DE622823C - Verfahren zur Herstellung von Schneidwerkzeugen, bei denen harte Schneidteilchen in eine tragende Grundmassen aus sinterungsfaehigen Stoffen eingebettet sind - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
9. DEZEMBER 1935

REiCHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 491 GRUPPE

y - 4-T3l54ll49l

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Mai 1934 ab

ist in Anspruch, genommen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schneidwerkzeugen, insbesondere zur Herstellung von Diamantbohrern, bei dem harte Schneidteilchen, zum Teil in eine tragende Grundmasse aus sinterungsfähigen Stoffen eingebettet sind.

Bei bekannten Schneidwerkzeugen dieser Art bereitete es Schwierigkeiten, Diamantbohrer herzustellen, bei denen bestimmt

ίο zueinander gelagerte Diamanten in einer zähen, plastischen Masse von verhältnismäßig niedrigem Schmelzpunkt eingebettet sind. Insbesondere bereitete es Schwierigkeiten, Diamantbohrer herzustellen, bei denen die Schneidteilchen um den gleichen Betrag aus der Grundmasse, von welcher sie getragen werden, insbesondere einer sinterfähigen Masse, herausragen. Das teilweise Freilegen der Diamanten wurde bisher dadurch erreicht, däß Teile der Graphitmasse, welche die Diamanten enthielt, entfernt wurden und darauf eine metallische Masse 11m die Diamanten herumgepreßt und gesintert wurde. Auch hat man versucht, an der Stirnfläche schneidende Bohrer dadurch herzustellen, daß man in einzelne Löcher einer Form Diamanten einsteckte und den darüber befindlichen Raum mit einem kobalthaltigen Wolframcarbid, das unter Druck gesintert wurde, ausfüllte. Derartige Verfahren sind jedoch unzweckmäßig, da sie sehr langwierig sind und verhältnismäßig große Diamanten erfordern. Die Nachteile der bekannten Verfahren sollen durch das Verfahren gemäß der Erfindung vermieden werden.

Erfindungsgemäß werden Schneidwerkzeuge, bei denen harte Schneidteilchen, z. B. aus Diamant, zum Teil in eine tragende Grundmasse aus sinterungsfähigen Stoffen eingebettet sind, dadurch hergestellt, daß in 40, eine dem Profil des Schneidwerkzeuges entsprechende Form aus widerstandsfähigem Werkstoff, z.B. Kohle, eine plastische zähe Masse, z. B. aus Stärkekleister, mit gleicher Schichthöhe aufgetragen wird, in welche die Schneidteilchen bis zum Berühren der Formwand eingebracht werden; danach wird der übrige Teil der Form mit einer sinterungsfähigen Masse, die nach erfolgter Sinterung als Grundmasse für die Schneidteilchen dient,_5o ausgefüllt, und es wird auf die Grundmasse vor oder gleichzeitig mit der Sinterung ein so hoher Druck ausgeübt, daß die Schneidteilchen allseitig dicht von der Sintermasse

umgeben sind. Die plastische zähe Masse,

z. B. aus. Stärkekleister, kann nach erfolgter . Herstellung, des Schneidwerkzeuges durch Abbürsten mit einer Drahtbürste oder mit Hilfe eines Sandstrahlgebläses entfernt

werden. '

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es stellen dar:

ίο Abb. ι eine perspektivische Ansicht· des unteren Teiles eines Diamantbohrers.

Abb. 2 eine perspektivische Ansicht desselben Bohrers, welcher mit einem Stahlhalter oder Schaft durch Hartlöten oder Schweißen verbunden ist, .

Abb. 3 einen Vertikalschnitt durch den Bohrer gemäß Abb. 2,

Abb. 4 die einzelnen zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Teile der erfindungsgemäßen Einrichtung, *.

Ahb.-5 eineAnsicht der Vorrichtung gemäß Abb. 4, teils in Ansicht, teils im Schnitt,

Abb. 6 die Gesamtvorrichtung, zur Herstellung von Bohrern gemäß den Abb. ι bis 3 ²S und ' " '^

Abb. 7 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß Abb. 6.

