WO2012069267A1 - Schneidelement mit integriertem schmiermittel - Google Patents

Schneidelement mit integriertem schmiermittel Download PDF

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WO2012069267A1
WO2012069267A1 PCT/EP2011/068619 EP2011068619W WO2012069267A1 WO 2012069267 A1 WO2012069267 A1 WO 2012069267A1 EP 2011068619 W EP2011068619 W EP 2011068619W WO 2012069267 A1 WO2012069267 A1 WO 2012069267A1
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WO
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cutting
lubricant
cutting element
matrix
shaped
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PCT/EP2011/068619
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roberto Mulone
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • B24D3/34—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B24D18/0009—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using moulds or presses

Definitions

  • the present invention relates to a cutting element, a cutting tool and method for producing the same.
  • the performance and properties (performance) of diamond tools are currently being substantially improved by optimizing the composition of the matrix-abrasive composition.
  • a large volume of large lubricant particles for example, the cutting speed can be increased. However, this comes at the expense of the life of the tool.
  • a large volume of small lubricant particles can increase the life of the tool at the expense of the cutting rate.
  • the subject matter of the present invention is a cutting element, in particular for a cutting tool, which comprises a matrix, abrasive particles and one or more lubricant structures.
  • the abrasive particles and the lubricant structure (s) may in particular be at least partially incorporated into the matrix.
  • the lubricant can advantageously be reduced, the friction. So again, the effectiveness of the cutting element or Span Tool increases and vibration and noise during machining can be reduced. In addition, energy that is otherwise required when cutting to overcome the friction, can be advantageously saved. In addition, so advantageously overheating of the workpiece and tool can be avoided.
  • the separating element can be produced, for example, a cutting element for a clamping tool according to the invention which is explained later, and, for example, by a method explained later, according to the invention.
  • a cutting element may in particular comprise an element of a cutting tool, such as a saw blade, a cutting wheel, a drill, a countersink, a milling cutter, an awl, a chisel, a grinding wheel, a grinding disk, a grinding block, an abrasive belt, a Grinding roller, a file, a rasp, a grater or a planer, be understood, which is provided for machining the workpiece.
  • a cutting tool such as a saw blade, a cutting wheel, a drill, a countersink, a milling cutter, an awl, a chisel, a grinding wheel, a grinding disk, a grinding block, an abrasive belt, a Grinding roller, a file, a rasp, a grater or a planer, be understood, which is provided for machining the workpiece.
  • the cutting element may be a cutting segment, a cutting edge, for example a closed / planar cutting edge or a structured cutting edge (so-called turbo cutting edge), a cutting lip, for example a drill, a cutting tip, or a cutting pad.
  • the cutting element may be a cutting segment, a cutting edge or a cutting lip.
  • the lubricant structures may be formed in a variety of different shapes.
  • the lubricant structures may be at least partially or completely selected from the group consisting of, in particular solid, spherical lubricant structures, rod-shaped lubricant structures, platelet-shaped lubricant structures, lattice lubricant structures and / or network-shaped lubricant structures and mixtures thereof.
  • Spherical lubricant structures may, in particular, be understood to mean structures which have a substantially equally large extent in all spatial directions, for example essentially spherical structures.
  • the spherical lubricant structures for example, a average particle size in a range of> 1 ⁇ to ⁇ 500 ⁇ , for example, from> 100 ⁇ to ⁇ 500 m or from> 150 ⁇ to ⁇ 500 ⁇ have.
  • structures which have a greater extent in a first spatial direction than in the second and third spatial directions can be understood to mean rod-shaped lubricant structures.
  • rod-shaped lubricant structures can be understood in addition to cylindrical structures and irregular or symmetrical, elongated polyhedra.
  • the rod-shaped lubricant structures can, for example, an average
  • structures which have a greater extent in two spatial directions than in the third spatial direction can be understood as platelet-shaped lubricant structures.
  • the platelet-shaped lubricant structures may be both flat, substantially regular bodies, for example prisms or cuboids of low height, as well as arched and / or irregular bodies, for example similar to a curved foil, a flake or a flake.
  • the platelet-shaped lubricant structures may, for example, an average area in a range of> 1 mm 2 to ⁇ 300 mm 2 , for example from> 20 mm 2 to ⁇ 300 mm 2 , for example from> 50 mm 2 to 125 mm 2 , and / or average thickness in a range of> 0.01 mm to ⁇ 0.5 mm, for example from> 0, 1 mm to ⁇ 0.3 mm.
  • the plate-shaped lubricant structures may be formed from graphite.
  • Lattice-shaped lubricant structures can be understood to mean both regular, flat and also irregular and / or curved lattices. It also lattices that are more than four outgoing from a node Have lattice struts, are understood as a grid.
  • the latticed lubricant structures may, for example, an average total grid area in a range of> 1 mm 2 to ⁇ 300 mm 2 , for example
  • a network-like lubricant structure may, in particular, be understood as meaning a structure made up of two or three-dimensionally interconnected areas of lubricant, similar to a two- or three-dimensional grid.
  • the network-like lubricant structures may for example have an average length in a range of> 5 mm to ⁇ 75 mm, for example of
  • the lubricant structure (s) are rod-shaped, platelet-shaped, grid-shaped or network-shaped or a mixture of such shaped lubricant structures.
  • the lubricant structures may be selected from the group consisting of rod-shaped lubricant structures, platelet-shaped lubricant structures, latticed lubricant structures, network lubricant structures, and mixtures thereof.
  • the lubricant structure (s) can be platelet, lattice, or mesh, or a mixture of such shaped lubricant structures.
  • the lubricant structure (s) may be in the form of perforated plates, lattices or networks or a mixture of such forms.
  • Such structures advantageously have a large extent in one, two or three spatial directions. This advantageously makes it possible, during the removal of the separating element, to continuously remove a lubricant structure along the axis with the largest expansion and thus to provide lubricant on the cutting surface of the separating element continuously and over a longer period of time.
  • at least a portion of a lubricant structure forms a portion of the cutting surface of the cutting element. In this way, the cutting surface can already be lubricated by the lubricant structure during the first start-up and thus the friction can be reduced.
  • another area of the same lubricant structure is incorporated into the matrix.
  • This has the advantage of a permanent connection between the lubricant structure and the matrix, by means of which detachment of the lubricant structure during cutting or cutting can be prevented.
  • the matrix compound is particularly stable in the case of rod-like, plate-like, latticed, or mesh lubricant structures because much of the structure can be incorporated into the matrix. Due to the large extent in at least one
  • Spatial direction of such shaped lubricant structures can also be advantageously ensured that the same lubricant structure can form a portion of the cutting surface of the separating element.
  • the lubricant structures extend from the attachment side of the cutting element in the direction of the cutting surface of the cutting element.
  • a continuous supply of lubricant during the removal of the cutting surface of the separating element can be ensured.
  • Under the cutting surface of a cutting element can in particular be provided for cutting
  • the attachment side of a cutting element can be understood in particular to be that side with which the separating element is connected or connectable to a carrier body of a cutting tool.
  • the lubricant structures may be aligned such that a major axis of the lubricant structure intersects the cutting surface of the cutting element.
  • the main axis can be understood in particular to be the longitudinal axis of the rod-shaped structure.
  • those axes sen, which span the largest surface of the platelet-shaped or lattice-like structure are understood as main axes.
  • the cutting element comprises a network-shaped lubricant structure, which is designed in the form of a lubricant-filled channel and / or pore network formed in the matrix.
  • the individual channels and / or pores can be connected to one another in such a way that the network-shaped lubricant structure formed therefrom completely passes through the matrix of the cutting element.
  • at least a part of the channels or pores extends in the direction of the cutting surface of the cutting element.
  • at least a part of the channels or pores may have an opening which is accessible from the cutting surface of the cutting element or opens into it.
  • the lubricant can escape from the channels or pores during operation of the cutting element and advantageously reduce the friction between the cutting surface and the workpiece machined therewith.
  • the lubricant may be particularly pasty or liquid, for example an oil, grease or wax.
  • the cutting element comprises one or more plate-shaped lubricant structures, which each have one or more perforations. This has the advantage that the matrix regions, which respectively adjoin opposite sides of the platelet-shaped lubricant structure, can be connected to one another by the perforations and thus advantageously the strength of the cutting element to be produced can be increased.
  • the perforations can average> 5% to ⁇ 50%, for example, from> 10% to ⁇ 35%, of the area of a platelet-shaped structure.
  • a perforation may have an average area in a range of> 0.4 mm 2 to ⁇ 15 mm 2 , for example of> 1 mm 2 to ⁇ 10 mm 2 .
  • the lubricant structures each have an adhesion promoter coating.
  • the lubricant structures may be partially or completely covered with the adhesion promoter coating.
  • the adhesion promoter may in particular be selected in such a way that it supports the binding or integration of the Lubricant structures in the matrix improved. Thus, it can be advantageously avoided that the lubricant structures are torn out of the matrix during operation.
  • the adhesion promoter coating is preferably an inorganic adhesion promoter coating.
  • the bonding agent may, for example, be selected from the group consisting of metals, metal alloys / alloys / mixtures, inorganic compounds and mixtures thereof.
  • the adhesion promoter may, for example, be selected from the group consisting of metallic titanium, nickel and / or silver, alloys / master alloys / mixtures of titanium, nickel and / or silver, inorganic materials, in particular based on carbide and / or nitride, for example carbides and / or nitrides of titanium and / or tungsten, and mixtures thereof.
  • the lubricant structures may be formed of graphite and have a primer coating of nickel, or the lubricant structures may be formed of hexagonal boron nitride and have a primer coating of titanium and / or silver.
  • the primer coating can, for example, an average
  • the separating element may comprise spherical, rod-shaped, platelet-shaped, latticed or network-shaped lubricant structures or a mixture of such shaped lubricant structures, each of which has an adhesion promoter coating.
  • the cutting element comprises -> 30 wt .-% to ⁇ 95 wt .-%, for example> 30 wt .-% to ⁇ 90 wt .-%,
  • lubricant structures based on the total weight of the cutting element.
  • the separating element can consist of these components.
  • the percentages by weight of the matrix, the abrasive particles and the lubricant structures can add up to 100 weight percent.
  • the cutting element can
  • the percentages by weight of the matrix, the abrasive particles, the lubricant structures and the adhesion promoter coating can add up to 100 percent by weight.
  • the lubricant structures comprise or are formed from a lubricant selected from the group consisting of inorganic lubricants, such as nitrides, sulfides, fluorides, sulfates, oxides, carbides, iodides and / or borates of boron (h- BN), tungsten, molybdenum, calcium, barium, magnesium, strontium, cesium, sodium, potassium, titanium, silicon, cerium, silver and / or manganese, carbon modifications such as graphite, graphene and / or carbon nanotubes, organic lubricants such as polyhalo-olefins, Oils (vegetable, animal, mineral and / or synthetic oils), fats (vegetable, animal, mineral and / or synthetic fats) and / or waxes (vegetable, animal, mineral and / or synthetic waxes), and mixtures thereof.
