DE69034066T2

DE69034066T2 - Schleifmittel und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE69034066T2
Application number: DE69034066T
Authority: DE
Inventors: Peter Dekok; Naum Tselesin
Original assignee: Ultimate Abrasive Systems Inc
Current assignee: Ultimate Abrasive Systems Inc
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1990-01-29
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: DK0407568T3; DE69028455T2; DK0732175T3; ATE238886T1; EP0732175B1; JPH03505849A; CA2025567C; EP0407568B1; US5092910A; EP0407568A1; US5092910B1; AU5080090A; EP0407568A4; CA2025567A1; WO1990009260A1; ES2193213T3; US4925457A; US4925457B1; DE69034066D1; JP2991490B2

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft allgemein Schneid- und Schleifwerkzeuge, und befasst sich insbesondere mit einem Werkzeug, bestehend aus einer flexiblen Matrix mit in der Matrix in einem bestimmten Muster befestigten Partikeln, sowie ein Verfahren zur Herstellung solch eines Werkzeugs.
Stand der Technik
Es ist allgemein bekannt, Diamanten und andere harte Substanzen in einer Matrix einzubetten, um Schneid- und Schleifwerkzeuge herzustellen. Schneidwerkzeuge werde üblicherweise dadurch hergestellt, dass Diamantsplitter in einem Matrixmaterial wie einem Metallpulver oder Harz angeordnet werden. Das Matrixmaterial wird dann gepresst und gesintert, um die Diamantsplitter festzuhalten. Es ist ersichtlich, dass diese allgemein bekannte Technik ein Produkt ergibt, in dem Diamanten zufällig verteilt sind, und es besteht keine Möglichkeit, anders zu verfahren.
Eine weitere Technik zur Herstellung von Schneid- oder Schleifwerkzeugen wendet das Galvanisieren an, wie in JP 58-100689 offenbart ist. Im Allgemeinen werden Diamantsplitter auf einer Metalloberfläche angeordnet, und ein Metall wird durch Galvanisieren auf die Metalloberfläche aufgebracht, wobei aufeinander folgende Schichten aufgebracht werden, bis die Diamanten auf der Metalloberfläche befestigt sind. Obwohl diese Technik es erlaubt, dass die Diamanten ggf. ein regelmäßiges Muster annehmen, werden die einzelnen Steine üblicherweise von Hand eingesetzt. Obwohl die galvanisierten Werkzeuge einen beträchtlichen kommerziellen Erfolg erbracht haben, sind solche Werkzeuge darin etwas empfindlich, dass die Steine nur durch die relativ dünnen Metallschichten am Werkzeug befestigt sind, und dass nur eine einzelne Schicht aus Diamanten als die Schneidfläche wirkt. Das Werkzeug verliert seine Form, wenn weitere Schichten aus Metall aufgebracht werden.
Es wurden zahlreiche Versuche durchgeführt, ein Schleifwerkzeug zu schaffen, bei dem der Träger für das Gitter flexibel ist. Solch ein Werkzeug wird zum Schleifen nicht flacher Teile bzw. zur Befestigung an einem profilierten Formwerkzeug wie einem Konturfräser in hohem Maße benötigt. Die bekannten Versuche bei einem PN2, bei dem ein flexibles Werkzeug hergestellt wird, umfassen normalerweise ein flexibles Substrat, an dem durch Galvanisieren Diamanten befestigt werden. Z. B. wurden kleine Diamantsplitter an den Drähten eines Drahtgitters befestigt, wobei das flexible Gitter die gewünschte Flexibilität bewirkt. Auch kleine Kupfertropfen, an denen man Diamantsplitter durch Galvanisieren befestigte, wurden auf einen flexiblen Schaum aufgebracht. Der Schaum liefert die Flexibilität, und die Kupfertropfen werden ausreichend getrennt, um die Flexibilität aufrechtzuerhalten.
