DE102008009507A1 - Method and device for surface treatment of extremely hard materials - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von extrem harten Werkstoffen, insbesondere von polykirstallinen Diamanten, unter Verwendung von Diamantpulver,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Oberfläche der Werkstücke durch eine kombinatorische Verwendung einer rotierenden Schleifscheibe mit dieser zugeführtem Diamantpulver
– unter einem Andruck von zumindest 1000 g/cm2
– und bei einer Standarddrehzahl von zumindest 120 min–1 Umdrehungen geschliffen und abgetragen wird.Process for the surface treatment of extremely hard materials, in particular polycholine diamonds, using diamond powder,
characterized in that
- The surface of the workpieces by a combinatorial use of a rotating grinding wheel with this supplied diamond powder
- Under a pressure of at least 1000 g / cm 2
- And ground at a standard speed of at least 120 min -1 revolutions and removed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung extrem harter Werkstoffe, insbesondere für das Schleifen polykristalliner Diamanten (PKD).The The invention relates to a method and a device for surface treatment extremely hard materials, especially for grinding polycrystalline diamond (PCD).
Polykristalliner Diamant (PKD) ist ein extrem harter Werkstoff, der synthetisch hergestellt aus einer miteinander verwachsenen Masse von Diamantpartikeln in einer Metall-Matrix besteht. Die Verwendung dieses Werkstoffs liegt aufgrund seiner extremen Härte im Bereich des Schneidens und Spanens für eine Vielzahl von Werkstoffen, so auch als Besatz von Bohrköpfen.polycrystalline Diamond (PCD) is an extremely hard material that is manufactured synthetically from an intergrown mass of diamond particles in a metal matrix exists. The use of this material is due to its extreme hardness in the field of cutting and Spanens for a variety of materials, so too as a trimming of drill heads.
Das Bearbeiten von Diamant, beispielsweise das Schleifen von PKDs, erfolgt aufgrund dessen Härte ebenfalls mit Diamant in Form von Diamantpulver enthaltenden Emulsionen. Es handelt sich hierbei um ein sehr zeitaufwendiges Verfahren, bei dem eine große Menge an Diamantschleifmittel eingesetzt werden muß.The Diamond machining, such as grinding PCDs, is done due to its hardness also with diamond in the form of Diamond powder containing emulsions. It is about a very time consuming process, where a large Amount of diamond abrasive must be used.
Der
Stand der Technik kennt eine Vielzahl stark voneinander abweichender
Lösungen für diese technische Herausforderung.
So offenbart die
Nachteilig ist allerdings der immense Energiebedarf dieses Verfahrens, welches weiterhin keine wirklich schnelle Glättung ermöglicht.adversely However, this is the immense energy demand of this process, which still does not allow really fast smoothing.
Die
Weiterhin
ist aus dem Stand der Technik bekannt, Diamantschleifvorrichtungen
zu nutzen, in die Diamantabrasivmittel zum Schleifen und Polieren
in unterschiedlichen Bindemitteln eingebettet sind. Solche Diamantschleifscheiben
können unter anderem eine metallische oder eine keramische
Bindung der Diamantabrasivmittel aufweisen, wie beispielsweise offenbart
in der
Hierbei ist problematisch, dass die Qualität und Geschwindigkeit des Schleif- bzw. des Polierprozesses von einer Vielzahl von Parametern abhängig ist, die einen aufwendigen Betrieb bei hohen Grundkosten und schwankendem Ergebnis verursachen. Die Diamantabrasivmittel sind Abnutzung unterworfen wie auch das Bindemittel, welches nicht elektrolysiert werden darf.in this connection is problematic that the quality and speed the grinding or polishing process of a variety of parameters depending on a complex operation at high basic costs and cause fluctuating results. The diamond abrasives are subject to wear as well as the binder which is not may be electrolyzed.
Ist die zu bearbeitende Oberfläche eine Diamantfläche, so befindet sich auf dessen Oberfläche ein deutlich höherer Diamantgehalt als in der Schleifvorrichtung, beispielsweise einer Diamantschleifscheibe, was zu einer schnellen Abschwächung des Schleifeffekts und somit niedrigen Geschwindigkeiten führt. Es ist beispielsweise bekannt, PKDs auf Schleif- bzw. Poliermaschinen mit einer Gußscheibe mit grober Diamantkörnung zu bearbeiten, wobei eine Laufzeit von 10–15 Stunden benötigt wird, um einen Abtrag von 0,8 mm zu erreichen.is the surface to be treated has a diamond surface, so is on the surface of a much higher Diamond content than in the grinding device, for example a Diamond grinding wheel, resulting in a rapid weakening the grinding effect and thus low speeds leads. It is known, for example, PCDs on grinding or polishing machines with a cast disc with coarse diamond grain to process, with a running time of 10-15 hours needed is to achieve a removal of 0.8 mm.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung eines extrem harten Werkstoffs, insbesondere für das Schleifen polykristalliner Diamanten (PKD), zu schaffen, welches einen deutlich schnelleren Abtrag bei gleichmäßigem Abtrag ermöglicht.task In the present invention, in view of this, it is a method and a device for surface treatment of a extremely hard material, especially for grinding Polycrystalline diamond (PCD), which creates a clear faster removal with uniform removal possible.