  • inorganic lubricants such as nitrides, sulfides, fluor
  • the lubricant structures may include or be formed from a lubricant selected from the group consisting of hexagonal boron nitride (h-BN), carbon modifications such as graphite, graphene and / or carbon nanotubes, tungsten sulfide (WS 2 ), molybdenum sulfide
  • h-BN hexagonal boron nitride
  • carbon modifications such as graphite, graphene and / or carbon nanotubes
  • WS 2 tungsten sulfide
  • MoS 2 calcium fluoride (CaF 2 ), barium sulfide (BaF 2 ), calcium sulfate (CaS ⁇ 4 ), barium sulfate (BaS0 4 ), cesium molybdenum oxide sulfide (CsMoOS 3 ), titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ), cerium fluoride (CeF 3 ), silver iodide (Agl), manganese sulfide (MnS), sodium borate (Na 2 B 4 0 7 10 H 2 O), Polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon), oils, fats, waxes and mixtures thereof.
  • CsMoOS 3 cesium molybdenum oxide sulfide
  • Ti 3 SiC 2 titanium silicon carbide
  • CeF 3 cerium fluoride
  • Agl silver iodide
  • MnS manganese sulfide
  • Na 2 B 4 0 7 10 H 2 O Poly
  • the lubricant may comprise a calcium fluoride-barium fluoride mixture comprising, for example, 38% by weight of calcium fluoride and 62% by weight of barium fluoride, based on the total weight of the calcium fluoride-barium fluoride mixture.
  • the matrix can be both an inorganic matrix and an organic matrix, for example on the polymer basis.
  • Carbon compounds which have no carbon-hydrogen bond in particular carbides and carbon modifications, such as graphite, graphene, carbon nanotubes, can be understood as inorganic in the sense of the present invention.
  • the matrix is an inorganic matrix.
  • the matrix is an inorganic matrix.
  • Matrix may be formed of materials which are selected from the group consisting of metals, metal alloys / pre-alloys (English: pre-alloy) / - mixtures, inorganic compounds, and mixtures thereof. Cutting elements with an inorganic matrix can advantageously have a longer service life compared to cutting elements with an organic matrix component.
  • the lubricant structures preferably comprise a lubricant selected from the group consisting of inorganic lubricants, such as nitrides, sulfides, fluorides, sulfates,
  • h-BN boron
  • tungsten molybdenum
  • calcium, barium, magnesium, strontium cesium
  • carbon modifications such as graphite, graphene and / or carbon nanotubes, and mixtures thereof.
  • the matrix is formed from a material which is selected from the group consisting of metallic copper, tin, iron, cobalt, nickel, titanium, chromium, tungsten and / or manganese, metal alloys / pre-alloys / mixtures of copper , Tin, in particular bronze, iron, cobalt, nickel, titanium, chromium, tungsten and / or manganese, inorganic compounds of titanium, chromium, tungsten and / or manganese.
  • the matrix can comprise, based on the total weight of the matrix,> 28% by weight to ⁇ 75% by weight, for example> 28% by weight to ⁇ 72% by weight, of a matrix constituent selected from among Group consisting of metallic copper, tin, iron, cobalt and / or nickel, metal alloys / pre-alloys / mixtures of copper, tin, in particular bronze, iron, cobalt, nickel, titanium, chromium, tungsten and / or manganese, inorganic compounds of titanium, chromium, tungsten and / or manganese and mixtures thereof.
  • a matrix constituent selected from among Group consisting of metallic copper, tin, iron, cobalt and / or nickel, metal alloys / pre-alloys / mixtures of copper, tin, in particular bronze, iron, cobalt, nickel, titanium, chromium, tungsten and / or manganese, inorganic compounds of titanium, chromium, tungsten and / or
  • the matrix based on the total weight of the matrix, may comprise> 2% by weight to ⁇ 20% by weight, for example> 2.8% by weight to ⁇ 18% by weight, of a matrix constituent, which is selected from the group consisting of inorganic compounds of titanium, chromium, tungsten and / or manganese and mixtures thereof.
  • the abrasive particles are formed of one or more materials selected from the group consisting of diamond, cubic boron nitride (c-BN), tungsten carbide, titanium tan carbide, titanium nitride, silicon carbide, and mixtures thereof, such as titanium tungsten carbide.
  • carbides Ti x W y C z
  • titanium carbide nitrides TiC a N B
  • diamond synthetic or natural
  • Another object of the present invention is a cutting tool, which comprises at least one cutting element according to the invention.
  • the cutting tool can be produced by a later explained inventive method.
  • the chip tool has a carrier body, with which the at least one cutting element is connected.
  • the cutting tool is a saw blade, a cutting wheel, a drill, a countersink, a milling cutter, an awl, a chisel, a grinding wheel, a sanding pad, a sanding block, a sanding belt, a sanding roller, a file, a rasp, a grater or a planer.
  • Another object of the present invention is a method for producing a cutting element or cutting tool according to the invention, comprising the method steps
  • Solidification, in particular cold working and / or heat setting, for example cold and / or hot pressing, of a composition comprising at least one matrix component for producing a matrix
  • At least one voiding component for generating voids
  • composition in particular solid, lubricant structures may be included.
  • the voiding component may be, for example, a propellant gas.
  • the solidification and removal can be substantially simultaneous.
  • the void-forming component may also be a material which is at least substantially stable (and acts as a spacer) in the solidification conditions and which is transferred or decomposed in the subsequent process step of removal to another physical state, for example, liquid (melt) or gaseous.
  • the voiding component may be a polymer, for example polyethylene or polypropylene, which is removed by thermal decomposition.
  • cavities such as channels and / or pores, for example a channel and / or pore network, for example an open-pore channel and / or pore network
  • the filling of the cavities produced is preferably carried out by an infiltration process.
  • the cavities in particular an open-pore channel and / or pore network, in particular in the resulting matrix abrasive particle composite, with a pasty or liquid lubricant, in particular a lubricant melt, for example based on an oil, fat, wax, metal or a metal alloy partially or completely infiltrated be ruled and / or filled.
  • a lubricant infiltrated as a melt can solidify in the cavities.
  • the rod, grid, mesh and / or platelet-shaped structures can be realized, for example, in that one or more channels and / or pores are formed in the matrix, which are partially or completely filled with the lubricant component. In this way, a cutting element with one or more rod-shaped, grid-shaped and / or network-shaped lubricant structure can be produced.
  • a cutting element with one or more rod-shaped lubricant structures can alternatively be produced by using a rod-shaped cavity forming component and inserting the rod-shaped lubricant structure into the resulting rod-shaped cavity or channel.
  • the solidification of the composition can be carried out directly on a carrier body, for example a metallic or ceramic carrier body, for example a carrier body made of steel, of the cutting tool to be produced.
  • a carrier body for example a metallic or ceramic carrier body, for example a carrier body made of steel.
  • the cutting element can be made in one step and with the
  • Carrier body can be connected. In particular, this can be done by means of work hardening.
  • the method therefore comprises the method step of sintering the solidified composition.
  • Another object of the present invention is a further method for producing a cutting element or cutting tool according to the invention, comprising the method steps
  • Abrasive particles includes
  • Solidification in particular cold working and / or heat setting, for example cold and / or hot pressing, of the arrangement.
  • the lubricant structures may be sandwiched into the abrasive particle matrix.
  • lubricant compositions may additionally be present in the compositions, in particular solid.
  • the process may comprise intermediate steps in which the arrangement present at this point in time is partially solidified, for example by work hardening and / or heat setting.
  • solid lubricant structures can advantageously be introduced and positioned directly in the matrix having abrasive particles.
  • the solidification of the composition can be carried out directly on a carrier body, for example a metallic or ceramic carrier body, for example a carrier body made of steel, of the chip tool to be produced.
  • a carrier body for example a metallic or ceramic carrier body, for example a carrier body made of steel
  • the cutting element can be produced in a method step and connected to the carrier body.
  • this can be done by means of work hardening.
  • the method therefore comprises the method step of sintering the solidified composition.
  • a further subject matter of the present invention is a further method for producing a cutting element or chip tool according to the invention, comprising the step of solidifying, in particular work hardening and / or heat setting, for example cold and / or hot pressing, a composition comprising a matrix component for producing a matrix, Abrasive particles and, optionally coated with an adhesion promoter, lubricant structures, such as spherical, rod-shaped, platelike or lattice-shaped, optionally coated with a primer lubricant structures or a mixture of such shaped lubricant structures comprises.
  • the solidification of the composition can also be carried out directly on a carrier body, for example a metallic or ceramic carrier body, for example a carrier body made of steel, of the chip tool to be produced.
  • a carrier body for example a metallic or ceramic carrier body, for example a carrier body made of steel
  • the cutting element can be produced in one process step and connected to the carrier body. In particular, this can be done by means of work hardening.
  • the process comprises, after the process step of solidification, the process step of sintering the solidified composition.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a cutting element, in whose matrix abrasive particles and spherical lubricant structures are integrated;
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through a cutting element, in the matrix of which abrasive particles and spherical lubricant structures are integrated with an adhesion-promoting coating
  • 3a shows a schematic cross section through a cutting element, in whose matrix abrasive particles and rod-shaped lubricant structures are integrated;
  • FIG. 3b is a schematic plan view of the cutting surface of the cutting element shown in FIG. 3a;
  • FIG. 4a shows a schematic cross section through a cutting element, in the abrasive particles comprising matrix is integrated an irregular, network-shaped lubricant structure,
  • Fig. 4b is a schematic plan view of the cutting surface of the cutting element shown in Fig. 4a;
  • 5 a shows a schematic cross section through a cutting element, in the matrix comprising abrasive particles of which a regular, network-shaped lubricant structure is integrated;
  • Fig. 5b is a schematic plan view of the cutting surface of the cutting element shown in Fig. 5a;
  • FIG. 6 shows a schematic cross section through a cutting element, in the matrix of which abrasive particles and platelet-shaped, perforations having lubricant structures are integrated;
  • FIG. 7 is a schematic plan view of a cutting disc with cutting segments according to the invention.
  • FIG. 8a shows a schematic perspective view of a hollow drill with a separating lip according to the invention
  • Fig. 8b is a schematic plan view of the cutting surface of the cutting lip of the drill shown in Fig. 8a; 9 is a schematic plan view of a cutting wheel with a closed / flat cutting edge according to the invention;
  • FIG. 10 shows a schematic plan view of a cutting disk with a turbo-cutting edge according to the invention
  • FIG. 1 1 shows a schematic cross section through a cutting disc with a turbo cutting edge according to the invention.