Der Stand der Technik lieferte kein flexibles Schneid- oder Schleifwerkzeug mit Diamanten einer ausgewählten Größe, die fest in einer flexiblen Matrix gehalten werden, wobei die Diamanten problemlos in einem ausgewählten regelmäßigen Muster angeordnet werden.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifmittelprodukts und ein Schleifmittelprodukt, das durch das Verfahren hergestellt wird, wie in den Ansprüchen definiert ist.
Die Art der Partikel und die Größe der Partikel können gewählt werden, um die gewünschten Eigenschaften des Werkzeugs zu erzielen. Der Träger kann bekannte Materialien wie Metallpulver, Metallfasern oder Gemische aus Metallpulvern und -fasern aufweisen. Der Träger ist flexibel, so dass er entsprechend einem bestimmten Substrat geformt werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine perspektivische Darstellung ist, die einen Träger mit in dessen einer Oberfläche eingebetteten Partikeln gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein vergrößerter Querschnitt im Wesentlichen längs der Linie 2-2 in 1 ist;
3 eine Aufsicht, aus der in ein Drahtgitter eingebettete Partikel hervorgeht, ist;
4 ein Querschnitt im Wesentlichen längs der Linie 4-4 in 3 ist;
5 eine 4 ähnliche Darstellung ist, die jedoch eine abgewandelte Ausführungsform hiervon zeigt;
6 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform der in 4 gezeigten Anordnung ist;
7 eine Aufsicht ist, die den an einem Werkzeug befestigten Träger der 3 zeigt;
8 in einem verkleinerten Maßstab eine Aufsicht ist, die eine weitere Ausführungsform der in 7 gezeigten Anordnung zeigt; und
9 eine Querschnittsdarstellung ist, aus der ein Verbundwerkzeug hervorgeht, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Die vorliegende Erfindung enthält auch Ausführungsformen, die auch in der Stammanmeldung EP 407 568 A enthalten sind. Diese Ausführungsformen dienen nur der Erläuterung. Die vorliegende Erfindung wird nur durch die Ansprüche definiert.
Möglichkeiten zur Durchführung der Erfindung.
Insbesondere Bezug nehmend auf die Zeichnungen und der zur Erläuterung gewählten Ausführungsformen der Erfindung zeigt 1 einen Träger 15 mit mehreren darin eingebetteten Partikeln 16. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass es bekannt ist, vorgeformte Strukturen aus Metallpulvern oder Metallfasern oder Gemischen aus Metallpulvern und -fasern zu verwenden. Diese Materialien sind leicht verfügbar und sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, so dass keine weitere Beschreibung als notwendig erachtet wird. Unter Berücksichtung solcher Materialien ist ersichtlich, dass Partikel aus harten Substanzen wie Diamant am Träger 15 angeordnet und in die Oberfläche des Trägers eingedrückt werden können, um die in 1 gezeigte Anordnung herzustellen. Nachdem die Partikel in der gewünschten Weise positioniert wurden, kann das Material mit oder ohne Druck gesintert werden.
2 der Zeichnungen zeigt die Struktur der in 1 gezeigten Vorrichtung. Es ist ersichtlich, dass die Partikel 16 ausreichend in den Träger 25 gedrückt werden, so dass sie sicher getragen werden. Sobald der Träger 15 gesintert wurde, sind die Partikel 16 sicher befestigt, und die Vorrichtung ist ein sehr effektives Schleifmittel.
Obwohl der Träger 15 in 1 und 2 flach gezeigt ist, ist bekannt, dass das Material flexibel ist; somit kann das Schleifmaterial beliebig in jede gewünschte Form gebracht werden. Wenn der Träger 15 während des Sinterns unter Druck gesetzt wird, wird die Dichte des Trägers erhöht, so dass den Partikeln 16 ein fester Halt verliehen wird.
