Arbeitsfläche einer Honleiste in das Honwerkzeug eingebaut wurde, erfolgt der erste Kontakt der Honleistenfläche mit der Bohrungswandung. Unter Einfluss der Kinematik und wegen des Anpressdrucks der Honleiste wird die Randzonenstruktur, welche durch den vorhergehenden erfindungsgemäßen Prozess, insbesondere die thermische Behandlung der Randzone durch einen Laser, einen Elektronenstrahl oder auf andere Weise, grobkörnig und niedrig kohäsiv beschaffen ist, durch Gleitverschleiß schnell abgetragen.After such a processed working surface of a honing stone was installed in the honing tool, the first contact of the honing stone surface is carried out with the bore wall. Under the influence of the kinematics and because of the contact pressure of the honing stone, the edge zone structure, which is obtained by the preceding process according to the invention, in particular the thermal treatment of the edge zone by a laser, an electron beam or in another way, coarse-grained and low-cohesive, is quickly removed by sliding wear.
Bereits nach wenigen Doppelhüben ist die Randzone abgetragen, so dass die Ebene freiliegt, ab der die gesinterte und unveränderte Bindungsstruktur vorliegt. Diese Ebene ist die Arbeitsfläche der Honleiste bzw. des Schneidwerkzeugs.After only a few double strokes, the edge zone is removed, so that the plane is exposed, from which the sintered and unchanged bond structure is present. This plane is the working surface of the honing stone or the cutting tool.
Da jedoch Schneidkörner teilweise in die versprödete Randzone hineinragten, aber überwiegend in der Feinstruktur der gesinterten Bindung verankert sind, stehen diese Schneidkörner nach dem Abtrag der Randzone über die Oberfläche der Bindung hinaus und stehen für den Abtragprozess sofort zur Verfügung. Diese Oberfläche ist die Arbeitsfläche der Honleiste.
Zusätzlich entsteht eine Läppwirkung, da die Grate an der Laserspur ebenfalls abrasiv wirken; so wie ein freies Läppkorn, welches sich zwischen Bindung und Bohrungswand herausbewegt.However, since cutting grains partially protrude into the embrittled edge zone, but are predominantly anchored in the fine structure of the sintered bond, these cutting grains are beyond the surface of the bond after the removal of the edge zone and are immediately available for the removal process. This surface is the working surface of the honing stone.
In addition, a lapping effect, since the burrs on the laser track also have an abrasive effect; as a free Läppkorn, which moves out between bond and bore wall.
Es bleibt zu erwähnen, dass der Laserprozess angewendet werden kann unabhängig von der topografischen Beschaffenheit der Honleistenfläche. Die Laserbehandlung kann unmittelbar nach dem Sintern erfolgen, es kann jedoch auch eine bereits geschliffene Arbeitsfläche vorliegen, die deshalb geschliffen wurde, um als Auflagefläche zu dienen für die Bearbeitung anderer Geometrien der Honleiste, welche in ihrer Lage von der Arbeitsfläche abhängig sind. Für den erfindungsgemäßen Prozess ist die Beschaffenheit der Oberfläche nicht maßgebend.It should be noted that the laser process can be applied regardless of the topographical nature of the honing stone surface. The laser treatment can be done immediately after sintering, but it may also be an already ground work surface, which was therefore ground to serve as a support surface for the treatment of other geometries of the honing stone, which are dependent on the position of the work surface. The nature of the surface is not decisive for the process according to the invention.
Das vorgeschlagene Verfahren verkürzt den Herstellungsprozess der Werkzeuge, wie z. B. Honleisten, Finish-Steine oder Schleif-Werkzeuge, vom Herstellen des Rohlings, z. B. durch Sintern bis zur einsatzfähigen Honleistenoberfläche ganz erheblich. Damit sind erhebliche Kosteneinsparungen verbunden. Bearbeitungs- und Durchlaufzeiten von mehreren Stunden werden reduziert auf einige Minuten. Das Rundschleifen und anschließende Aufrauen mit losem Korn kann vollständig entfallen.The proposed method shortens the manufacturing process of the tools, such. As honing stones, finishing stones or grinding tools, from the production of the blank, z. B. by sintering to the operational honing stone surface quite considerably. This involves significant cost savings. Processing and processing times of several hours are reduced to a few minutes. The cylindrical grinding and subsequent roughening with loose grain can be completely eliminated.
Weiter Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung und deren Beschreibung entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following drawings and their description can be removed.