  • Fig. 12 is a schematic, perspective view of a hollow drill with a coating of a composition according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through an embodiment of a cutting element 11.
  • the curved boundary lines illustrate that this may be a cutting segment shown in FIG. 7 as well as a cutting edge of a cutting tool such as a cutting wheel shown in FIGS. 9, 10, 11 or 12.
  • the separating element 1 1 may have an elongated arcuate shape whose curvature substantially corresponds to the circular circumference of the chip tool or the carrier body of the chip tool.
  • Figure 1 shows that a surface of the separating element, the so-called cutting surface, S is provided for cutting the workpiece to be machined. Opposite to the cutting surface S, the separating element 1 1 has a fastening side with which it can be fastened to a carrier body 12 of a chip tool.
  • FIG. 1 illustrates that the cutting element 1 1 comprises a matrix 1 in which abrasive particles 2 and lubricant structures 3 are incorporated.
  • the lubricant structures 3 are formed substantially spherical.
  • the embodiment of a cutting element 1 1 shown in FIG. 2 differs essentially from the embodiment shown in FIG. 1 in that the lubricant structures 3 each have an adhesion promoter coating 4.
  • the bonding or incorporation of the lubricant structures 3 into the matrix 1 can be improved by the adhesion promoter coating.
  • the lubricant structures 3 are torn out of the matrix 1 during operation.
  • the embodiment of a cutting element 1 1 shown in FIGS. 3 a and 3 b differs essentially from the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that the lubricant structures 3 are of rod-shaped design.
  • one region of a rod-shaped lubricant structure 3 forms a section of the cutting surface S of the cutting element 1 1, wherein another region of the same rod-shaped lubricant structure 3 is integrated into the matrix 1.
  • the rod-shaped lubricant structures 3 extend from the attachment side of the cutting element 11 in the direction of the cutting surface S of the cutting element 11.
  • the rod-shaped lubricant structures 3 are aligned such that their main axis intersects the cutting surface S of the cutting element 1 1. In this way, it is advantageously possible to ensure a continuous supply of lubricant during the removal of the cutting surface S of the separating element 11.
  • the cutting element 1 1 differs essentially from the embodiment shown in FIGS. 3 a and 3 b in that the cutting element 1 1 comprises an irregular, network-shaped lubricant structure 3, which in the form of a channel 3 and / or 3 filled lubricant 3 formed in the matrix 1 Pore network is formed.
  • FIGS. 5 a and 5 b differs essentially from the embodiment shown in FIGS. 4 a and 4 b in that the cutting element 1 1 comprises a regular, network-shaped lubricant structure 3, which takes the form of a
  • Matrix 1 trained, lubricant 3 filled channel and / or pore network is formed.
  • the embodiment of a cutting element 1 1 shown in FIGS. 6 a and 6 b differs essentially from the embodiments shown in FIGS. 1 to 5 b in that the cutting element 1 comprises 1 lamellar lubricant structures 3, which each have a plurality of perforations 5.
  • the matrix regions 1, which adjoin each other on opposite sides of the platelet-shaped lubricant structure 3, can be connected to one another and thus advantageously the strength of the matrix
  • Figure 7 shows a schematic plan view of a cutting disc, which has a disc-shaped support body 12, are connected to the eight cutting elements according to the invention 1 1 in the form of cutting segments.
  • FIGS. 8a and 8b show a hollow drill, which has a substantially cylindrical carrier body 12 and a cutting element 11 according to the invention which is connected to the carrier body 12 in the form of a cutting lip.
  • FIG. 9 shows a cutting disk, which likewise has a disc-shaped carrier body 12 and a cutting element 12 according to the invention connected to the carrier body 12 in the form of a closed or planar cutting edge.
  • FIGS. 10 and 11 show cutting discs, which likewise have a disk-shaped carrier body 12 and a cutting element 12 according to the invention connected to the carrier body 12 in the form of a structured cutting edge, a so-called turbo cutting edge.
  • FIG. 11 illustrates that the cutting element 12 is connected by a cold and / or heat-solidification process, in particular cold and / or hot pressing, with tooth-like structures which are formed circumferentially on the disk-shaped carrier body 12.
  • FIG. 12 shows a hollow drill, which has a substantially hollow-cylindrical carrier body 12.
  • FIG. 12 illustrates that an opening region of the hollow cylindrical carrier body 12 is provided with a coating of a composition according to the invention which comprises a matrix component, an abrasive component and a lubricant component optionally coated with adhesion promoter.
  • Example 1 spherical graphite particles as lubricant component 2.32 kg of iron, 0.40 kg of nickel, 0.80 kg of bronze (CuSn 80/20) and 0.48 kg of tungsten carbide were, in each case as a powder having an average particle size of about 30 ⁇ m, in a Turbula® mixer WAB and dry blended for 4 hours at 72 rpm using tungsten carbide cobalt spheres with a diameter of 6.3 mm.
  • the resulting matrix component was divided into a first part of 3.936 kg and a second part of 0.064 kg.
  • a binder solution (20 g of Mowital® B 30H dissolved in 500 ml of isopropanol) and the mixture mixed to form granules having an average particle size of about 0.8 mm. Thereafter, the resulting matrix component granules were dried at 100 ° C.
  • cutting segment molds were each partially filled with 1.41 g matrix component granules and partly with 2.46 g lubricant / abrasive / matrix component mixture such that the area filled with the matrix component granulate can later serve as a mounting base for the cutting segment to be produced ,
  • Example 2 Spherical particles of hexagonal boron nitride (hBN) as a lubricant component
  • Another cutting disk was prepared analogously to Example 1, but instead of the graphite powder, a powder of hexagonal boron nitride was used.
  • Example 3 Spherical nickel-coated graphite particles as a lubricant component
  • Another cutting disc was prepared analogously to Example 1, but instead of the graphite powder, a powder of nickel-coated graphite particles was used.
  • Example 4 Spherical, silver-coated particles of hexagonal boron nitride (hBN) as a lubricant component
  • Another cutting disc was prepared analogously to Example 1, but instead of the graphite powder, a powder of silver-coated particles of hexagonal boron nitride was used.
  • Example 5 Graphite sticks as an additional lubricant component
  • a matrix component granule and a lubricant / abrasive / matrix component mixture were prepared according to Example 1. subse- In the end, the cutting segment molds were each partially filled with 0.71 g of matrix component granules and partly with 1.23 g of lubricant / abrasive / matrix component mixture such that the area filled with the matrix component granulate later serves as a mounting base for the cutting segment to be produced can.
  • a cold press with a weight of 1200 kg (50 MPa) and a pressing time of 3 s was used to pre-press a layer.
  • Example 6 Graphite platelets as additional lubricant component
  • a matrix component granulate was prepared according to Example 1.
  • the cutting segment molds were each filled with 2 g matrix component granules.
  • Pressing time of 3 s was pre-pressed one layer.
  • 13 g of graphite rods having an average length of 6 mm and an average diameter of 1 mm were placed on the pre-pressed layer and the assembly was cold-pressed again with a weight of 100 kg ( ⁇ 4 MPa) and a pressing time of 3 s.
  • a further 2 g of matrix component granules were introduced into the cutting segment molds.
  • the assembly was then cold-pressed first with a weight of 1200 kg (50 MPa) and a pressing time of 3 seconds, then with a weight of 4800 kg (200 MPa) and a pressing time of 6 seconds.
  • the resulting cutting segment green bodies were then hot pressed into graphite molds in accordance with the previously discussed program and welded to a steel separator disk carrier.
  • Example 9 Graphite Flakes as Lubricant Component Another cut-off wheel was produced analogously to Example 8, but instead of the graphite rods, graphite flakes having an average area of 5 mm ⁇ 10 mm and an average thickness of 0.2 mm were used.
  • Example 10 Network Structures as Lubricant Component

Landscapes

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  • Lubricants (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidelement, ein Spanwerkzeug und Verfahren zur Herstellung derselben. Um die Reibung zu reduzieren und damit die Effektivität des Schneidelements beziehungsweise Spanwerkzeugs zu erhöhen sowie Vibrationen und Geräusche beim Spanen zu verringern, umfasst das Schneidelement (11) Schmiermittelstrukturen (3).

Description

Beschreibung Titel
Schneidelement mit integriertem Schmiermittel
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidelement, ein Spanwerkzeug und Verfahren zur Herstellung derselben.
Stand der Technik
Die Leistung und Eigenschaften (Performance) von Diamantwerkzeugen werden derzeit im Wesentlichen durch Optimieren der Zusammensetzung der Matrix- Schleifmittel-Zusammensetzung verbessert. Durch ein großes Volumen an großen Schieifmittelpartikeln kann beispielsweise die Schneidgeschwindigkeit erhöht werden. Dies geht jedoch auf Kosten der Lebensdauer des Werkzeugs. Andersherum kann durch ein großes Volumen an kleinen Schieifmittelpartikeln kann die Lebensdauer des Werkzeugs auf Kosten der Scheidgeschwindigkeit erhöht werden.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schneidelement, insbesondere für ein Spanwerkzeug, welches eine Matrix, Schleifpartikel und eine oder mehrere Schmiermittelstrukturen umfasst. Die Schleifpartikel und die Schmiermittel- struktur/en können dabei insbesondere zumindest teilweise in die Matrix eingebunden sein.
Durch das Schmiermittel kann vorteilhafterweise die Reibung reduziert werden. So kann wiederum die Effektivität des Schneidelements beziehungsweise Span Werkzeugs erhöht sowie Vibrationen und Geräusche beim Spanen verringert werden. Zudem kann so Energie, die ansonsten beim Spanen zum Überwinden der Reibung benötigt wird, vorteilhafterweise eingespart werden. Darüber hinaus kann so vorteilhafterweise eine Überhitzung des Werkstücks und Werkzeugs vermieden werden.
Das Scheidelement kann beispielsweise ein Schneidelement für ein später erläutertes, erfindungsgemäßes Spanwerkzeug und zum Beispiel durch ein später erläutertes, erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt sein.
Unter einem Schneidelement kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Element eines Spanwerkzeugs, wie eines Sägeblatts, einer Trennscheibe, eines Bohrers, eines Senkers, einer Fräse, einer Ahle, eines Meißels, einer Schleifscheibe, eines Schleiftellers, eines Schleifklotzes, eines Schleifbandes, einer Schleifwalze, einer Feile, einer Raspel, einer Reibe oder eines Hobels, verstanden werden, welches zum Spanen des Werkstücks vorgesehen ist.
Beispielsweise kann das Schneidelement ein Schneidsegment, ein Schneidrand, beispielsweise ein geschlossener/ebener Schneidrand oder ein strukturierter Schneidrand (so genannter Turbo-Schneidrand), eine Schneidlippe, beispielsweise eines Bohrers, eine Schneidspitze, oder ein Schneidbelag sein. Insbesondere kann das Schneidelement ein Schneidsegment, ein Schneidrand oder eine Schneidlippe sein.