Es wird nun auf 3 der Zeichnungen Bezug genommen, die ein gewebtes Gitter 18 zeigt, das einen Partikel 19 in jeder Gitteröffnung hat. Das Gitter 18 kann irgendein Metall wie z. B. Kupfer, Messing oder Nickel sein. Es werden Partikel einer geeigneten Größe, so dass sie in die Öffnungen des Gitters 18 passen, verwendet; dann wird, um die Partikel festzuhalten, Metallpulver oder dergleichen, das bei 20 angegeben ist, in jede Öffnung des Gitters eingebracht und umgibt die Partikel 19. Wie zuvor kann das Metallpulver gesintert werden, um die Partikel 19 festzuhalten, wobei das gesinterte Pulver 20 an dem Gitter 18 und den Partikeln 19 befestigt wird. Selbstverständlich verbindet das gesinterte Pulver 20 die Drähte des Gitters miteinander. Der Fachmann erkennt, dass die Partikel ggf. durch Galvanisieren, Kleben oder andere Mittel befestigt werden können.
Bei der in den 3 und 4 gezeigten Konstruktion ist das Drahtgitter 18 zwangsläufig flexibel, und durch Einbringen des Partikels bzw. der Partikel in jede Öffnung im Gitter wird die Flexibilität aufrechterhalten. Außerdem können sich, wie am besten 4 zeigt, die Partikel 19 über das Gitter 18 auf beiden Seiten hinaus erstrecken, so dass das Material ein zweiseitiges Schleifmittel bzw. Schneidwerkzeug ist.
Eine Alternative der in den 3 und 4 gezeigten Konstruktion ist in 5 gezeigt. Wiederum ist das bei 21 angegebene Gitter vorhanden, und Partikel 22 werden in die Öffnungen des Gitters 21 eingebracht. Statt wie in 4 das Metallpulver zu verwenden, kann man jedoch ein Gitter 21 verwenden, das einen relativ niedrigen Schmelzpunkt hat. Das die Partikel enthaltende Gitter kann dann gerade soweit erhitzt werden, dass das Metall des Gitters etwas fließt. In 5 der Zeichnungen ist ersichtlich, dass das Metall des Gitters 21 somit etwas zum Fließen gebracht wurde, um die Partikel zu umschließen und sie festzuhalten.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass die harten Partikel wie z. B. Diamant, Wolframkarbid oder dergleichen im gewünschten Muster angeordnet und in eine Matrix eingebracht werden können. Die Matrix kann aus einem Metallpulver und/oder Metallfasern oder aus einem Drahtgitter bestehen. In jedem Falle werden die Partikel festgehalten, und das Material wird gesintert, um die Partikel permanent in Position zu halten. Solche Materialien können mit den Partikeln von einer Seite wie in 1 und 2 oder von beiden Seiten wie in 4 und 5 vorstehend geformt werden.
Nunmehr auf 6 Bezug nehmend besteht eine Möglichkeit, die Partikel in dem gewünschten Muster anzuordnen, darin, die Partikel in die Öffnungen eines Gitters einzubringen und dann das Gitter und die Partikel auf den Träger zu setzen. Das Gitter kann entfernt werden, so dass es die Partikel in dem gewünschten Muster hinterlässt. In 6 wird das gleiche Verfahren angewandt, jedoch wird, statt das Gitter zu entfernen, das Gitter in den Träger gedrückt, so dass es ein Teil des fertigen Werkzeugs wird.
Im Einzelnen zeigt 6 einen Träger 25, der aus Metallpulver oder dergleichen hergestellt ist, wie oben erläutert wurde. Es sind zwei mit 26 und 28 bezeichnete Gitter vorhanden, eines auf jeder Seite des Trägers 25. In jeder Öffnung jedes Gitters befindet sich ein Partikel, wobei die Partikel im Gitter 26 mit 30 bezeichnet sind. Bei dem sich ergebenden Werkzeug stehen daher die Partikel 29 und 30 von beiden Seiten des Trägers vor, und außerdem verleihen die Gitter 26 und 28 dem Träger Stabilität und tragen zum Halten der Partikel 29 und 30 im Gitter bei. Die Gitter 26 und 28 können entweder vollständig in den Träger 25 eingebracht werden oder an der Oberfläche des Trägers etwas vorstehen. Der exponierte Träger schützt die Diamanten und trägt dazu bei, die Diamanten zu halten, wenn sie sich abnutzen.
