Abrasivelement für Bohrkronen von Hohlbohrern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Abrasivelement, das insbesondere für Bohrkronen von Hohlbohrern verwendbar ist, mit einer Sintermetallmatrix, in der Schneidstoffe eingebunden bzw. eingebettet sind. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Abrasivelementes .
Derartige Abrasivelemente werden insbesondere in Bohrkronen für die Steinbearbeitung, z. B. bei Kernbohrern, verwendet. Die EP 0 857 552 Bl zeigt ein derartiges Abra- sivelement, bei dem Diamantkristalle als Schneidstoffe in einer Sintermetallmatrix aufgenommen sind.
Bei Abrasivelementen, bei denen die Schneidstoffe in einer Metallmatrix gebunden sind, weist die für die Materi- albearbeitung vorgesehene Oberfläche vor ihrer Benutzung in der Regel eine glatte Oberfläche auf. Beim Anschnitt weisen die Abrasivelemente aufgrund der glatten Oberfläche zunächst ein schlechtes Bohrverhalten bzw. Anschnittverhalten auf, das sich erst im Laufe der Zeit verbessert, wenn Me- tall abgerieben und Schneidstoffe teilweise freigelegt werden. Diese Problematik ist als Anschnitt- bzw. Anbohrproblematik bekannt.
Die EP 0 857 552 zeigt ein Abrasivelement der eingangs genannten Art, das in einer Anschnittzone mit einem Dachprofil ausgebildet ist, durch das das Anschnittverhalten
gegenüber einer rechteckformigen Oberfläche verbessert ist , Hierbei wird an der Anschnittzone eine unterschiedliche Zusammensetzung mit erhöhtem Verschleiß gegenüber dem regulären Teil des Abrasivelementes ausgebildet.
Durch einen derartigen besonderen geometrischen Aufbau kann zwar ein besseres Anschnittverhalten erreicht werden; die Herstellung eines derartigen Schneidsegmentes ist jedoch relativ aufwendig und kostenträchtig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit relativ geringem Aufwand ein Abrasivelement der eingangs genannten Art mit verbesserten Anschnittverhalten zu schaffen. Das Abrasivelement soll hierbei vorteilhafterweise kostengüns- tig herstellbar sein. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Abrasivelementes angegeben werden.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Abrasivelement gelost, indem die Oberfläche des Abrasivelementes eine Anschnittfläche aufweist, die durch eine Wasserstrahl- behandlung oder ein Wasserstrahlschneidverfahren hergestellt ist.
Entsprechend wird diese Aufgabe bei dem eingangs ge- nannten Verfahren gelöst, indem an einem Sinterkörper mit einer Metallmatrix und eingebundenen bzw. eingebetteten Schneidstoffen eine Anschnittfläche durch eine Wasserstrahlbehandlung oder ein Wasserstrahlschneidverfahren hergestellt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Wasserstrahlbehandlung oder einem Wasserstrahl- Schneidvorgang die Metallmatrix selektiv entfernt werden kann, ohne dass hierbei die Schneidstoffe, insbesondere Di- amantkristalle, beschädigt werden. Die so erzeugte An-
Schnittfläche weist Vorteile gegenüber durch andere Herstellungstechniken erzeugte Anschnittflachen auf:
Gegenüber einer Herstellung von Abrasivelementen durch ein Sinterverfahren ohne Nachbearbeitung weisen die Anschnitt- flächen einen erhöhten Anteil an überstehenden Diamantkörnern auf. Weiterhin kann eine kostengünstigere Ausbildung erreicht werden, wenn mittels eines Schneidvorganges ein Sinterkörper in zwei Abrasivelemente getrennt wird, bei de- nen die jeweilige Trennschnittfläche unmittelbar als Anschnittflache genutzt werden kann.
Gegenüber einem Laserschneidverfahren werden die Schneidstoffe, insbesondere Diamantkristalle, durch das Wasser- strahlschneidverfahren schonender behandelt. Während bei einem Laserschneidverfahren aufgrund der hohen lokalen Hitzeeinwirkung eine Beschädigung der Diamantkristalle auftreten kann, erfolgt eine derartige Beschädigung beim Wasserstrahlschneiden, das selektiv die weichere Metallmatrix entfernt, nicht. Durch das selektive Entfernen der weichen Metallmatrix werden Anschnittflachen mit hohem Überstand der Schneidstoffe, insbesondere der Diamantkristalle, erzeugt, die ein erheblich verbessertes Anschnitt- bzw. Anbohrverhalten aufweisen. Diese Schneidstoffe (Diamantkris- talle) sind hierbei weiterhin fest in der Metallmatrix aufgenommen, da die Metallmatrix im Bereich der Schnittfläche keine Gefügeverschlechterung erfährt, wie dies z. B. bei einem Laserschneidverfahren erfolgt .
