DE69319254T2 - Werkzeugeinsatz - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Diese Erfindung betrifft einen Werkzeugeinsatz.
• Schleifmittel-Compacts werden beim Schneiden, Fräsen, Schleifen, Bohren und anderen Schleifvorgängen umfassend eingesetzt. Die Schleifmittel-Compacts bestehen aus einer Masse Teilchen aus Diamant oder kubischem Bornitrid, die in einem kohärenten, polykristallinen, harten Konglomerat gebunden sind. Der Gehalt an Schleifmittel-Teilchen von Schleifmittel-Compacts ist hoch, und es besteht ein hohes Ausmaß an direkten Teilchen-Teilchen- Bindungen. Schleifmittel-Compacts werden unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks hergestellt, bei denen das Schleifmittel-Teilchen, Diamant oder kubisches Bornitrid, kristallographisch stabil ist. Schleifmittel-Compacts neigen zur Sprödigkeit, und im Gebrauch werden sie oft abgestützt, indem sie an ein Sintercarbid-Substrat gebunden werden. Solche abgestützten Schleifmittel-Compacts sind im Fachgebiet als Composit-Schleifmittel-Compacts bekannt. Das Composit-Schleifmittel-Compact kann als solches in der Arbeitsoberfläche eines Schleifwerkzeugs verwendet werden.
• Composit-Diamant-Schleifmittel-Compacts werden im allgemeinen hergestellt, indem eine Schicht aus Diamantteilchen auf einem gesinterten Carbidkörper angeordnet wird, wodurch eine ungebundene Anordnung gebildet wird, und dann die ungebundene Anordnung Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks unterzogen wird, bei denen Diamant kristallographisch stabil ist. Während der Herstellung des Compacts infiltriert Cobalt aus dem Carbid-Substrat die Diamantmasse. Dadurch verarmt das Carbid-Substrat im Bereich der Compact-/Substrat-Grenzfläche an Cobalt, wodurch im Substrat Spannungen erzeugt werden. Diese Spannungen können zum Versagen des Composits während des Gebrauchs führen.
• Das U.S.-Patent Nr. 5 030 250 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Werkzeugeinsätzen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Das U.S.-Patent Nr. 4 592 433 beschreibt einen Schneidrohling, der ein aus Sintercarbid geformtes Substrat umfaßt und eine Schneidoberfläche einschließt. In der Schneidoberfläche ist eine Mehrzahl von oberflächlichen Nuten ausgeformt, und in den Nuten sind Streifen aus Diamant-Compact angeordnet. Die Streifen können in verschiedenen Mustern angeordnet sein. Beim Gebrauch wird das Carbidmaterial verschlissen, wodurch die Diamantstreifen freigelegt werden, die auf eine rechen- oder klauenartige Weise durch ein Substrat schneiden. Das relativ weiche Carbidmaterial dominiert in der Schneidoberfläche, so daß die härteren Diamantstreifen während des Gebrauchs freigelegt werden können.
• Das U.S.-Patent Nr. 5 154 245 offenbart Gesteinsmeißel-Kronen aus Sintercarbid, die eine Mehrzahl von polykristallinen Diamantkörpern enthalten, die jeweils vollständig von Sintercarbid umgeben sind. Somit besteht eine Mehrzahl von polykristallinen Diamantinseln in einer Sintercarbid-Arbeitsoberfläche.
• Das U.S.-Patent Nr. 4 997 049 offenbart einen Sintercarbid- Werkzeugeinsatz mit einer Vertiefung, in der schräge Seiten ausgebildet sind und in der sich ein Schleifmittel-Compact befindet. In einer Ausführungsform ist die Vertiefung ein Ring, der sich in einer der Carbid-Endoberflächen befindet.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Werkzeugeinsatz eine Schleifmittel-Compact-Schicht mit einer gekrümmten Arbeitsoberfläche, wobei wenigstens ein Teil davon eine Schneidoberfläche bildet, und einer gegenüberliegenden Oberfläche, die entlang einer Grenzfläche an ein Sintercarbid-Substrat gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sintercarbid-Ansatz sich von der Compact-/Substrat-Grenzfläche durch die Compact-Schicht bis zur Arbeitsoberfläche erstreckt, wo er eine Paßoberfläche darstellt, die eine Insel in der Compact-Arbeitsoberfläche definiert, wobei die Gesamtfläche der Carbid-Paßoberfläche kleiner als die der Compact-Arbeitsoberfläche ist.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Figur 1 veranschaulicht eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Werkzeugeinsatzes der Erfindung, und Figur 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 von Figur 1.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Die Arbeitsoberfläche der Schleifmittel-Compact-Schicht ist gekrümmt, und diese Oberfläche oder wenigstens ein Teil dieser Oberfläche stellt eine Schneidoberfläche dar. Ein Beispiel für eine gekrümmte Oberfläche ist eine Halbkugel-Oberfläche.