Die zur Durchführung des neuen Verfahrens verwendete Vorrichtung besitzt eine ;3o Graphitform 1 mit einer zentralen Bohrung 2 und einer Profilrinne 3, die dem Profil des herzustellenden Schneidwerkzeuges angepaßt ist und im vorliegenden Falle, einen halbkreis-' förmigen Querschnitt aufweist. Eine Metallkappe, mit einem Ring 4 schließt sieh dicht .der Form J an und besitzt einen Tnnendurchmesser, der um wenig kleiner ist als der Außendurchmesser - der Profilrinne 3. Ein Metalipfrppfen 5 besitzt einen Flansch &, dessen .Durchmesser um wenig größer ist .als der Innendurchmesser der Profilrinne 3; der Pfropfen 5 ragt in die öffnung 2 der Form hinein. Zum Einfügen und "Herausnehmen ist der Pfropfen 5 mit einem Handgriff versehen, ·

Eine plastische .Massen die aus einem Gemisch fein verteilter Stoffe, wie beispielsweise Graphit, Schleifmittelteilchen. aus Siliciumcarbid, Stärkemehl _ und "Wasser, bestehen kann, wird auf die Profilrinne 3 aufgetragen, ,so daß, sich eine Schicht 8.mit gleichmäßiger Schichtdicke ergibt ., Die plastische Masse kann auf/ verschiedene Weise aufgetrageji werden, beispielsweise durch Aufspritzen, durch Pressen mittels eines Profilstempels oder durch Anwendung _einer drehbaren Schablone, die um eine durch, die Mitte der Form gehende Achse bewegbar ist. Die Schablone kann auch am Ring 4 bzw- am Flansch 6 geführt werden. Besonders zweckmäßig ist es, die. Schicht 8 dadurch aufzutragen, daß eine genügende Menge der pastenförmigen Masse in die Profilrinne 3 eingebracht wird und die Form 1 auf einer Drehbank in Umdrehung versetzt wird, wobei die gleiche Schichthöhe der pastenförmigen Masse durch ein entsprechend profiliertes Werkzeug erzielt werden kann.

Nachdem die Lage 8 hergestellt worden ist, werden der Ring 4 und der Pfropfen 5 entfernt und eine Anzahl halbzylindrischer Graphitteilchen 9 auf die Schicht 8 aufgelegt. Diese Teile besitzen im wesentlichen das gleiche Profil wie die Rinne 3 und dienen der Herstellung von Wassernuten im fertiggestellten Bohrer.

Die Dicke der Schicht 8 wird üblicherweise angenähert einem Viertel der Dicke der Diamanten 10 gewählt, die in dem Bohrer zur Anwendung kommen sollen. Wenn die Diamanten 10 groß genug sind, werden, sie von Hand in die Masse 8 bis zum Berühren mit.der Formwand eingebracht. Hierdurch hat man die Gewähr dafür, daß die Schneid-' bahn eines jeden Diamanten mit der Oberfläche der Profilrinne 3 unbedingt zusammenfällt. Die Diamanten ragen über das bestimmt vorgeschriebene Profil nicht hinaus, stehen andererseits auch nicht zurück, so daß gleichzeitig sämtliche Diamanten an dem Schneidvörgang bei der Herstellung eines bestimmten Profiles teilnehmen. Die Diamanten können bei diesem Verfahren auch mit einer bestimmten Richtung in die Masse 8 eingebracht werden, was dann zweckmäßig sein kann, wenn die Drehrichtung des Schneidwerkzeuges nur nach einer Richtung hin verläuft.

Wenn die Diamanten so klein sind, daß ihr Einbringen in die Schicht 8 von Hand Schwierigkeiten bereitet und auch kleine Zangen oder Pinzetten nicht mehr geeignet sind, so. können sie auch auf die plastische Masse aufgeschüttet werden; in diesem Falle ist es zweckmäßig, eine etwas plastischere Masse 8 zu verwenden als in dein Falle, wo größere Diamanten zur Verarbeitung kommen. Die Diamanten haften auf der plastischen Masse besser und können rascher nach unten sinken, so daß sie mit größerer Gewähr mit.no der Formwand in Berührung kommen, wodurch das gleichzeitigeArbeiten aller Diamanten gewährleistet ist. Nachdem die Diamanten in die Profibrinne 3 geschüttet worden sind, kann die- Form r umgekippt werden, so daß alle die; Diamanten wieder entfernt werden, die- auf der Oberfläche der plastischen Masse nicht haften bleiben. Man erreicht dadurch, daß nur eine einzige Schicht von Diamanten zur Anwendung gelangt und jeder der im Werkstück verarbeiteten Diamanten an dem Schneidvorgang tatsächlich teilnimmt.