Grundsätzlich können die Schmiermittelstrukturen in einer Vielzahl unterschiedlicher Formen ausgebildet sein. Insbesondere können die Schmiermittelstrukturen zumindest teilweise oder vollständig ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus, insbesondere festen, sphärischen Schmiermittelstrukturen, stabförmigen Schmiermittelstrukturen, plättchenförmigen Schmiermittelstrukturen, gitterförmi- gen Schmiermittelstrukturen und/oder netzwerkförmigen Schmiermittelstrukturen und Mischungen davon.
Unter sphärischen Schmiermittelstrukturen können insbesondere Strukturen, welche in alle Raumrichtungen eine im Wesentlichen gleich große Ausdehnung aufweisen, zum Beispiel im Wesentlichen kugelförmige Strukturen, verstanden werden. Die sphärischen Schmiermittelstrukturen können beispielsweise eine durchschnittliche Partikelgröße in einem Bereich von > 1 μηι bis < 500 μηι, zum Beispiel von > 100 μτη bis < 500 m oder von > 150 μιτι bis < 500 μηι, aufweisen. Unter stabförmigen Schmiermittelstrukturen können insbesondere Strukturen verstanden werden, welche in eine erste Raumrichtung eine größere Ausdehnung aufweisen als in die zweite und dritte Raumrichtung. Als stabförmige Schmiermittelstrukturen können neben zylindrischen Strukturen auch unregelmäßige oder symmetrische, längliche Polyeder verstanden werden. Die stabför- migen Schmiermittelstrukturen können beispielsweise eine durchschnittliche
Länge in einem Bereich von > 0, 1 mm bis < 25 mm, zum Beispiel von > 3 mm bis < 25 mm, beispielsweise von > 8 mm bis < 10 mm, und/oder eine durchschnittliche Querschnittsfläche in einem Bereich von > 0,001 mm2 bis < 5 mm2, zum Beispiel von > 0,005 mm2 bis < 5 mm2, beispielsweise von > 0, 1 mm2 bis < 2 mm2, und/oder ein durchschnittliches Volumen in einem Bereich von
> 0,015 mm3 bis < 125 mm3, zum Beispiel von > 0,015 mm3 bis < 125 mm3, beispielsweise von > 0,015 mm3 bis < 125 mm3 oder von > 0, 1 mm3 bis < 10 mm3, aufweisen. Unter plättchenförmigen Schmiermittelstrukturen können insbesondere Strukturen verstanden werden, welche in zwei Raumrichtungen eine größere Ausdehnung aufweisen als in die dritte Raumrichtung. Die plättchenförmigen Schmiermittelstrukturen können dabei sowohl ebene, im Wesentlichen regelmäßige Körper, beispielsweise Prismen oder Quader geringer Höhe, als auch gewölbte und/oder unregelmäßige Körper, beispielsweise ähnlich einer gewölbten Folie, einer Flocke (eines Cornflakes) oder einer Schuppe, sein. Die plättchenförmigen Schmiermittelstrukturen können beispielsweise eine durchschnittliche Fläche in einem Bereich von > 1 mm2 bis < 300 mm2, zum Beispiel von > 20 mm2 bis < 300 mm2, beispielsweise von > 50 mm2 bis 125 mm2, und/oder eine durch- schnittliche Dicke in einem Bereich von > 0,01 mm bis < 0,5 mm, beispielsweise von > 0, 1 mm bis < 0,3 mm, aufweisen. Beispielsweise können die plättchenförmigen Schmiermittelstrukturen aus Graphit ausgebildet sein.
Unter gitterförmigen Schmiermittelstrukturen können sowohl regelmäßige, ebene als auch unregelmäßige und/oder gewölbte Gitter verstanden werden. Dabei können auch Gitter, die mehr als vier von einem Verknüpfungspunkt ausgehende Gitterstreben aufweisen, als Gitter verstanden werden. Die gitterförmigen Schmiermittelstrukturen können beispielsweise eine durchschnittliche Gesamtgitterfläche in einem Bereich von > 1 mm2 bis < 300 mm2, zum Beispiel von
> 20 mm2 bis < 300 mm2, beispielsweise von > 50 mm2 bis < 125 mm2, und/oder die durchschnittliche Gitterdicke in einem Bereich von > 0,01 mm bis < 0,5 mm, beispielsweise von > 0, 1 mm bis < 0,3 mm, aufweisen.
Unter einer netzwerkartigen Schmiermittelstruktur kann insbesondere eine Struktur aus zwei- oder dreidimensional miteinander verbundenen Schmiermittelberei- chen, ähnlich einem zwei- oder dreidimensionalen Gitter, verstanden werden. Die netzwerkartigen Schmiermittelstrukturen können beispielsweise eine durchschnittliche Länge in einem Bereich von > 5 mm bis < 75 mm, beispielsweise von
> 10 mm bis < 40 mm, und/oder eine durchschnittliche Breite in einem Bereich von > 1 mm bis < 5 mm, beispielsweise von > 2 mm bis < 3 mm, und/oder eine durchschnittliche Tiefe in einem Bereich von > 5 mm bis < 20 mm, beispielsweise von > 10 mm bis < 15 mm, aufweisen und/oder sich durchschnittlich in einem Volumen in einem Bereich von > 25 mm3 bis 7500 mm3, beispielsweise von
> 200 mm3 bis < 1800 mm3, erstrecken. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schmiermittelstruk- tur/en stabförmig, plättchenförmig, gitterförmig oder netzwerkförmig oder eine Mischung derartig geformter Schmiermittelstrukturen. Mit an deren Worten, die Schmiermittelstrukturen können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus stabförmigen Schmiermittelstrukturen, plättchenförmigen Schmiermittelstruktu- ren, gitterförmigen Schmiermittelstrukturen, netzwerkförmigen Schmiermittelstrukturen und Mischungen davon. Beispielsweise können die Schmiermittel- struktur/en plättchenförmig, gitterförmig oder netzwerkförmig oder eine Mischung derartig geformter Schmiermittelstrukturen sein. Insbesondere können die Schmiermittelstruktur/en in Form von perforierten Plättchen, Gittern oder Netz- werken oder eine Mischung derartiger Formen ausgebildet sein. Derartige Strukturen weisen vorteilhafterweise in eine, zwei oder drei Raumrichtungen eine große Ausdehnung auf. Dies ermöglicht vorteilhafterweise während des Abtrags des Scheidelements eine Schmiermittelstruktur entlang der Achse mit der größten Ausdehnung kontinuierlich abzutragen und so kontinuierlich und über einen län- geren Zeitraum Schmiermittel auf der Schneidfläche des Scheidelements bereitzustellen. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform bildet mindestens ein Bereich einer Schmiermittelstruktur einen Abschnitt der Schneidfläche des Schneidelements aus. Auf diese Weise kann die Schneidfiäche bereits bei der ersten Inbetrieb- nähme durch die Schmiermittelstruktur geschmiert und so die Reibung reduziert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist ein anderer Bereich derselben Schmiermittelstruktur in die Matrix eingebunden. Dies hat den Vorteil einer be- ständigen Verbindung zwischen der Schmiermittelstruktur und der Matrix, durch welche ein Ablösen der Schmiermittelstruktur beim Schneiden beziehungsweise Spanen verhindert werden kann. Die Verbindung mit der Matrix ist besonders beständig im Fall von stabförmigen, plättchenförmigen, gitterförmigen oder netz- werkförmigen Schmiermittelstrukturen, da ein Großteil der Struktur in die Matrix eingebunden sein kann. Aufgrund der großen Ausdehnung in mindestens eine
Raumrichtung derartig geformter Schmiermittelstrukturen kann vorteilhafterweise auch gewährleistet werden, dass die gleiche Schmiermittelstruktur einen Abschnitt der Schneidfläche des Scheidelements ausbilden kann. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Schmiermittelstrukturen von der Befestigungsseite des Schneidelements in Richtung auf die Schneidfläche des Schneidelements. So kann vorteilhafterweise eine kontinuierliche Bereitstellung von Schmiermittel während des Abtrags der Schneidfläche des Scheidelements gewährleistet werden. Unter der Schneidfläche eines Schneidelements kann dabei insbesondere die zum Schneiden vorgesehene
Fläche des Schneidelements verstanden werden. Unter der Befestigungsseite eines Schneidelements kann dabei insbesondere diejenige Seite verstanden werden mit welcher das Scheidelement mit einem Trägerkörper eines Spanwerkzeugs verbunden oder verbindbar ist.
Insbesondere können die Schmiermittelstrukturen derart ausgerichtet sind, dass eine Hauptachse der Schmiermittelstruktur die Schneidfläche des Schneidelements schneidet. Im Fall einer stabförmigen Struktur kann unter der Hauptachse insbesondere die Längsachse der stabförmigen Struktur verstanden werden. Im Fall einer plättchenförmigen oder gitterförmigen Struktur können diejenigen Ach- sen, welche die größte Fläche der plättchenförmigen beziehungsweise gitterför- migen Struktur aufspannen als Hauptachsen verstanden werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Schneidelement eine netzwerkförmige Schmiermittelstruktur, welche in Form eines in der Matrix ausgebildeten, Schmiermittel gefüllten Kanal- und/oder Porennetzwerks ausgebildet ist. Die einzelnen Kanäle und/oder Poren können dabei derart miteinander verbunden sein, dass die daraus gebildete netzwerkförmige Schmiermittelstruktur die Matrix des Schneidelements vollständig durchzieht. Vorzugsweise erstreckt sich dabei zumindest ein Teil der Kanäle beziehungsweise Poren in Richtung auf die Schneidfläche des Schneidelements. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Kanäle beziehungsweise Poren eine Öffnung aufweisen, welche von der Schneidfläche des Schneidelements aus zugänglich ist beziehungsweise in diese mündet. Auf diese Weise kann das Schmiermittel beim Betrieb des Schneidele- ments aus den Kanälen beziehungsweise Poren austreten und vorteilhafterweise die Reibung zwischen der Schneidfläche und dem damit bearbeitete Werkstück verringern. In dieser Ausgestaltung kann das Schmiermittel insbesondere pastös oder flüssig, beispielsweise ein Öl, Fett oder Wachs sein. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Schneidelement eine oder mehrere plättchenförmige Schmiermittelstrukturen, welche jeweils eine oder mehrere Perforationen aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Matrixbereiche, welche jeweils an gegenüberliegende Seiten der plättchenförmigen Schmiermittelstruktur angrenzen, durch die Perforationen miteinander verbunden sein kön- nen und so vorteilhafterweise die Festigkeit des herzustellenden Schneidelements erhöht werden kann. Die Perforationen können zum Beispiel durchschnittlich > 5 % bis < 50 %, beispielsweise von > 10 % bis < 35 %, der Fläche einer plättchenförmigen Struktur ausmachen. Eine Perforation kann dabei beispielsweise eine durchschnittliche Fläche in einem Bereich von > 0,4 mm2 bis < 15 mm2, beispielsweise von > 1 mm2 bis < 10 mm2, aufweisen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weisen die Schmiermittelstrukturen, beispielsweise einige oder alle, jeweils eine Haftvermittlerbeschichtung auf. Dabei können die Schmiermittelstrukturen teilweise oder vollständig mit der Haft- vermittlerbeschichtung bedeckt sein. Der Haftvermittler kann insbesondere derart ausgewählt sein, dass er die Anbindung beziehungsweise Einbindung der Schmiermittelstrukturen in die Matrix verbessert. So kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass die Schmiermittelstrukturen beim Betrieb aus der Matrix herausgerissen werden. Vorzugsweise ist die Haftvermittlerbeschichtung eine anorganische Haftvermitt- lerbeschichtung. Der Haftermittler kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Metallen, Metalllegierungen/vorlegierungen/mischungen, anorganischen Verbindungen und Mischungen davon.
Der Haftvermittler kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus metallischem Titan, Nickel und/oder Silber, Legierungen/Vorlegierungen/Mischungen von Titan, Nickel und/oder Silber, anorganischen Materialien, insbesondere auf Carbid- und/oder Nitrid-Basis, beispielsweise Carbiden und/oder Nitriden von Titan und/oder Wolfram, und Mischungen davon. Zum Beispiel können die Schmiermittelstrukturen aus Graphit ausgebildet sein und eine Haftvermittlerbeschichtung aus Nickel aufweisen, oder die Schmiermittelstrukturen können aus hexagonalem Bornitrid ausgebildet sein und eine Haftvermittlerbeschichtung aus Titan- und/oder Silber aufweisen. Die Haftvermittlerbeschichtung kann beispielsweise eine durchschnittliche
Schichtdicke in einem Bereich von > 1 μηι bis < 50 μνη, zum Beispiel von > 1 μιη bis < 20 μηι, aufweisen.
Zum Beispiel kann das Scheidelement sphärische, stabförmige, plättchenförmi- ge, gitterförmige oder netzwerkförmige Schmiermittelstrukturen oder eine Mischung derartig geformter Schmiermittelstrukturen umfassen, welche jeweils eine Haftvermittlerbeschichtung aufweisen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Schneidelement - > 30 Gew.-% bis < 95 Gew.-%, beispielsweise > 30 Gew.-% bis < 90 Gew.-%,
Matrix, und/oder
- > 2 Gew.-% bis < 20 Gew.-%, beispielsweise > 3 Gew.-% bis < 15 Gew.-%, Schleifmittelpartikel, und/oder
- > 1 Gew.-% bis < 30 Gew.-%, beispielsweise > 2 Gew.-% bis < 20 Gew.-%, Schmiermittelstrukturen, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schneidelements. Insbesondere kann das Scheidelement aus diesen Komponenten bestehen. Dabei können die Gewichtsprozentwerte der Matrix, der Schleifmittelpartikel und der Schmiermittelstrukturen in Summe 100 Gewichtsprozent ergeben.
Insofern die Schmiermittelstrukturen eine Haftvermittlerbeschichtung aufweisen, kann das Schneidelement
- > 30 Gew.-% bis < 95 Gew.-%, beispielsweise > 30 Gew.-% bis < 90 Gew.-%, Matrix, und/oder
- > 2 Gew.-% bis < 20 Gew.-%, beispielsweise > 3 Gew.-% bis < 15 Gew.-%,
Schleifmittelpartikel, und/oder
- > 1 Gew.-% bis < 30 Gew.-%, beispielsweise > 2 Gew.-% bis < 20 Gew.-%, Schmiermittelstrukturen, und/oder
- > 1 Gew.-% bis < 30 Gew.-%, beispielsweise > 2 Gew.-% bis < 20 Gew.-%, Haftvermittler
bezogen auf das Gesamtgewicht des Schneidelements, umfassen oder daraus bestehen. Dabei können die Gewichtsprozentwerte der Matrix, der Schleifmittelpartikel, der Schmiermittelstrukturen und der Haftvermittlerbeschichtung in Summe 100 Gewichtsprozent ergeben.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfassen die Schmiermittelstrukturen ein Schmiermittel oder sind daraus ausgebildet, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus anorganischen Schmiermitteln, wie Nitriden, Sulfiden, Fluoriden, Sulfaten, Oxiden, Carbiden, lodiden und/oder Boraten von Bor (h- BN), Wolfram, Molybdän, Calcium, Barium, Magnesium, Strontium, Cäsium, Natrium, Kalium, Titan, Silicium, Cer, Silber und/oder Mangan, Kohlenstoffmodifikationen, wie Graphit, Graphen und/oder Kohlenstoffnanoröhren, organischen Schmiermitteln, wie Polyhalogenolefinen, Ölen (pflanzlichen, tierischen, mineralischen und/oder synthetischen Ölen), Fetten (pflanzlichen, tierischen, minerali- sehen und/oder synthetischen Fetten) und/oder Wachsen (pflanzlichen, tierischen, mineralischen und/oder synthetischen Wachsen), und Mischungen davon. Zum Beispiel können die Schmiermittelstrukturen ein Schmiermittel umfassen oder daraus ausgebildet sein, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus hexagonalem Bornitrid (h-BN), Kohlenstoffmodifikationen, wie Graphit, Graphen und/oder Kohlenstoffnanoröhren, Wolframsulfid (WS2), Molybdänsulfid
(MoS2), Calciumfluorid (CaF2), Bariumsulfid (BaF2), Calciumsulfat (CaSÖ4), Bari- umsulfat (BaS04), Cäsiummolybdänoxidsulfid (CsMoOS3), Titansiliciumcarbid (Ti3SiC2), Cerfluorid (CeF3), Silberiodid (Agl), Mangansulfid (MnS), Natriumborat (Na2B407 10 H20), Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon), Ölen, Fetten, Wachsen und Mischungen davon. Beispielsweise kann das Schmiermittel eine Calciumflu- orid-Bariumfluorid-Mischung umfassen, welche zum Beispiel 38 Gew.-% Calciumfluorid und 62 Gew.-% Bariumfluorid, bezogen auf das Gesamtgewicht der Calciumfluorid-Bariumfiuorid-Mischung, umfasst.
Die Matrix kann sowohl eine anorganische Matrix als auch eine organische Mat- rix, zum Beispiel auf der Polymerbasis, sein. Kohlenstoffverbindungen, welche keine Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung aufweisen, insbesondere Carbide und Kohlenstoffmodifikationen, wie Graphit, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren, können im Sinn der vorliegenden Erfindung als anorganisch verstanden werden. Vorzugsweise ist die Matrix eine anorganische Matrix. Insbesondere kann die
Matrix aus Materialien ausgebildet sein, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Metallen, Metall-Legierungen/-vorlegierungen (Englisch: pre- alloy)/-mischungen, anorganischen Verbindungen, und Mischungen davon. Schneidelemente mit einer anorganischen Matrix können - verglichen mit Schneidelementen mit einer organischen Matrixkomponente - vorteilhafterweise eine längere Lebensdauer aufweisen.
Im Fall einer anorganischen Matrix umfassen die Schmiermittelstrukturen vorzugsweise ein Schmiermittel, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus anorganischen Schmiermitteln, wie Nitriden, Sulfiden, Fluoriden, Sulfaten,
Oxiden, Carbiden, lodiden und/oder Boraten von Bor (h-BN), Wolfram, Molybdän, Calcium, Barium, Magnesium, Strontium, Cäsium, Natrium, Kalium, Titan, Silici- um, Cer, Silber und/oder Mangan, Kohlenstoffmodifikationen, wie Graphit, Graphen und/oder Kohlenstoffnanoröhren, und Mischungen davon.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Matrix aus einem Material ausgebildet, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus metallischem Kupfer, Zinn, Eisen, Cobalt, Nickel, Titan, Chrom, Wolfram und/oder Mangan, Metalllegierungen/vorlegierungen/mischungen von Kupfer, Zinn, insbe- sondere Bronze, Eisen, Cobalt, Nickel, Titan, Chrom, Wolfram und/oder Mangan, anorganischen Verbindungen von Titan, Chrom, Wolfram und/oder Mangan. Zum Beispiel kann die Matrix, bezogen auf das Gesamtgewicht der Matrix, > 28 Gew.- % bis < 75 Gew.-%, beispielsweise > 28 Gew.-% bis < 72 Gew.-%, eines Matrixbestandteils umfassen, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus metallischem Kupfer, Zinn, Eisen, Cobalt und/oder Nickel, Metalllegierun- gen/vorlegierungen/mischungen von Kupfer, Zinn, insbesondere Bronze, Eisen, Cobalt, Nickel, Titan, Chrom, Wolfram und/oder Mangan, anorganischen Verbindungen von Titan, Chrom, Wolfram und/oder Mangan und Mischungen davon. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Matrix, bezogen auf das Gesamtgewicht der Matrix, > 2 Gew.-% bis < 20 Gew.-%, beispielsweise > 2,8 Gew.-% bis < 18 Gew.-%, eines Matrixbestandteils umfassen, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus anorganischen Verbindungen von Titan, Chrom, Wolfram und/oder Mangan und Mischungen davon.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform sind die Schleifmittelpartikel aus einem oder mehreren Materialien ausgebildet, welche ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Diamant, kubischem Bornitrid (c-BN), Wolframcarbid, Ti- tancarbid, Titannitrid, Siliciumcarbid und Mischungen davon, wie Titanwolfram- carbide (TixWyCz) oder Titancarbidnitride (TiCaNB), insbesondere Diamant (synthetischem oder natürlichem).
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Spanwerkzeug, welches mindestens ein erfindungsgemäßes Schneidelement umfasst. Beispielsweise kann das Spanwerkzeug durch ein später erläutertes erfindungsgemäßes Ver- fahren hergestellt sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist das Spanwerkzeug einen Trägerkörper auf, mit welchem das mindestens eine Schneidelement verbunden ist. Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Spanwerkzeug ein Sägeblatt, eine Trennscheibe, ein Bohrer, ein Senker, eine Fräse, eine Ahle, ein Meißel, eine Schleifscheibe, ein Schleifteller, ein Schleifklotz, ein Schleifband, eine Schleifwalze, eine Feile, eine Raspel, eine Reibe oder ein Hobel. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schneidelements oder Spanwerkzeugs, umfassend die Verfahrensschritte
- Verfestigen, insbesondere Kaltverfestigen und/oder Warmverfestigen, bei- spielsweise Kalt- und/oder Heißpressen, einer Zusammensetzung, umfassend mindestens eine Matrixkomponente zum Erzeugen einer Matrix,
Schleifmittelpartikel, und
mindestens eine Hohlraumbildungskomponente zum Erzeugen von Hohlräumen,
- Entfernen der Hohlraumbildungskomponenten, und
- Füllen der erzeugten Hohlräume mit mindestens einem Schmiermittel.