• Die Gesamtfläche der Carbid-Paßoberfläche ist im allgemeinen kleiner, z.B. weniger als 20 %, als die der Compact-Arbeitsoberfläche.
• Die Carbid-Oberfläche oder -Oberflächen in der Compact-Arbeitsoberfläche sind in dem Sinn passend, daß sie mit der Compact-Arbeitsoberfläche ein kontinuierliches Profil bilden.
• Die oder jede Carbid-Paßoberfläche in der Compact-Arbeitsober fläche definiert praktisch eine Insel. Somit definiert die Carbid-Paßoberfläche diskrete, getrennte Gebilde.
• Der Sintercarbid-Ansatz oder die Sintercarbid-Ansätze können an das Substrat gebunden sein oder können einen integralen Teil des Substrats bilden.
• Der Sintercarbid-Ansatz und das Substrat können aus demselben Sintercarbid oder aus verschiedenen Sintercarbiden hergestellt sein. Jedes im Fachgebiet bekannte Sintercarbid wie gesintertes Wolframcarbid, gesintertes Tantalcarbid, gesintertes Titancarbid, gesintertes Molybdäncarbid und deren Mischungen kann verwendet werden. Wie im Fachgebiet bekannt ist, enthalten Sintercarbide eine Bindemittelphase, die im allgemeinen in einer Menge von 3 bis 15 Masse-% vorhanden ist. Das Bindemittel ist normalerweise ein Übergangsmetall wie Cobalt, Nickel oder Eisen oder eine Legierung davon.
• Der Sintercarbid-Ansatz kann eine kleinere Menge, d.h. weniger als 10 Vol.-%, Teilchen aus Diamant oder kubischem Bornitrid enthalten.
• Bei dem Schleifmittel-Compact kann es sich um ein beliebiges handeln, das im Fachgebiet bekannt ist, es ist im allgemeinen aber ein Compact aus kubischem Bornitrid oder Diamant. Das Schleifmittel-Compact ist vorzugsweise ein Diamant-Compact. Diamant-Compacts weisen einen Diamantgehalt von wenigstens 70 Vol.-% auf und weisen eine polykristalline Beschaffenheit auf. Sie enthalten eine zweite Phase, die einen Diamant-Katalysator enthält, bei dem es sich normalerweise um Nickel, Cobalt oder Eisen handelt.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf Figur 1 und 2 beschrieben. Unter Bezugnahme auf diese Figuren wird ein Werkzeugeinsatz dargestellt, der ein läng liches Sintercarbid-Substrat 50 umfaßt, das im allgemeinen eine direkt kreisförmige, zylindrische Form aufweist. Das Substrat 50 weist ein zur Montage in der Arbeitsoberfläche eines Werkzeugs angepaßtes Ende 52 und ein gegenüberliegendes Arbeitsende 54 auf. Das Arbeitsende 54 des Substrats ist halbkugelig. Im Arbeitsende 54 ist eine Schleifmittel-Compact- Schicht 56 vorhanden. Diese Schleifmittel-Compact-Schicht weist sechs mit einem gleichen Abstand voneinander angeordnete Sintercarbid-Ansätze 58 auf, die sich durch sie hindurch erstrecken.
• Die Ansätze 58 erstrecken sich durch die Compact-Schicht 56 und enden an der halbkugeligen Oberfläche 60 der Schicht 56. Wie klar aus Figur 1 ersehen werden kann, ergibt die Außenoberfläche 62 der Ansätze 58 eine Mehrzahl von Sintercarbid- Inseln in der Compact-Arbeitsoberfläche 60.
• Weiterhin folgen die Oberflächen 62 der halbkreisförmigen Kontur der Compact-Arbeitsoberfläche 60.
• Im Gebrauch wird das Ende 52 des Einsatzes in der Arbeitsoberfläche eines Werkzeugs wie einer Bohrkrone montiert. Die halbkugelige Oberfläche 60 ergibt die Schneid- oder Schleifoberfläche für den Einsatz. Die Compact-Schicht 56 ist härter als die Sintercarbid-Ansätze 58, die die Neigung zu einem schnelleren Verschleiß aufweisen. Dieser Verschleiß erzeugt innerhalb der Oberfläche 60 scharfe Schneidkanten, wodurch die Schneidwirkung des Werkzeugeinsatzes verbessert wird. Weiterhin vermindern die Ansätze 58 den Spannungsaufbau im Carbidsubstrat 50.
• Die Seiten 64 der Ansätze 58 können aufeinander zu oder voneinander weg geneigt sein, oder diese Seiten können parallel zueinander sein.
• Der Werkzeugeinsatz der Figuren 1 und 2 kann unter allgemeiner Anwendung des im U.S.-Patent Nr. 5 030 250 beschriebenen Verfahrens hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird das Substrat auf geeignete Weise geformt, wobei eine Endoberfläche die erwünschten Ansätze ergibt. Bei der Einführung des Substrats in den Behälter wird die Aufschlämmung oder ähnliche Form der in Teilchenform vorliegenden Bestandteile, die zur Herstellung der Compact-Schicht benötigt werden, zwischen nebeneinanderliegende Ansätze gepreßt oder gedrückt.