Erreicht wird dies durch ein neues Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 10 beschreiben vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens nach Anspruch 1.Reached This is achieved by a new process with the features of the claim 1. The dependent claims 2 to 10 describe advantageous Embodiments of the method according to claim 1.
Erreicht wird dies ebenfalls durch eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 gemäß Anspruch 11, wobei die Unteransprüche 12 bis 14 vorteilhafte Bauformen dieser Vorrichtung betreffen.Reached this is also achieved by a device for the application of the method according to claim 1 according to claim 11, wherein the dependent claims 12 to 14 relate to advantageous types of this device.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus einer Kombination aus Schleifen mit gebundenem Korn und Läppen mit loser Korn in einem definierten Drehzahlbereich und mit einem definierten Andruckbereich des Werkstücks bzw. der Werkstücke.The inventive method consists of a combination from loops with bound grain and lapping with loose Grain in a defined speed range and with a defined contact pressure range of the workpiece or workpieces.
Hierfür wird Diamantpulver während der Bearbeitung auf die Schleifscheibe aufgegeben, wobei dieser Vorgang manuell oder durch eine technische Lösung automatisiert durchgeführt werden kann.Therefor Diamond powder is applied to the grinding wheel during machining abandoned, this process being manual or by a technical solution can be carried out automatically.
Dieses Verfahren nutzt die gebundene Diamantscheibe als Träger für das lose Korn des Diamantpulvers. Es wird hierbei explizit nicht mit einem Diamantkorn in Emulsion gearbeitet. Das lose Diamantkorn führt dazu, daß einerseits die Schleifscheibe ständig abgerichtet wird und somit nicht stumpf wird, andererseits das lose Diamantkorn zusätzlich mit schneidet und den Schleifvorgang beschleunigt. Der Abtrag wird hierbei in etwa zu 80% durch loses Diamantkorn und zu 20% durch das in der Schleifscheibe gebundene Diamantkorn erreicht.This method uses the bonded diamond wheel as a carrier for the loose grain of the diamond powder. It is explicitly not worked here with a diamond grain in emulsion. The loose diamond grain causes on the one hand the grinding wheel is constantly trained and thus does not dull, on the other hand, the loose diamond grain additionally cuts and accelerates the grinding process. The removal is achieved in about 80% by loose diamond grain and 20% by the bonded diamond grain in the grinding wheel.
Bei Ausbleiben der Diamantpulverzugabe wird das die Effizienz anzeigende Schleifgeräusch nach ca. 5 Minuten deutlich leiser, da durch das Werkstück, beispielsweise den polykristallinen Diamanten, das Schleifkorn abgestumpft wird und somit kein signifikanter Abtrag mehr erfolgen kann. Somit ist eine kontinuierliche oder regelmäßig zyklische Zugabe des losen Diamantpulvers erforderlich, um einen gleichbleibend hohen Wirkungsgrad zu erreichen.at Lack of diamond powder addition will indicate the efficiency Grinding sound after about 5 minutes much quieter, because through the workpiece, for example the polycrystalline Diamonds, the abrasive grain is dulled and therefore not significant Removal can be done more. Thus, a continuous or regular cyclic addition of loose diamond powder required to make a to achieve consistently high efficiency.
Ein weiterer wesentlicher technischer Aspekt ist die Erhöhung der Standarddrehzahl von 60 min–1 Umdrehungen auf einen Wert von zumindest 120 min–1 angehoben wird. Diese Erhöhung der Drehzahl bewirkt eine deutliche Verbesserung der Schleifgeschwindigkeit, wobei diese nicht beliebig durch eine Erhöhung der Drehzahl steigerbar ist. Vielmehr bewegt sich die ideale Drehzahl im Bereich von ca. 180 min–1 bis ca. 250 min–1.Another significant technical aspect is raising the standard speed from 60 min -1 revs to a value of at least 120 min -1 . This increase in speed causes a significant improvement in the grinding speed, which can not be increased by increasing the speed. Rather, the ideal speed is in the range of about 180 min -1 to about 250 min -1 .