Gegebenenfalls können dabei zusätzlich in der Zusammensetzung, insbesondere feste, Schmiermittelstrukturen enthalten sein.
Die Hohlraumbildungskomponente kann beispielsweise ein Treibgas sein. In diesem Fall kann das Verfestigen und Entfernen im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen. Die Hohlraumbildungskomponente kann jedoch auch ein Material sein, welches bei den Verfestigungsbedingungen zumindest im Wesentlichen stabil ist (und als Platzhalter fungiert) und welches im nachfolgenden Verfahrensschritt des Entfernens in einen anderen Aggregatzustand, beispielsweise flüssig (schmelzen) oder gasförmig, überführt oder zersetzt wird. Beispielsweise kann die Hohlraumbildungskomponente ein Polymer, zum Beispiel Polyethylen oder Polypropylen, sein, welches durch thermische Zersetzung entfernt wird.
Insbesondere können Hohlräume wie Kanälen und/oder Poren, beispielsweise ein Kanal- und/oder Porennetzwerks, zum Beispiel ein offenporiges Kanal- und/oder Porennetzwerk, erzeugt werden. Das Füllen der erzeugten Hohlräume erfolgt vorzugsweise durch ein Infiltrationsverfahren. Beispielsweise können die Hohlräume, insbesondere ein offen poriges Kanal- und/oder Poren netz werk, insbesondere im resultierenden Matrix- Schleifpartikel-Verbund, mit einem pastösen oder flüssigen Schmiermittel, insbesondere einer Schmiermittelschmelze, beispielsweise auf der Basis eines Öls, Fetts, Wachs, Metalls oder einer Metalllegierung teilweise oder vollständig infilt- riert und/oder gefüllt werden. Nach der Infiltration kann sich ein als Schmelze infiltriertes Schmiermittel in den Hohlräumen verfestigen.
Die stab-, gitter-, n etzwerk- und/oder plättchenförmigen Strukturen können bei- spielsweise dadurch realisiert werden, dass in der Matrix ein oder mehrere Kanäle und/oder Poren ausgebildet sind, welche teilweise oder vollständig mit der Schmiermittelkomponente gefüllt sind. Auf diese Weise kann ein Schneidelement mit einer oder mehreren stabförmige, gitterförmige und/oder netzwerkförmige Schmiermittelstruktur hergestellt werden.
Ein Schneidelement mit einer oder mehreren stabförmigen Schmiermittelstrukturen kann alternativ dazu dadurch hergestellt werden, dass eine stabförmige Hohlraumausbildungskomponente eingesetzt wird und in den resultierenden stabförmigen Hohlraum beziehungsweise Kanal die stabförmige Schmiermittelstruktur eingeschoben wird.
Das Verfestigen der Zusammensetzung kann direkt auf einem Trägerkörper, beispielsweise einem metallischen oder keramischen Trägerkörper, zum Beispiel einem Trägerkörper aus Stahl, des herzustellenden Spanwerkzeugs erfolgen. So kann das Schneidelement in einem Verfahrensschritt hergestellt und mit dem
Trägerkörper verbunden werden. Insbesondere kann dies mittels Kaltverfestigen erfolgen.
Es ist jedoch ebenso möglich zuerst das Schneidelement, beispielsweise durch Warmverfestigen, herzustellen, und gegebenenfalls, beispielsweise unter Atmosphärendruck, zu Sintern. Danach kann das Schneidelement mit dem Trägerkörper verbunden werden. Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren daher den Verfahrensschritt des Sinterns der verfestigten Zusammensetzung.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schneidelements oder Spanwerkzeugs, umfassend die Verfahrensschritte
- Bereitstellen eines ersten Bereichs aus einer Zusammensetzung, welche
- mindestens eine Matrixkomponente zum Erzeugen einer Matrix und
Schleifmittelpartikel, umfasst
- Aufbringen von einer oder mehreren, beispielsweise stabförmigen, plättchen- förmigen oder gitterförmigen, Schmiermittelstrukturen auf den ersten Bereich;
- Aufbringen eines zweiten Bereichs aus einer Zusammensetzung, welche
- mindestens eine Matrixkomponente zum Erzeugen einer Matrix und
Schleifmittelpartikel
umfasst, auf den ersten Bereich und die darauf aufgebrachten Schmiermittelstrukturen,
- Verfestigen, insbesondere Kaltverfestigen und/oder Warmverfestigen, bei- spielsweise Kalt- und/oder Heißpressen, der Anordnung.
So können die Schmiermittelstrukturen sandwichartig in die Schleifpartikel aufweisende Matrix eingebracht werden. Gegebenenfalls können dabei zusätzlich in den Zusammensetzungen, insbesondere feste, Schmiermittelstrukturen enthalten sein.
Während oder nach den einzelnen Bereitstellungs- beziehungsweise Aufbringungsverfahrensschritten kann das Verfahren Zwischenschritte aufweisen, in de- nen die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Anordnung, beispielsweise durch Kaltverfestigen und/oder Warmverfestigen, teilweise verfestigt wird.
Auf diese Weise können vorteilhafterweise feste Schmiermittelstrukturen direkt in die Schleifpartikel aufweisende Matrix eingebracht und positioniert werden. Das Positionieren der Hohlraumausbildungskomponente in dem zuvor erläuterten
Verfahren kann analog erfolgen.
Auch im Rahmen dieses Verfahrens kann das Verfestigen der Zusammensetzung direkt auf einem Trägerkörper, beispielsweise einem metallischen oder ke- ramischen Trägerkörper, zum Beispiel einem Trägerkörper aus Stahl, des herzustellenden Spanwerkzeugs erfolgen. Auf diese Weise kann das Schneidelement in einem Verfahrensschritt hergestellt und mit dem Trägerkörper verbunden werden. Insbesondere kann dies mittels Kaltverfestigen erfolgen. Es ist jedoch auch im Rahmen dieses Verfahrens ebenso möglich zuerst das
Schneidelement, beispielsweise durch Warmverfestigen, herzustellen, und gege- benenfalls, beispielsweise unter Atmosphärendruck, zu Sintern. Danach kann das Schneidelement mit dem Trägerkörper verbunden werden. Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren daher den Verfahrensschritt des Sinterns der verfestigten Zusammensetzung.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schneidelements oder Spanwerkzeugs, umfassend den Verfahrensschritt: Verfestigen, insbesondere Kaltverfestigen und/oder Warmverfestigen, beispielsweise Kalt- und/oder Heißpressen, einer Zusammensetzung, welche eine Matrixkomponente zum Erzeugen einer Matrix, Schleifmittelpartikel und, gegebenenfalls mit einem Haftvermittler beschichtete, Schmiermittelstrukturen, beispielsweise sphärische, stabförmige, plättchenförmi- ge oder gitterförmige, gegebenenfalls mit einem Haftvermittler beschichtete Schmiermittelstrukturen oder eine Mischung derartige geformter Schmiermittelstrukturen umfasst.
Das Verfestigen der Zusammensetzung kann auch hierbei direkt auf einem Trägerkörper, beispielsweise einem metallischen oder keramischen Trägerkörper, zum Beispiel einem Trägerkörper aus Stahl, des herzustellenden Spanwerkzeugs erfolgen. So kann auch im Rahmen dieses Verfahrens das Schneidelement in einem Verfahrensschritt hergestellt und mit dem Trägerkörper verbunden werden. Insbesondere kann dies mittels Kaltverfestigen erfolgen.
Es ist jedoch ebenso auch im Rahmen dieses Verfahrens möglich auch zuerst das Schneidelement, beispielsweise durch Warmverfestigen, herzustellen, und gegebenenfalls, beispielsweise unter Atmosphärendruck, zu Sintern. Danach kann das Schneidelement mit dem Trägerkörper verbunden werden. Im Rahmen einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren daher nach dem Verfahrensschritt des Verfestig ens den Verfahrensschritt des Sinterns der verfestigten Zusammensetzung.
Zeichnungen und Beispiel Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Schneidelement, in dessen Matrix Schleifmittelpartikel und sphärische Schmiermittelstrukturen eingebunden sind;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch ein Schneidelement, in dessen Matrix Schleifmittelpartikel und sphärische Schmiermittelstrukturen mit einer Haftvermittlungsbeschichtung eingebunden sind;
Fig. 3a einen schematischen Querschnitt durch ein Schneidelement, in dessen Matrix Schleifmittelpartikel und stabförmige Schmiermittelstrukturen eingebunden sind;
Fig. 3b eine schematische Draufsicht auf die Schneidfläche des in Fig. 3a gezeigten Schneidelements;
Fig. 4a einen schematischen Querschnitt durch ein Schneidelement, in dessen Schleifpartikel umfassende Matrix eine unregelmäßige, netzwerkförmige Schmiermittelstruktur eingebunden ist,
Fig. 4b eine schematische Draufsicht auf die Schneidfläche des in Fig. 4a gezeigten Schneidelements;
Fig. 5a einen schematischen Querschnitt durch ein Schneidelement, in dessen Schleifpartikel umfassende Matrix eine regelmäßige, netzwerkförmige Schmiermittelstruktur eingebunden ist;
Fig. 5b eine schematische Draufsicht auf die Schneidfläche des in Fig. 5a gezeigten Schneidelements; und
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt durch ein Schneidelement, in dessen Matrix Schleifmittelpartikel und plättchenförmige, Perforationen aufweisende Schmiermittelstrukturen eingebunden sind;
Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf eine Trennscheibe mit erfindungsgemäßen Schneidsegmenten;
Fig. 8a eine schematische perspektivische Ansicht eines Hohlbohrers mit einer erfindungsgemäßen Scheidlippe;
Fig. 8b eine schematische Draufsicht auf die Schneidfläche der Schneidlippe des in Fig. 8a gezeigten Bohrers; Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf eine Trennscheiben mit einem erfindungsgemäßen geschlossenen/ebenen Schneidrand;
Fig. 10 eine schematische Draufsicht auf eine Trennscheiben mit einem erfindungsgemäßen Turbo-Schneidrand;
Fig. 1 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Trennscheibe mit einem erfindungsgemäßen Turbo-Schneidrand; und
Fig. 12 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Hohlbohrers mit einer Beschichtung aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Schneidelements 1 1 . Die geschwungenen Begrenzungslinien veranschaulichen, dass es sich hierbei sowohl um ein, in Fig. 7 gezeigtes Schneidsegment als auch um einen, in Fig. 9, 10, 1 1 oder 12 gezeigten Schneidrand eines Spanwerkzeugs, wie einer eine Trennscheibe, handeln kann. Dabei kann das Scheidelement 1 1 eine gestreckte, bogenartig gekrümmte Form aufweisen, deren Krümmung im Wesentlichen zum zirkulären Umfang des Spanwerkzeugs beziehungsweise des Trägerkörpers des Spanwerkzeugs korrespondiert. Figur 1 zeigt, dass eine Fläche des Scheidelements, die so genannte Schneidfläche, S zum Schneiden des zu bearbeitenden Werkstücks vorgesehen ist. Gegenüberliegend zur Scheidfläche S weist das Scheidelement 1 1 eine Befestigungsseite auf mit welcher es an einem Trägerkörper 12 eines Spanwerkzeugs befestigbar ist.