Eine weitere Ausführungsform des Werkzeugs unter Anwendung der vorliegenden Erfindung kann wie in 7 gezeigt hergestellt werden. 7 zeigt ein Gitter wie es in 3 gezeigt ist, das an einem Substrat wie z. B. einer Metallplatte oder dergleichen befestigt ist. Da das Schleifmaterial dasselbe wie das in 3 gezeigt ist, sind die gleichen Bezugsziffern für die gleichen Teile verwendet. Es ist daher ersichtlich, dass das Gitter 18 Partikel 19 hat, die von einem gesinterten Pulver 20 gehalten werden, um ein flexibles Schleifmaterial zu bilden. Dieses flexible Schleifmaterial wird dann an einer Metallplatte 31 durch Schweißen, Löten oder andere bekannte Mittel befestigt. Da das Gitter 18 flexibel ist, kann das Substrat 31 flach oder kreisförmig sein oder jede andere Form gewünschte gekrümmte Form haben. Das Gitter 18 kann zur Anpassung an die Platte 31 gebogen und dann angeschweißt oder auf andere Weise befestigt werden, so dass es die Form beibehält. Alternativ kann das Gitter durch das gleiche Material, das die Partikel hält, am Substrat befestigt werden, so dass beide Schritte während des Sinterns durchgeführt werden.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Werkzeugs, das gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Manchmal ist es erwünscht, einen Zwischenraum zwischen Schleifabschnitten zu belassen, und. dies kann in der gewünschten Weise mit der Struktur der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Das in 7 gezeigte Gitter 18 kann in die gewünschte Form geschnitten und befestigt werden, um die in 8 gezeigte Anordnung zu erreichen. Auch können die Partikel in dem gezeigten Muster angeordnet und in die Masse aus Pulver oder Faser gedrückt werden, wie in Verbindung mit 1 erläutert wurde. Es kann ein Gitter verwendet werden, und Partikel werden in ausgewählten Öffnungen des Gitters angeordnet. In jedem Falle kann das gewünschte Muster geschaffen werden, und das sich ergebende Schleifmaterial kann an einer Schleifscheibe oder dergleichen befestigt werden. Aus der obigen Beschreibung ist auch offensichtlich, dass die Scheibe aus 8 wie das in 3 gezeigt Produkt hergestellt sein kann. Das Gitter 18 kann kreisförmig sein, und ausgewählte Öffnungen können die Partikel 19 enthalten.
Schließlich ist Bezug nehmend auf 9 der Zeichnungen ersichtlich, dass zwei oder mehr Teile aus Schleifmaterial, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, gestapelt werden können, so dass ein mehrschichtiges Werkzeug hergestellt werden kann. Unter Anwendung dieser Technik kann man zwei der in den 2 und 3. gezeigten Vorrichtungen verwenden und ein zweiseitiges Schleifmaterial herstellen. zahlreiche Abwandlungen sind möglich und 9 zeigt einige der Abwandlungen.
In 9 zeigen die unterbrochenen Linien die Grenzen der ursprünglichen Schichten, die verwendet wurde, um das mehrschichtige Material zu schaffen. Es ist somit ersichtlich, dass die äußeren Schichten 34 und 35 eng beabstandete Partikel 36 und 38 an ihren Außenseiten haben. Die nächsten Schichten haben weiter beabstandete Partikel 41 und 42, die auf den Grenzen zwischen den Schichten liegen. Die innere, zentrale Schicht 44 hat weit beabstandete Partikel 45, die von beiden Seiten nicht vorstehen, und sich auf den Grenzen der mittleren und der nächsten Schichten befinden. Es ist offensichtlich, dass die Schichten miteinander durch Löten der fertigen Schichten verbunden oder ggf. durch Sintern ungeschichteter Schichten miteinander verbunden werden können.