- Nachdem die Diamanten in die plastische Schicht 8 eingebracht worden sind, wird ein Graphitblock 11 in die öffnung 2 der Form 1 eingesetzt. Der Durchmesser des oberen Teiles des Blockes oder Pfropfens n ist etwas größer als der innere Durchmesser der Profilrinne 3, wie aus Abb. 6 hervorgeht. Auf die Form 1 wird ein Graphitring 12 aufgesetzt, der einen Außendurchmesser besitzt, der im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Form 1 ist und dessen Innendurchmesser etwas kleiner ist als der Außendurchmesser der Profilrinne 3; auf diese ' Weise wird ein Ringraum 13, zwischen der Innenwand des Ringes 12 und dem oberen Teile des Pfropfens 11 gebildet. Darauf wird ein pulverförmiger Werkstoff, der als tragende Grundmasse für die Diamanten dienen soll, in die Rinne 3 geschüttet, so daß diese vollkommen und teilweise auch.noch der Ringraum 13 gefüllt sind. Ein hohlzylindrispher Graphitstempel 14 wird nun in den Ringraum 13 eingebracht, und die so vereinigten Teile werden von Kohleblöcken 15 und 16 umgeben, die halbzylindrische Ausnehmungen besitzen, in die die Form 1 und der Ring 12 hineinpassen. Die Kohleblöcke besitzen weiterhin halbzylindrische Ausschnitte, durch die der Stempel 14, wie aus Abb. 6 und 7 ersichtlich ist, hindurchragt. Die Kohleblöcke 15 und 16 können in irgendeiner Weise unterstützt sein; sie können, zwischen wassergekühlten Kupferelektroden 17 und 18 gehalten sein, die mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten elektrischen Energiequelle verbunden sind. Wenn ein Stromkreis über die Elektroden 17 und 18 und die Kohleblöcke 15 und 16 geschlossen wird, erhitzt sich das pulverförmige Material in der· Profilrinne 3 bis auf seine

4.0 Sintertemperatur, und es wird gleichzeitig auf das pulverförmige Material mittels des Preßstempels 19 ein Druck ausgeübt, wodurch das plastische, sinternde Material dicht um die Diamanten 10, soweit diese sich außerhalb der Schicht 8 befinden, herumgepreßt wird. Die Schicht 8, welche vor Anwendung der Hitze einen plastischen Aggregatzustand besitzt, stellt nach der Erhitzung eine gipsartige Masse dar, die durch eine Drahtbürste

o. dgl,, leicht entfernt werden kann.

Nach dem Sinter- und Preßvorgang hat der untere Bohrerteil die mit 20 in Abb. 1 dargestellte Gestalt. Die Rinnen 21 sind an den Stellen vorhanden, an denen in der Form die Graphitteile 9 sich befanden. Die Rinnen ermöglichen, daß während des Bohrvorganges Wasser vom Innern des Bohrers nach außen fließen kann. Der untere Teil des Bohrers kann beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen mit einem Schaft 22, wie in den Abb. 2 und 3 dargestellt, verbunden sein.

Die plastische Masse 8 hat zwei Aufgaben zu erfüllen: erstens hält sie die Diamanten bis zum Preß- und Sintervorgang in bestimmter Lage fest, und zweitens füllt sie den Raum zwischen dem pulverförmigen Sintermaterial und der Formwand aus, wodurch verhindert wird, daß die Diamanten vollkommen von der tragenden Grundmasse während des Preß- und Sintervorganges umgeben werden.

Die Schicht 8 kann aus verschiedenen Werkstoffen gebildet sein. Wenn die Diamanten in dem ,gebrauchsfertigen Bohrer nur um einen geringen Betrag aus der tragenden Grundmasse herausragen sollen, so muß die plastische Masse sehr dünnschichtig aufgetragen werden, und es besteht die Gefahr, daß die Diamanten von dieser nicht in der richtigen Lage gehalten werden können. In diesem Falle kann die plastische Masse 8 im wesentlichen aus pulverförmigem Metall, das mit einer Paste aus Stärkekleister o. dgl. gemischt ist, bestehen, und die plastische Masse kann so dick angerührt sein, daß sie trotz ihrer geringen Schichthöhe die Diamanten vorübergehend in ihrer erforderlichen Lage zu halten vermag. Nachdem der Bohrer hergestellt ist, kann das mit Stärkekleister vermischte gesinterte Metall durch ein Sandstrahlgebläse entfernt werden, wodurch die Diamanten um den gewünschten Betrag freizulegen sind. Für die Herstellung der plastischen Masse kann dasselbe Metall verwendet werden, das als tragende Grundmasse um den oberen Teil der Diamanten herumgebracht ist.

An Stelle Diamantbohrer herzustellen, kann das neue Verfahren auch zur Herstellung , anderer Schneidwerkzeuge unter Verwendung anderer Schneidteilchen als Diamanten verwendet werden. Wenn Diamanten verwendet werden, so lassen sich vorzugsweise dunkle Diamanten benutzen, obwohl auch helle Diamantsplitter geeignet sind.