Zeichnung:
-
Figur 1 : ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteter Rohling im Längsschnitt, -
Figur 2 : der Rohling gemäß mit freigelegter Arbeitsfläche,Figur 1 -
Figur 3 : Schnittdarstellungen von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteten Rohlingen, -
Figur 4 : eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gefügeumwandlung durch einen defokussierten Laserstrahl; -
Figur 4 : eine partiell bearbeitete Oberfläche eines RohlingsFigur 5 : eine Ansicht von oben auf eine Oberfläche eines Rohlings; -
Figur 6 : eine partiell bearbeitete Oberfläche eines Rohlings und -
Figur 7 : die freigelegte Arbeitsfläche eines erfindungsgemäßen Werkzeugs.
-
FIG. 1 : a blank processed by the method according to the invention in longitudinal section, -
FIG. 2 : the blank according toFIG. 1 with exposed work surface, -
FIG. 3 : Sectional views of blanks processed by the method according to the invention, -
FIG. 4 : a schematic representation of the structural transformation according to the invention by a defocused laser beam; -
FIG. 4 : a partially machined surface of a blankFIG. 5 a top view of a surface of a blank; -
FIG. 6 : a partially machined surface of a blank and -
FIG. 7 : the exposed working surface of a tool according to the invention.
In der
Die Honleiste 20 umfasst einen Fuß 1 (der auch als Tragleiste bezeichnet wird). Der Fuß 1 besteht meistens aus Stahl. Auf dem Fuß 1 wird Material in der Regel durch Sintern aufgebracht. Es werden auch Honleisten ohne Stahlfuß hergestellt. Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dies jedoch ohne Bedeutung.The honing
Das Material ist ein Sintergefüge 2 und besteht aus einer Bindung oder Bindungsmatrix 4 und Schneidmittel 5, welches in die Bindung 4 eingebettet ist. Nach dem Sintern erstreckt sich das Sintergefüge 2 vom Fuß 1 bis zu einer Oberfläche 15 eines gesinterten Rohlings. Dieser Zustand ist nicht dargestellt in
Erfindungsgemäß wird im Bereich einer Randzone 3 das Gefüge des Rohlings gezielt verändert. Die Gefügeveränderung kann in der Bildung von relativ grobkörnigen Konglomeraten bestehen, die untereinander nur schwach verbunden sind, so dass die Matrix im Bereich der Randzone 3 versprödet.According to the structure of the blank is selectively changed in the region of an
Die Versprödung kann thermisch oder auf andere Weise, z. B. chemisch oder mechanisch, erfolgen. Die thermische Versprödung kann zum Beispiel durch einen Laserstrahl, einen Elektronenstrahl oder durch Induktion erfolgen. Wichtig ist in jedem Fall, dass die gewünschte Gefügeveränderung und/oder Versprödung stattfindet; meist bildet sich durch die erfindungsgemäße Behandlung der Randzone 3 dort ein gröberes Gefüge, das im Zusammenhang mit der Erfindung auch als Konglomerat bezeichnet wird.The embrittlement can thermally or otherwise, for. As chemical or mechanical, done. The thermal embrittlement can be done for example by a laser beam, an electron beam or by induction. It is important in any case that the desired structural change and / or embrittlement takes place; The treatment of the
Die spätere Arbeitsfläche 6 der Honleiste 20 liegt im Inneren des Rohlings an der Grenze zwischen der Randzone 3 und dem verbliebenen Sintergefüge 2, dessen Gefüge nicht verändert wurde.The later working
Die Lage und Form der Arbeitsfläche 6 wird durch eine Tiefe T der Randzone 3 bestimmt. Anders ausgedrückt: Durch die Steuerung der lokalen Eindringtiefe der erfindungsgemäßen Versprödung und/oder Gefügeumwandlung ausgehend von der Oberfläche 15 werden die Lage und die Form der Arbeitsfläche 6 gesteuert. Weil ein Laserstrahl und ein Elektronenstrahl das Sintergefüge 2 "punktgenau" umwandeln, lassen sich auch gekrümmte Arbeitsflächen 6 (siehe die
Die Randzone 3 ist in der
In der
In der
In der
In der
Mit dem Bezugszeichen 19 ist eine Laserquelle bezeichnet. Die Laserquelle erzeugt einen Laserstrahl 21, der einen Brennpunkt F aufweist. In der
Durch die Lage des Brennpunkts F relativ zu der Oberfläche 15 des Rohlings 20 kann der Durchmesser D des Laserstrahls 21 an der Oberfläche 15 gesteuert werden. Gleichzeitig wird damit auch die Leistungsdichte [W/mm2] des Laserstrahls 19 auf der Oberfläche 15 gesteuert. Wenn also die Leistungsdichte erhöht werden soll, dann wird der Brennpunkt F näher an die Oberfläche oder direkt in die Oberfläche 15 des Rohlings gelegt.Due to the position of the focal point F relative to the
Wenn die Leistungsdichte verringert werden soll, wird der Abstand zwischen dem Brennpunkt F und der Oberfläche 15 des Rohlings vergrößert.When the power density is to be reduced, the distance between the focal point F and the
Über die Leistungsdichte lässt sich die Tiefe T (siehe
Ein Laserstrahl ist wegen seiner guten Steuerbarkeit besonders geeignet, um die erwünschte Gefügeveränderung im Bereich der Randzone 3 vorzunehmen. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf diese Energiequelle beschränkt.
Die konvexe Trennfläche zwischen Sintergefüge und versprödeter Randzone kann durch die Absorption des Laserstrahls und dessen Parametrisierung erzeugt werden.Due to its good controllability, a laser beam is particularly suitable for effecting the desired microstructural change in the region of the
The convex interface between sintered structure and embrittled edge zone can be generated by the absorption of the laser beam and its parameterization.
In der
Wenn der Durchmesser D des Laserstrahls kleiner ist als der Abstand S der Bahnen 17 entlang derer der Laserstrahl 21 über die Oberfläche 15 geführt wird, dann bleiben zwischen den Bahnen 17 schmale Streifen stehen, die der Laserstrahl 21 nicht erfasst hat. Je nachdem wie hoch die Leistungsdichte des Laserstrahls 21 ist und wie schnell der Laserstrahl entlang der Bahnen 17 geführt wurde, kann trotzdem in diesen nicht direkt vom Laserstrahl 21 erfassten Bereichen die gewünschte Gefügeveränderung stattfinden.If the diameter D of the laser beam is smaller than the distance S of the
Es ist jedoch auch möglich, dass in diesem schmalen Streifen keine Gefügeveränderung stattfindet. Diese schmalen Streifen können, wenn die Randzone in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück gebracht wird, den auf sie wirkenden Kräften nicht widerstehen und brechen dann sehr schnell ab, so dass auch bei dieser Strahlführung der erfindungsgemäße Effekt eintritt, dass nämlich nach wenig beziehungsweise sehr kurzen Kontaktzeit zwischen der Randzone 3 und der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks die Randzone verschleißt und die eigentliche Arbeitsfläche freigelegt wird.However, it is also possible that no structural change takes place in this narrow strip. These narrow strips, when the edge zone is brought into contact with the workpiece to be machined, can not withstand the forces acting on them and then break off very quickly, so that even with this beam guide the effect according to the invention occurs, namely after little or very short Contact time between the
Der Laserstrahl kann, wie erläutert, sowohl flächig als auch linien- oder punktförmig in bestimmten Mustern die Oberfläche erfassen und dort die Gefügeumwandlung herbeiführen.The laser beam can, as explained, both surface and line or punctiform in certain patterns capture the surface and cause the structural transformation there.
Die Versprödung der Randzone kann unterschiedliche Skalierungen aufweisen, von einer Versprödung in sehr geringer Tiefe bis zu einem Abtragen vom versprödeten Material. Die Laserbehandlung kann flächig erfolgen aber auch linienförmig in unterschiedlichen Abständen und energetischen Intensitäten.The embrittlement of the edge zone can have different scales, from embrittlement at very shallow depth to erosion from the embrittled one Material. The laser treatment can be flat but also linear at different distances and energetic intensities.
Die Riefe ist die unmittelbare Spur des Laserstrahls. Rechts davon sind die Gefügeveränderungen, bzw. die Konglomerate 13 sichtbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Konglomerate 13 ganz unterschiedliche Größen, zwischen denen Risse vorhanden sind, die eine deutliche Lockerung der Bindung untereinander bewirken und Teil der Gefügeuwmandlung sind.The ridge is the immediate track of the laser beam. To the right of this, the structural changes or
Die Grate 25 unmittelbar neben der Riefe an der Laserspur wirken ebenfalls abrasiv, so wie ein freies Läppkorn, welches sich zwischen Bindung und Bohrungswand herausbewegt. Diese Struktur ist die Voraussetzung für den zuvor beschriebenen Verschleißmechanismus.The
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