Obwohl die in 9 gezeigt Anordnung nur der Erläuterung dient, ist für den Fachmann ersichtlich, dass mit dieser Konstruktion eine Säge hergestellt werden kann. Die hohe Konzentration von Partikeln an den Außenkanten des Materials verlangsamt die Abnutzung der Säge an den Kanten, während die niedrige Konzentration der Partikel zur Mitte hin die Abnutzung in der Mitte erhöht. Dies führt dazu, dass sich die Schneidkante 46 wie eine konkave Fläche abnutzt, so dass die Säge richtig läuft.
Bei der vorherigen Diskussion können die Partikel, die die Schleifqualitäten schaffen, aus irgendeinem zahlreicher Materialien bestehen. Diamanten werden oft für solche Werkzeuge verwendet, und die vorliegende Erfindung ist besonders für die Verwendung von Diamanten geeignet, jedoch können ggf. andere Materialien verwendet werden. Wolframkarbid, Sinterkarbid, Bornitrit, Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid können als Schleifpartikel in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung das Konzept der Anordnung von zwei oder mehr Partikeln in einer Öffnung des Gitters wie des Gitters 18 umfasst, besteht die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin, einen Partikel in einer Öffnung anzuordnen. Selbst wenn mehr als ein Partikel in einer Öffnung angeordnet wird, können die Partikel jedoch erhebliche Größe haben und müssen nicht von Hand angeordnet werden.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung einen flexiblen Träger schafft, der die gewünschte Konzentration von Diamanten oder anderen harten Partikeln enthält, wobei die Partikel im Träger durch gesintertes Metallpulver oder dergleichen festgehalten werden. Das sich ergebende Produkt kann einzeln verwendet oder geschichtet werden, um ein Werkzeug zu schaffen, das eine gewünschte sich ändernde Konzentration hat. Da der Träger flexibel ist, kann das Produkt der vorliegenden Erfindung so geformt werden, um der Kontur kompliziert geformter Substrate zu entsprechen. Somit können Formblöcke ohne das Erfordernis der manuellen Anordnung von Diamanten und mit der Festigkeit von in einem gesinterten Material gehaltenen Diamanten hergestellt werden. Das Produkt der vorliegenden Erfindung kann daher dazu verwendet werden, Formfräsen, Diamantwalzen und praktisch irgendein anders geformtes Werkzeug herzustellen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Schleifmittelprodukts, bei dem mehrere Partikel am Produkt befestigt sind, die die Schleifmitteleigenschaft des Produkts bewirken, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Anordnen mehrerer Partikel in einem vorbestimmten Muster in Öffnungen eines Gitters, das mehrere der Öffnungen aufweist, so daß die Partikel in den Öffnungeri des Gitters aufgenommen werden, b) Anordnen des Gitters und der Partikel auf einem Träger, der eine vorgeformte Matrix auf sinterbarem Material umfaßt, c) Entfernen des Gitters, so daß die Partikel im wesentlichen im vorbestimmten Muster auf der vorgeformten Matrix aus sinterbarem Material verbleiben, d) Eindrücken der Partikel im vorbestimmten Muster in die vorgeformte Matrix aus sinterbarem Material und e) Sintern des sinterbaeen Materials unter Druck, um die Partikel im resultierenden gesinterten Material zu fixieren, wobei die Partikel von wenigstens einer Seite des Produkts vorstehen und sich im vorbestimmten Muster im gesinterten Material befinden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem wenigstens einer der Partikel in einer der Öffnungen des Gittermaterials aufgenommen ist.
Schleifmittelprodukt, hergestellt nach dem Verfahren des Anspruchs 1.
Schleifmittelprodukt nach Anspruch 3, bei dem die Schleifmittelpartikel von beiden Seiten des Produkts vorstehen.
Schleifmittelprodukt nach Anspruch 3 oder 4, bei dem mehrere Produkte miteinander verbunden sind, um ein Verbundwerkzeug zu bilden.
Schleifmittelprodukt nach Anspruch 5, bei dem das Verbundwerkzeug Außenseiten und wenigstens eine innere Schicht hat, wobei die Außenseiten gering beabstandete Partikel und die wenigstens eine innere Schicht weiter beabstandete Partikel hat.