Die grundsätzliche Drehzahlerhöhung führt zu einer Verdopplung des Abtrages. Als Zuschlag sollte hierbei nur rei nes Wasser verwendet werden, da sonst die Griffigkeit der Schleifscheibe verloren geht und die Poren mit Schmiermittel getränkt sind.The basic speed increase leads to a doubling of the deduction. As a supplement, this should only pure water, otherwise the grip of the grinding wheel gets lost and your pores are soaked in lubricant are.
Es ist grundsätzlich zu berücksichtigen, daß neben den beispielhaft genannten Schleifscheiben, bzw. der genannten Körnung, andere Varianten auch möglich sein können, um vorteilhafte Abtragswerte zu erreichen, die auf der Lehre der Erfindung basieren.It is to be considered in principle that beside the exemplified grinding wheels, or said grain, other variants may also be possible to achieve advantageous Abtragswerte, based on the teachings of the invention based.
Die Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens weist als Merkmale zum einen eine Diamant-Schleifscheibe auf, die mit bis zu 250 min–1 Umdrehungen rotiert, um so die Beschleunigung des Abtrags zu erreichen. Desweiteren weist die Vorrichtung einen Werkstückhalter zur Aufnahme mehrerer zu bearbeitender Werkstücke auf sowie eine Zufuhrvorrichtung zur Aufgabe des Diamantpulvers, da dieses ja über den gesamten Schleifprozeß zugegeben werden muß.The device for the application of the method has as features on the one hand a diamond grinding wheel, which rotates with up to 250 min -1 revolutions so as to achieve the acceleration of the removal. Furthermore, the device has a workpiece holder for receiving a plurality of workpieces to be machined and a feeding device for the task of diamond powder, since this must indeed be added over the entire grinding process.
Eine vorteilhafte Bauform sieht hierbei eine Zufuhrvorrichtung für das Diamantpulver vor, die zyklisch arbeitet in einer Taktung von einer Aufgabe alle 3 Minuten. Die zyklische Aufgabe hat sich hierbei als vorteilhaft gegenüber einem stetig kontinuierlichen Zugabestrom herausgestellt.A advantageous design provides a supply device for The diamond powder that works cyclically in a cycle of a task every 3 minutes. The cyclical task has become this as advantageous over a continuously continuous addition stream exposed.
Eine Diamant-Schleifscheibe mit einer Diamantkörnung von D301 hat sich ebenfalls als zweckmäßig ergeben, da diese Körnung ein gutes Zusammenwirken mit dem losen Korn des Diamantpulvers gezeigt hat.A Diamond grinding wheel with a diamond grit of D301 has also proved to be useful since This grain is a good interaction with the loose grain of the diamond powder has shown.
Desweiteren ist von Vorteil, einer Zufuhrvorrichtung zur automatisierten Zufuhr von Wasser auf die Diamant-Schleifscheibe vorzusehen. Die Zugabe des Wassers bewirkt eine Mobilisierung und Aktivierung des losen Korns des Diamantpulvers unter gleichzeitiger Vermeidung des Zusetzens der Poren in der Schleifscheibe. So kann eine unerwünschte Sättigung der Schleifscheibe vermieden werden.Furthermore is an advantage, a supply device for automated feed of water to the diamond grinding wheel. The addition of the Water causes a mobilization and activation of the loose grain of diamond powder while avoiding clogging the pores in the grinding wheel. So can an unwanted saturation the grinding wheel can be avoided.
Schließlich ist es zweckmäßig, einen definierten Andruck der Werkstücke auf die Schleifscheibe durch eine hydraulische oder pneumatische Andruck-Vorrichtung über den Werkstückhalter aufzubringen. So kann der Andruck exakt eingestellt werden, um eine optimale Abtragseffizienz in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Werkstücks sowie der weiteres Schleifparameter zu erreichen.After all It is appropriate to a defined pressure of Workpieces on the grinding wheel by a hydraulic or pneumatic pressure device over the workpiece holder applied. So the pressure can be adjusted exactly to a optimal removal efficiency depending on the material to be processed Workpiece and the other grinding parameters to achieve.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: DUNGEN, JUERGEN VON, 68642 BUERSTADT, DE Inventor name: HOEPP, HARDY, 55457 HORRWEILER, DE |
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| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R409 | Internal rectification of the legal status completed | ||
| R409 | Internal rectification of the legal status completed | ||
| R409 | Internal rectification of the legal status completed | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |