DE102016200943B3

DE102016200943B3 - Method for producing tools for machining with a geometrically undefined cutting edge

Info

Publication number: DE102016200943B3
Application number: DE102016200943.5A
Authority: DE
Inventors: Klaus Fleckenstein; Holger Gehrung; Elmar Hampp
Original assignee: Diato GmbH
Current assignee: Diato GmbH
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2036-01-23
Also published as: EP3195978B1; EP3195978A2; EP3195978A3

Abstract

Es wird ein Verfahren vorgeschlagen mit dessen Hilfe es möglich ist, Werkzeuge zur spanenden Bearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide so zu behandeln, dass die Bindung des Werkzeugs lokal in ihrem Gefüge verändert wird, so dass im Bereich der dabei entstehenden Randzone eine Versprödung auftritt und diese Randzone unmittelbar nach dem Kontakt des Werkzeugs mit der zu bearbeitenden Oberfläche verschleißt und die darunterliegende Arbeitsfläche freigibt.A method is proposed by means of which it is possible to treat tools for machining with a geometrically indeterminate cutting edge in such a way that the bond of the tool is changed locally in its microstructure, so that embrittlement occurs in the region of the resulting edge zone and this edge zone wears immediately after contact of the tool with the surface to be machined and releases the underlying work surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und nach diesem Verfahren hergestellte Werkzeuge nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 10, die beispielsweise zum Honen oder Finishen eingesetzt werden können. Die Erfindung ist aber nicht auf Honleisten und Finish-Steine beschränkt, sondern kann beispielsweise auch zum Herstellen von Schleifwerkzeugen oder anderen Werkzeugen eingesetzt werden. Nachfolgend wird die Erfindung exemplarisch am Beispiel von Honleisten erläutert. Schutz wird auch für andere Werkzeuge beansprucht.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and tools produced by this method according to the preamble of the independent claim 10, which can be used for honing or finishing, for example. The invention is not limited to honing stones and finish stones, but can for example also be used for the production of grinding tools or other tools. The invention will be explained below by way of example using the example of honing stones. Protection is also claimed for other tools.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Honleisten-Rohlinge durch Sintern herzustellen. In der gesinterten und meist metallischen Bindung dieser Rohlinge sind Hartstoff-Körner, zum Beispiel aus Diamant, gebunden. Zur Fertigstellung der gesinterten Rohlinge wird die spätere Arbeitsfläche der Honleiste durch (Rund-)Schleifen in die gewünschte Form gebracht (Konditionierung) und anschließend durch Aufrauen geschärft.From the prior art it is known to produce honing stone blanks by sintering. In the sintered and usually metallic bond of these blanks hard-material grains, for example of diamond, bound. To finish the sintered blanks, the later working surface of the honing stone is brought into the desired shape by (round) grinding (conditioning) and then sharpened by roughening.

Beim Schleifen bzw. Konditionieren erhält die Honleiste die gewünschte Wölbung, welche dem Durchmesser der zu honenden Bohrung entspricht, und die notwendige Geradheit. Das Schärfen betrifft die Topographie der Arbeitsfläche. Dabei entstehen erhabene Schneidkörner und eine zurückgesetzte Bindungsmatrix. Das Merkmal der geschärften Arbeitsfläche sind die erhabenen Schneidkörner, welche aus der Bindungsmatrix herausragen. Entsprechendes gilt für das Konditionieren eines Schleifwerkzeugs.When sanding or conditioning the honing stone receives the desired curvature, which corresponds to the diameter of the hole to be honed, and the necessary straightness. Sharpening affects the topography of the work surface. This results in raised cutting grains and a recessed binding matrix. The feature of the sharpened work surface is the raised cutting grains which protrude from the bonding matrix. The same applies to the conditioning of a grinding tool.

Eine Alternative zu dieser Art der Konditionierung ist das selektive Abtragen der Bindung. Hier ist das elektrochemische Abtragverfahren zu nennen, bei dem die metallische Bindung durch Elektrolyse zurückgesetzt wird. Dadurch ragt das Schneidkorn über die Bindung heraus. Dieses Verfahren ist in der Literatur als ELID-Verfahren bekannt (Elektrolytisches in-Prozess Abrichten) und in der DE 100 42 613 A1 beschrieben.An alternative to this type of conditioning is the selective removal of the bond. Here is the electrochemical Abtragverfahren to call, in which the metallic bond is reset by electrolysis. As a result, the cutting grain protrudes beyond the bond. This method is known in the literature as ELID method (electrolytic in-process dressing) and in the DE 100 42 613 A1 described.

Die DE 10 2004 011 985 B4 offenbart einen Laserprozess mit selektiver Ablation, mit dem zunächst die Makroform durch Abtragen von Schneidkorn und Bindung hergestellt wird und dann das erhabene Schneidkorn durch weiteres Abtragen der Bindung entsteht.The DE 10 2004 011 985 B4 discloses a selective ablation laser process that first makes the macro-shape by abrading the cutting grain and bonding and then forming the raised cutting grain by further ablation of the bond.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Konditionieren und Schärfen der Arbeitsfläche sind sehr aufwendig, da sie zahlreiche Prozessschritte umfassen, die nacheinander auf verschiedenen Vorrichtungen und Maschinen ausgeführt werden.The methods known from the prior art for conditioning and sharpening the work surface are very expensive, since they involve numerous process steps, which are carried out successively on different devices and machines.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Formgebung der späteren Arbeitsfläche eines Werkzeugs, insbesondere einer Honleiste oder eines Schleifwerkzeugs, und zur Konditionierung der Arbeitsfläche bereitzustellen, das einfach ausführbar ist und wenig Zeit benötigt. Außerdem sollen nur wenige Vorrichtungen und Maschinen zur Durchführung des Verfahrens benötigt werden. Darüber hinaus soll ein Werkzeug mit weiter verbesserten Eigenschaften bereitgestellt werden.The invention has for its object to provide a method for shaping the later work surface of a tool, in particular a honing stone or a grinding tool, and for conditioning of the work surface, which is easy to carry out and requires little time. In addition, only a few devices and machines are required to carry out the method. In addition, a tool with further improved properties is to be provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Werkzeug nach Anspruch 10.This object is achieved according to the invention by the method according to claim 1 and a tool according to claim 10.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, den in der Regel gesinterten Rohling in einem Arbeitsgang so zu bearbeiten, dass die Arbeitsfläche geformt wird und ein nachgelagertes Schärfen der Arbeitsfläche nicht erforderlich ist. Vielmehr kann der Rohling ohne weitere Bearbeitung eingesetzt werden. Die Randzone, deren Gefüge erfindungsgemäß verändert wurde, verschleißt sehr rasch, sobald sie in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück gelangt und setzt dadurch die eigentliche Arbeitsfläche des Werkzeugs frei. Unter Randzone ist der Materialbereich zu verstehen, welcher sich unmittelbar unterhalb der Oberfläche befindet. Die Tiefe der Randzone ist ein wichtiger Bearbeitungsparameter des erfindungsgemäßen Verfahrens und wird zur Formgebung der Arbeitsfläche gezielt gesteuert.The method according to the invention makes it possible to machine the usually sintered blank in one operation in such a way that the working surface is shaped and a downstream sharpening of the working surface is not required. Rather, the blank can be used without further processing. The edge zone, the structure of which has been changed according to the invention, wears out very quickly as soon as it comes into contact with the workpiece to be machined, thereby exposing the actual working surface of the tool. By edge zone is meant the material region which is located immediately below the surface. The depth of the edge zone is an important processing parameter of the method according to the invention and is specifically controlled to shape the working surface.