Figur 1 veranschaulicht, dass das Schneidelement 1 1 eine Matrix 1 umfasst, in die Schleifpartikel 2 und Schmiermittelstrukturen 3 eingebunden sind.
Im Rahmen der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform sind die Schmiermittelstrukturen 3 im Wesentlichen sphärisch ausgebildet.
Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform eines Schneidelements 1 1 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform, dass die Schmiermittelstrukturen 3 jeweils eine Haftvermittlerbeschichtung 4 aufweisen. Durch die Haftvermittlerbeschichtung kann insbesondere die Anbin- dung beziehungsweise Einbindung der Schmiermittelstrukturen 3 in die Matrix 1 verbessert werden. So kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass die Schmiermittelstrukturen 3 beim Betrieb aus der Matrix 1 herausgerissen werden. Die in den Figuren 3a und 3b gezeigte Ausführungsform eines Schneidelements 1 1 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in Figur 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, dass die Schmiermittelstrukturen 3 stabförmig ausgebildet sind. Dabei bildet jeweils ein Bereich einer stabförmigen Schmiermittelstruktur 3 einen Abschnitt der Schneidfläche S des Schneidelements 1 1 aus, wobei ein anderer Bereich derselben stabförmigen Schmiermittelstruktur 3 in die Matrix 1 eingebunden ist. Insbesondere erstrecken sich dabei die stabförmigen Schmiermittelstrukturen 3 von der Befestigungsseite des Schneidelements 1 1 in Richtung auf die Schneidfläche S des Schneidelements 1 1 . Dabei sind die stabförmigen Schmiermittelstrukturen 3 derart ausgerichtet, dass ihre Hauptachse die Schneidfläche S des Schneidelements 1 1 schneidet. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise eine kontinuierliche Bereitstellung von Schmiermittel während des Abtrags der Schneidfläche S des Scheidelements 1 1 gewährleistet werden. Die in den Figuren 4a und 4b gezeigte Ausführungsform eines Schneidelements
1 1 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in den Figuren 3a und 3b gezeigten Ausführungsform, dass das Schneidelement 1 1 eine unregelmäßige, netzwerkförmige Schmiermittelstruktur 3 umfasst, welche in Form eines, in der Matrix 1 ausgebildeten, Schmiermittel 3 gefüllten Kanal- und/oder Porennetz- werks ausgebildet ist.
Die in den Figuren 5a und 5b gezeigte Ausführungsform eines Schneidelements 1 1 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in den Figuren 4a und 4b gezeigten Ausführungsform, dass das Schneidelement 1 1 eine regelmäßige, netzwerkförmige Schmiermittelstruktur 3 umfasst, welche in Form eines, in der
Matrix 1 ausgebildeten, Schmiermittel 3 gefüllten Kanal- und/oder Poren netz- werks ausgebildet ist.
Die in den Figuren 6a und 6b gezeigte Ausführungsform eines Schneidelements 1 1 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der in den Figuren 1 bis 5b gezeigten Ausführungsformen, dass das Schneidelement 1 1 plättchenförmige Schmiermittelstrukturen 3 umfasst, welche jeweils mehrere Perforationen 5 aufweisen. Durch diese Perforationen 5 können die Matrixbereiche 1 , welche jeweils an gegenüberliegende Seiten der plättchenförmigen Schmiermittelstruktur 3 an- grenzen miteinander verbunden sein und so vorteilhafterweise die Festigkeit des
Schneidelements 1 1 erhöhen. Figur 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Trennscheibe, welche einen scheibenförmigen Trägerkörper 12 aufweist, mit dem acht erfindungsgemäße Schneidelemente 1 1 in Form von Schneidsegmente verbunden sind.
Die Figuren 8a und 8b zeigen einen Hohlbohrer, der einen im Wesentlichen zylindrischen Trägerkörper 12 und ein, mit dem Trägerkörper 12 verbundenes, erfindungsgemäßes Schneidelement 1 1 in Form einer Schneidlippe aufweist. Figur 9 zeigt eine Trennscheibe, welche ebenfalls einen scheibenförmigen Trägerkörper 12 und ein mit dem Trägerkörper 12 verbundenes, erfindungsgemäßes Schneidelement 12 in Form eines geschlossenen beziehungsweise ebenen Schneidrands aufweist. Die Figuren 10 und 1 1 zeigen Trennscheiben, welche ebenfalls einen scheibenförmigen Trägerkörper 12 und ein mit dem Trägerkörper 12 verbundenes, erfindungsgemäßes Schneidelement 12 in Form eines strukturierten Schneidrand, eines so genannter Turbo-Schneidrands, aufweisen. Figur 1 1 veranschaulicht, dass das Schneidelement 12 durch ein Kalt- und/oder Warmverfestigungsverfah- ren, insbesondere Kalt- und/oder Heißpressen, mit zahnartigen Strukturen, welche umfänglich am scheibenförmigen Trägerkörper 12 ausgebildet sind, verbunden ist.
Figur 12 zeigt einen Hohlbohrer, der einen im Wesentlichen hohizylinderförmigen Trägerkörper 12 aufweist. Figur 12 veranschaulicht, dass ein Öffnungsbereich des hohizylinderförmigen Trägerkörpers 12 mit einer Beschichtung aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung versehen ist, welche eine Matrixkomponente, eine Schleifmittelkomponente und eine, gegebenenfalls Haftvermittler beschichtete Schmiermittelkomponente umfasst.
Beispiele:
Beispiel 1 : sphärische Graphitpartikel als Schmiermittelkomponente 2,32 kg Eisen, 0,40 kg Nickel, 0,80 kg Bronze(CuSn 80/20) und 0,48 kg Wolf- ramcarbid wurden, jeweils als Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 30 μηΊ, in einem Turbula® Mischer der Firma WAB zusammen gegeben und 4 Stunden lang mit 72 rpm unter Verwendung von Wolframcarbid-Cobalt- Kugeln mit einem Durchmesser von 6,3 mm trocken gemischt.
Die resultierende Matrixkomponente wurde in einen ersten Teil von 3,936 kg und einen zweiten Teil von 0,064 kg aufgeteilt.
Zu dem ersten Matrixkomponententeil (3,936 kg) wurde eine Bindemittellösung (20 g Mowital® B 30H gelöst in 500 ml Isopropanol) zugegeben und die Mischung unter Ausbildung eines Granulats mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 0,8 mm gemischt. Danach wurde das resultierende Matrixkomponenten-Granulat bei 100 °C getrocknet.
Getrennt davon wurden 0,064 kg Diamant-Pulver (40/50 Mesh) mit dem zweiten Matrixkomponententeil (0,064 kg) zunächst trocken gemischt. Anschließend wurde eine Bindemittellösung (0,64 g Mowital® B 30H gelöst in 100 ml Isopropanol) zugegeben und die Mischung unter Ausbildung eines Granulats mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 0,8 mm gemischt. Danach wurde das resultierende Schleifmittel/Matrixkomponenten-Granulat bei 100 °C getrocknet.
Danach wurden 2 kg Matrixkomponenten-Granulat mit 128 g Schleifmittel/Matrixkomponenten-Granulat und 107 g Graphitpulver (40/140 Mesh) zur Herstellung einer Schmiermittel/Schleifmittel/Matrixkomponenten-Mischung
15 Minuten lang mit einem Turbula® Mischer mit 34 rpm gemischt.
Anschließend wurden Schneidsegmentformen jeweils derart teilweise mit 1 ,41 g Matrixkomponenten-Granulat und teilweise mit 2,46 g Schmiermit- tel/Schleifmittel/Matrixkomponenten-Mischung gefüllt, dass der mit dem Matrixkomponenten-Granulat gefüllte Bereich später als Befestigungsbasis für das herzustellende Schneidsegment dienen kann.
Durch Kaltpressen mit einem Gewicht von 4800 kg (200 MPa) und einer Pressdauer von 6 s wurden auf diese Weise 16 Schneidsegment-Grünkörper hergestellt. Die Schneidsegment-Grünkörper wurden dann in Graphitformen entsprechend dem folgenden Programm heißverpresst und mit einem Trennscheiben- Trägerkörper aus Stahl verschweißt.
Figure imgf000021_0001
Beispiel 2: sphärische Partikel aus hexagonalem Bornitrid (hBN) als Schmiermittelkomponente
Eine weitere Trennscheibe wurde analog zu Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch anstelle des Graphitpulvers ein Pulver aus hexagonalem Bornitrid eingesetzt wurde.
Beispiel 3: sphärische, mit Nickel beschichtete Graphitpartikel als Schmiermittelkomponente
Eine weitere Trennscheibe wurde analog zu Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch anstelle des Graphitpulvers ein Pulver aus Nickel beschichteten Graphitpartikeln eingesetzt wurde.
Beispiel 4: sphärische, mit Silber beschichtete Partikel aus hexagonalem Bornitrid (hBN) als Schmiermittelkomponente
Eine weitere Trennscheibe wurde analog zu Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch anstelle des Graphitpulvers ein Pulver aus Silber beschichteten Partikeln aus hexagonalem Bornitrid eingesetzt wurde.