Verschiedenartige Metallzusammensetzungen können als tragende, sinterungsfähige Grundmasse verwendet werden. Vorzugsweise benutzt man ein Gemisch von Wolframcarbid und Kobalt, wobei der Gehalt an Kobalt von wenigen Prozenten bis zu 20 °/₀ des Gemisches ausmachen kann. Diese Zusammensetzung hat als tragende Grundmasse für Diamanten den großen Vorzug, da sie die Diamanten beim Sintervorgang sehr dicht umschließt und eine gut haftende Verbindung herstellt. Gemische von Wolframcarbid und Kobalt besitzen überdies! !nahezu den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie Diamanten, so daß bei Temperaturänderungen des Schneidwerkzeuges zwischen den Diamanten und der tragenden Grundmasse keine

zusätzliche^.; Spannungen \äuf treten /können. Die S inter temperatur der genannten Gemische liegt in der Nähe von 1300⁰C, d.h. unterhalb der Temperatur, bei der ein Graphitisieren der Diamanten oder eine sonstige Beeinflussung derselben eintreten kann.

Als brauchbar für die tragende Grundmasse bei Verwendung von Diamanten -haben sich auch Metallzusammensetzungen, die als Stellite bekannt sind, erwiesen, die aus etwa, 13,2 bis 36 °/o Chrom, 34,5 bis 75 °/₀ Kobalt und 5 bis 40 % aus einem Metall der' Gruppe des periodischen Systems, dem Wolfram und Molybdän angehören, bestehen. - Solche; Zusammensetzungen haben in gleicher Weise den Vorzug, daß sie dieDiamanten gjiteinbettenund festhalten. Diese Metallzusammensetzungen zeichnen sich überdies durch ihre Zähigkeit sowie dadurch aus, daß sie eine Sintertempeao ratur besitzen, die unterhalb der Sintertemperatur der mit einem Bindemittel, gesinterten Garbide liegt, so daß einte· Gefahir der . Graphitisierung oder Beschädigung, der Diamanten in noch höherem Maße ausgeschlossen ist. Durch die Anwendung niedrigerer Sintertemperatür wird auch die Wirtschaftlichkeit; gesteigert. Andererseits besitzen die mit Wolfram; als Bindemittel gesinterten _; Garbide den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie. !o Diamanten, sie sind härter und dabei mindestens ebenso zähe wie die Stellite oder andere in Betracht kommende Werkstoffe.

Bohrer und andere Schneidwerkzeuge, die nach dem Verfahren und mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung hergestellt werden, haben den Vorzug, daß die Schneidteilchen, insbesondere also die Diamanten, in dieGrundmasse um einen ganz bestimmten Betrag eingebettet werden können. Sie. besitzen, weiterhin den Vorteil, daß alle Schneidteilchen um die gleicheiTänge aus der Grundmasse heraus-

ragen, So daß alle Diamanten gleichzeitig wirksam sind und sich ein Maximum an Schneidleistung ergibt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Herstellung von Schneidwerkzeugen, bei denen harte Schneidteilchen, z. B. aus Diamant, zum ; Teil in 'eine tragende Grundmasse aus sinterungsfähigen. Stoffen eingebettet sind, dadurch, gekennzeichnet, daß in eine dem Profil des Schneidwerkzeuges entsprechende Form (1, 3) aus widerstandsfähi- ■ , gern Werkstoff, z.B. Kohle, eine plastische, zähe Masse (8) mit gleicher Schichthöhe · aufgetragen wird, in welche die Schneid- · - teilchen (10) bis zum Berühren der Formwänd eingebracht werden und daß -der übrige Teil der Form mit einer sinte- 6p rtfhgsfähigen Masse (i'3),- die nach er-. folgter Sinterung als Grundmasse für die Schneidteilchen dient, ausgefüllt wird und auf die vor oder gleichzeitig mit der Sinterung ein so hoher Druck ausgeübt wird, daß die Schneidteilchen (10) äll-

   ' seitig dicht von der Sintermasse (13) umgebensind, ^; ;
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung einer solchen plastischen, zähen Masse (8), z, B. Stärkekleister, die nach erfolgter Herstellung des Schneidwerkzeuges durch Abbürsten mit einer Drahtbürste oder mit

   -- Hilfe eines Sandstrahlgebläses entfernt ' werden kann.
3. 3. Verfahren nach Anspruch. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine. Grundmasse (13), bestehend aus angenähert 34 Ms 75 °/o Kobalt, 13 bis 36 °/o Chrom und 5 bis 40 °/o Wolfram oder Molybdän,: verwendet wird.

   Hierzui Blatt Zeichnungen