Claims (7)

1. Werkzeugeinsatz, umfassend eine Schleifmittel-Compact- Schicht (56) mit einer gekrümmten Arbeitsoberfläche (60), -wobei wenigstens ein Teil davon eine Schneidoberfläche bildet, und einer gegenüberliegenden Oberfläche, die entlang einer Grenzfläche an ein Sintercarbid-Substrat (50) gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sinterkarbid-Ansatz (58) sich von der Compact-/Substrat- Grenzfläche durch die Compact-Schicht (56) bis zur Arbeitsoberfläche (60) erstreckt, wo er eine Paßoberfläche (62) darstellt, die eine Insel in der Compact-Arbeitsoberfläche (60) definiert, wobei die Gesamtfläche der Carbid-Paßoberfläche (62) kleiner als die der Compact- Arbeitsoberfläche (60) ist.

2. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 1, wobei die Gesamtfläche der Carbid-Paßoberfläche (62) wesentlich kleiner als die der Compact-Arbeitsoberfläche (60) ist.

3. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Gesamtfläche der Carbid-Paßoberfläche (62) weniger als 20 % derjenigen der Compact-Arbeitsoberfläche (60) beträgt.

4. Werkzeugeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gekrümmte Arbeitsoberfläche (60) eine halbkugelige Oberfläche ist.

5. Werkzeugeinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schleifmittel-Compact (56) ein Diamant-Compact ist.

6. Verwendung eines Werkzeugeinsatzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Bohrkronen-Einsatz.

7. Bohrkrone, umfassend einen Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5.