Es können grundsätzlich auch andere Schneidstoffe, z. B. Bohrkarbid- oder Siliziumkarbid-Kristalle anstelle von Diamantkristallen oder in Mischungen mit Diamantkristallen eingesetzt werden. Bei dem Wasserstrahlschneidverfahren können dem Wasser Abrasivstoffe zugesetzt werden-.
Die Anschnittflache kann eben oder uneben, z. B. mit konkaven und konvexen Bereichen, insbesondere wellenförmig ausgebildet sein, um hierdurch vorstehende Bereiche zur Verbesserung des Anschnittverhaltens zu erreichen. Zur Aus- bildung einer wellenförmigen Schnittfläche muss lediglich der Wasserstrahl in einer entsprechenden Kurve anstelle einer geraden Linie geführt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Abrasivelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 einen Sinterkδrper, aus dem das in Fig. 1 gezeigte Abrasivelement gemäß einem erfindungs- gemäßen Verfahren hergestellt wird;
Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungsform.
Gleiche Teile in den Figuren der Zeichnung sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 zeigt ein Abrasivelement 2 für Bohrkronen von Hohlbohrern mit einer Sintermetallmatrix 4, die z. B. pulvermetallurgisch hergestellt ist und in der Schneidstoffe, insbesondere Diamantkristalle 6 eingebettet sind. Eine Außenfläche 8 des Abrasivelementes 2 weist eine durch ein
Wasserstrahlschneidverfahren hergestellte oder durch Wasserstrahlen behandelte Anschnittflache 8 auf, die aus der Oberfläche hervorstehende durch das Wasserstrahlschneidverfahren oder durch die WasserStrahlbehandlung teilweise freigelegte Diamantkristalle 6 aufweist.
Zur Herstellung eines solchen Abrasivelementes 2 wird gemäß Fig. 2 zunächst ein Sinterkörper 12 mit der Sintermetallmatrix 4 und den eingebetteten Diamantkristallen 6 her- gestellt. Anschließend wird der Sinterkörper 12 durch ein
Wasserstrahlschneidverfahren entlang der gezeigten Schnittlinie Sl in zwei Teile getrennt, die je für sich ein Abra- ■ sivelement 2, 2' bilden, die jeweils eine Schnittfläche 8, 10 aufweisen. Die in der Schnittlinie Sl liegenden Diamant- kristalle 6 werden in der Regel in einem der beiden Abrasivelemente 2, 2' verbleiben und somit aus der betreffenden Anschnittflache 8, 10 hervorstehen, da beim Wasserstrahl- schneiden das weichere Metall bevorzugt herausgelöst wird, die Diamanten jedoch aufgrund ihrer größeren Härte und Ver- schleißfestigkeit von dem Wasserstrahl praktisch nicht be- einflusst werden. Die in Fig. 2 gezeigte Schnittlinie Sl ist gerade ausgeführt, so dass sich ebene Anschnittflachen 8, 10 bilden.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird der
Sinterkörper 12 durch eine wellenförmige Schnittlinie S2 in zwei Abrasivelemente 11, 11' unterteilt, die entsprechend jeweils gewellte bzw. wellenförmige Anschnittflachen 14, 16 mit konvexen Bereichen 18 und konkaven Bereichen 17 aufwei- sen. Hierdurch wird die Flächenpressung erhöht. Auch bei dieser Ausführungsform ragt ein Teil der in der Schnittlinie S2 liegenden Diamantkristalle 6 nach dem Schneidvorgang aus der betreffenden Anschnittflache heraus. Insgesamt ergibt sich dadurch ein weiter verbessertes Anschnittverhai- ten. Ein derartiges gutes Anschnittverhalten wird insbesondere durch hervorstehende Diamantkristalle in den konvexen, d. h. nach außen gewölbten Bereichen 18 erreicht.