Beispiel 5: Graphitstäbchen als zusätzliche Schmiermittelkomponente
Ein Matrixkomponenten-Granulat und eine Schmiermittel/Schleifmittel/Matrixkomponenten-Mischung wurden entsprechend Beispiel 1 hergestellt. Anschlie- ßend wurden die Schneidsegmentformen jeweils derart teilweise mit 0,71 g Matrixkomponenten-Granulat und teilweise mit 1 ,23 g Schmiermittel/Schleifmittel/Matrixkomponenten-Mischung gefüllt, dass der mit dem Matrixkomponenten-Granulat gefüllte Bereich später als Befestigungsbasis für das her- zustellende Schneidsegment dienen kann. Durch Kaltpressen mit einem Gewicht von 1200 kg (50 MPa) und einer Pressdauer von 3 s wurde eine Schicht vorge- presst. Auf die vorgepresste Schicht wurden 13 g Graphit-Stäbe mit einer durchschnittlichen Länge von 6 mm und einem durchschnittlichen Durchmesser von 1 mm aufgelegt und die Anordnung erneut mit einem Gewicht von 100 kg (~4 MPa) und einer Pressdauer von 3 s kaltgepresst. Anschließend wurden weitere 0,71 g Matrixkomponenten-Granulat und 1 ,23 g Schmiermittel/Schleifmittel/Matrixkomponenten-Mischung derart in die Schneidsegmentformen eingefüllt, dass der mit dem Matrixkomponenten-Granulat gefüllte Bereich später als Befestigungsbasis für das herzustellende Schneidsegment dienen kann. Die Anordnung wurde anschließend zuerst mit einem Gewicht von 1200 kg
(50 MPa) und einer Pressdauer von 3 s, dann mit einem Gewicht von 4800 kg (200 MPa) und einer Pressdauer von 6 s kaltgepresst. Die resultierenden Schneidsegment-Grünkörper wurden dann in Graphitformen entsprechend dem bereits erläuterten Programm heißverpresst und mit einem Trennscheiben- Trägerkörper aus Stahl verschweißt.
Beispiel 6: Graphitplättchen als zusätzliche Schmiermittelkomponente
Eine weitere Trennscheibe wurde analog zu Beispiel 5 hergestellt, wobei jedoch anstelle der Graphitstäbchen Graphitplättchen mit einer durchschnittlichen Fläche von 5 mm x 10 mm und einer durchschnittlichen Dicke von 0,2 mm verwendet wurden.
Beispiel 7: Netzwerkförmige Strukturen als Schmiermittelkomponente
Eine weitere Trennscheibe wurde analog zu Beispiel 5 und 6 hergestellt, wobei jedoch anstelle der Graphitstäbchen beziehungsweise -plättchen ein Polyethylen- Sieb verwendet wurde, welches sich während des Heißpressens zersetzte. Die resultierenden Hohlräume wurden anschließend mit dem unter dem Markenna- men Molykote© erhältlichen Schmiermittel infiltriert. Beispiel 8: Graphitstäbchen als Schmiermittelkomponente
Ein Matrixkomponenten-Granulat wurde entsprechend Beispiel 1 hergestellt. Die Schneidsegmentformen wurden jeweils mit 2 g Matrixkomponenten-Granulat ge- füllt. Durch Kaltpressen mit einem Gewicht von 1200 kg (50 MPa) und einer
Pressdauer von 3 s wurde eine Schicht vorgepresst. Auf die vorgepresste Schicht wurden 13 g Graphit-Stäbe mit einer durchschnittlichen Länge von 6 mm und einem durchschnittlichen Durchmesser von 1 mm aufgelegt und die Anordnung erneut mit einem Gewicht von 100 kg (~4 MPa) und einer Pressdauer von 3 s kaltgepresst. Anschließend wurden weitere 2 g Matrixkomponenten-Granulat in die Schneidsegmentformen eingefüllt. Die Anordnung wurde anschließend zuerst mit einem Gewicht von 1200 kg (50 MPa) und einer Pressdauer von 3 s, dann mit einem Gewicht von 4800 kg (200 MPa) und einer Pressdauer von 6 s kaltgepresst. Die resultierenden Schneidsegment-Grünkörper wurden dann in Graphitformen entsprechend dem bereits erläuterten Programm heißverpresst und mit einem Trennscheiben-Trägerkörper aus Stahl verschweißt.
Beispiel 9: Graphitplättchen als Schmiermittelkomponente Eine weitere Trennscheibe wurde analog zu Beispiel 8 hergestellt, wobei jedoch anstelle der Graphitstäbchen Graphitplättchen mit einer durchschnittlichen Fläche von 5 mm x 10 mm und einer durchschnittlichen Dicke von 0,2 mm verwendet wurden. Beispiel 10: Netzwerkförmige Strukturen als Schmiermittelkomponente
Eine weitere Trennscheibe wurde analog zu Beispiel 8 und 9 hergestellt, wobei jedoch anstelle der Graphitstäbchen beziehungsweise -plättchen ein Polyethylen- Sieb verwendet wurde, welches sich während des Heißpressens zersetzte. Die resultierenden Hohlräume wurden anschließend mit dem unter dem Markennamen Molykote© erhältlichen Schmiermittel infiltriert.
Schnittversuche mit den auf diese Weise hergestellten Trennscheiben zeigten, dass die Trennscheiben einen geringen Geräuschpegel und eine geringe Erhitzung aufweisen.

Claims

Ansprüche
1 . Schneidelement (1 1 ), insbesondere für ein Span Werkzeug, umfassend
- eine Matrix (1 ),
- Schleifpartikel (2) und
- eine oder mehrere, stabförmige, plättchenförmige, gitterförmige und/oder netzwerkförmige Schmiermittelstrukturen (3),
wobei die Schleifpartikei (2) und die Schmiermittelstruktur/en (3) zumindest teilweise in die Matrix (1 ) eingebunden sind.
2. Schneidelement nach Anspruch 1 , wobei mindestens ein Bereich einer
Schmiermittelstruktur (3) einen Abschnitt der Schneidfläche (S) des Schneidelements (1 1 ) ausbildet.
3. Schneidelement nach Anspruch 2, wobei ein anderer Bereich derselben Schmiermittelstruktur (3) in die Matrix (1 ) eingebunden ist.
4. Schneidelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die Schmiermittelstrukturen (3) von der Befestigungsseite des Schneidelements (1 1 ) in Richtung auf die Schneidfiäche (S) des Schneidelements (1 1 ) erstre- cken.
5. Schneidelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schneidelement (1 1 ) eine netzwerkförmige Schmiermittelstruktur (3) umfasst, welche in Form eines in der Matrix (1 ) ausgebildeten, Schmiermittel (3) gefüllten Ka- nal- und/oder Porennetzwerks ausgebildet ist.
6. Schneidelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Schneidelement (1 1 ) eine oder mehrere plättchenförmige Schmiermittelstruktur (3) umfasst, welche jeweils eine oder mehrere Perforationen (5) aufweisen.
Schneidelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest ein Teil der Schmiermittelstrukturen (3) jeweils eine Haftvermittlerbeschichtung (4) aufweist.
Schneidelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Schneidelement (1 1 )
- > 30 Gew.-% bis < 95 Gew.-%, insbesondere > 30 Gew.-% bis < 90 Gew.- %, Matrix,
- > 2 Gew.-% bis < 20 Gew.-%, insbesondere > 3 Gew.-% bis < 15 Gew.-%, Schleifpartikel,
- > 1 Gew.-% bis < 30 Gew.-%, insbesondere > 2 Gew.-% bis < 20 Gew.-%, Schmiermittelstrukturen,
bezogen auf das Gesamtgewicht der des Schneidelements (1 1 ), umfasst.
Schneidelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
- die Schmiermittelstrukturen (3) ein Schmiermittel umfassen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus anorganischen Schmiermitteln, insbesondere Nitriden, Sulfiden, Fluoriden, Sulfaten, Oxiden, Carbi- den, lodiden und/oder Boraten von, Wolfram, Molybdän, Calcium, Barium, Magnesium, Strontium, Cäsium, Natrium, Kalium, Titan, Silicium, Cer, Silber und/oder Mangan, Kohlenstoffmodifikationen, wie Graphit, Graphen und/oder Kohlenstoffnanoröhren, organischen Schmiermitteln, insbesondere Polyhalogenolefinen, Ölen, Fetten und/oder Wachsen, und Mischungen davon, und/oder
- die Matrix (1 ) aus einem Material ausgebildet ist, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus metallischem Kupfer, Zinn, Eisen, Cobalt, Nickel, Titan, Chrom, Wolfram und/oder Mangan, Metalllegierungen von Kupfer, Zinn, insbesondere Bronze, Eisen, Cobalt, Nickel, Titan, Chrom, Wolfram und/oder Mangan, anorganischen Verbindungen von Titan, Chrom, Wolfram und/oder Mangan und Mischungen davon, und/oder
- die Schleifmittelpartikel (2) aus einem Material ausgebildet sind, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Diamant, kubischem Bornitrid, Wolframcarbid, Titancarbid, Titannitrid, Siliciumcarbid und Mischungen davon, wie Titanwolframcarbide oder Titancarbidnitride, insbesondere Diamant.
10. Schneidelement nach Anspruch 9, wobei das Schneidelement (1 1 ) ein Schneidsegment, ein Schneidrand, eine Schneidlippe, eine Schneidspitze, oder ein Schneidbelag, insbesondere ein Schneidsegment, ein Schneidrand oder eine Schneidlippe, ist.
1 1 . Spanwerkzeug, umfassend mindestens ein Schneidelement (1 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Spanwerkzeug nach Anspruch 1 1 , wobei das Spanwerkzeug einen Träger- körper (12) aufweist, mit welchem das mindestens eine Schneidelement (1 1 ) verbunden ist.
13. Spanwerkzeug nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei das Spanwerkzeug ein Sägeblatt, eine Trennscheibe, ein Bohrer, ein Senker, eine Fräse, eine Ahle, ein Meißel, eine Schleifscheibe, ein Schleifteller, ein Schleifklotz, ein Schleifband, eine Schleifwalze, eine Feile, eine Raspel, eine Reibe oder ein Hobel ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Schneidelements (1 1 ) nach einem der An- Sprüche 1 bis 10 oder eines Spanwerkzeugs nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, umfassend die Verfahrensschritte
- Verfestigen, insbesondere Kaltverfestigen und/oder Warmverfestigen, einer Zusammensetzung, umfassend
- mindestens eine Matrixkomponente zum Erzeugen einer Matrix (1 ), - Schleifmittelpartikel (2), und
- mindestens eine Hohlraumbildungskomponente zum Erzeugen von Hohlräumen,
- Entfernen der Hohlraumbildungskomponenten, und
- Füllen der erzeugten Hohlräume mit mindestens einem Schmiermittel (3).
15. Verfahren zur Herstellung eines Schneidelements nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eines Spanwerkzeugs nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, umfassend die Verfahrensschritte
- Bereitstellen eines ersten Bereichs aus einer Zusammensetzung, welche - mindestens eine Matrixkomponente zum Erzeugen einer Matrix (1 ) und
- Schleifmittelpartikel (2), umfasst,
- Aufbringen von einer oder mehreren, beispielsweise stabförmigen, plätt- chenförmigen oder gitterförmigen, Schmiermittelstrukturen (3) auf den ersten Bereich;
- Aufbringen eines zweiten Bereichs aus einer Zusammensetzung, welche
- mindestens eine Matrixkomponente zum Erzeugen einer Matrix (1 ) und
- Schleifmittelpartikel
umfasst, auf den ersten Bereich und die darauf aufgebrachten Schmiermittelstrukturen (3),
- Verfestigen, insbesondere Kaltverfestigen und/oder Warm verfestigen, der Anordnung.
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