Es geht also nicht wie bei der herkömmlichen Bearbeitung von Rohlingen darum, nach der Konditionierung der Arbeitsfläche das einzelne Schneidkorn frei zu stellen, indem die Bindung durch eine Laserbearbeitung zurückgesetzt wird.It is therefore not, as is the case with the conventional processing of blanks, after the conditioning of the work surface, to release the individual cutting grain by resetting the bond by laser processing.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird im Bereich der Arbeitsfläche das Gefüge vor allem der Bindung so behandelt, dass ein Randzonengefüge entsteht, welches sehr schnell verschleißt und nach einer sehr kurzer Eingriffs-Zeit zwischen Werkzeug und Werkstück abgetragen wird, so dass die darunter liegende Arbeitsfläche freigelegt wird und die Bearbeitung des Werkstücks beginnt.By means of the method according to the invention, in the region of the working surface, the structure, above all the bond, is treated in such a way that a marginal zone structure is produced which wears out very quickly and is removed between the tool and the workpiece after a very short intervention time, so that the working surface underneath is uncovered and the machining of the workpiece begins.

Bei erfindungsgemäß bearbeiteten Honleisten wird das Randzonengefüge bereits durch wenige Doppelhübe der Honspindel abgetragen. In der Regel werden 10–20 Doppelhübe dafür benötigt.In accordance with the invention worked honing stones the Randzonenstruktur is already removed by a few double strokes of the honing spindle. As a rule, 10-20 double strokes are needed for this.

Anders ausgedrückt: Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Bindung im Bereich einer Randzone der Arbeitsfläche gezielt verändert und in ihrer Festigkeit geschwächt wird, so dass diese Randzone besonders schnell verschleißt. In der Randzone befindet sich sowohl Bindungswerkstoff als auch Schneidkorn. Es ist in der Regel ausreichend, wenn der Bindungswerkstoff der Randzone verändert und versprödet wird.In other words, the object underlying the invention is achieved in that the bond in the region of an edge zone of the working surface is selectively changed and weakened in its strength, so that this edge zone wears out very quickly. In the edge zone is both bonding material and cutting grain. It is usually sufficient if the bonding material of the edge zone is changed and embrittled.

Die erfindungsgemäße Gefügeveränderung in einer Randzone kann prinzipiell auf verschiedenste Arten und Weisen vorgenommen werden. Wichtig ist, dass vor allem das Gefüge der Bindung im Bereich der Randzone so verändert wird, dass die Konglomerate der Bindung nur noch sehr wenig miteinander verbunden sind, so dass beim Einsatz des erfindungsgemäßen Werkzeugs nach dem Kontakt der Randzone mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks diese Randzone gewissermaßen ”zerfällt” und dadurch die Arbeitsfläche, welche sich am Übergang zwischen der Randzone und der nicht in ihrem Gefüge veränderten Bindung befindet, freigelegt wird.The microstructure change according to the invention in an edge zone can in principle be carried out in various ways and ways. It is important that above all the structure of the bond in the region of the edge zone is changed so that the conglomerates of the bond are only very little connected to each other, so that when using the tool according to the invention after contact of the edge zone with the surface to be machined of the workpiece this edge zone, so to speak, "disintegrates" and thereby the work surface, which is located at the transition between the edge zone and the non-structural changed bond is exposed.

Erfindungsgemäß kann die Gefügeveränderung lokal unterschiedlich vorgenommen werden. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Eindringtiefe beziehungsweise die Dicke der Randzone lokal unterschiedlich ist. Dadurch lassen sich weitestgehend frei geformte Arbeitsflächen des erfindungsgemäßen Werkzeugs herstellen. Wenn man beispielsweise von einer ebenen Oberfläche des Rohlings eines Werkzeugs ausgeht, dann ist es möglich, eine ebene Arbeitsfläche zu schaffen, indem die die Tiefe T der Gefügeveränderung bzw. der Randzone über die gesamte Oberfläche konstant gehalten wird.According to the invention, the structural change can be made locally differently. This means, for example, that the penetration depth or the thickness of the edge zone is locally different. As a result, largely free-form work surfaces of the tool according to the invention can be produced. For example, starting from a flat surface of the blank of a tool, it is possible to create a flat work surface by keeping the depth T of the texture change or the edge zone constant over the entire surface.

Wenn man eine konkav oder konvex gekrümmte Arbeitsfläche herstellen will, dann wird die Eindringtiefe bezogen auf die Oberfläche des Rohlings lokal variiert, so dass sich die gewünschte Geometrie der Arbeitsfläche einstellt (siehe 3).If you want to create a concave or convex curved work surface, then the penetration depth is locally varied based on the surface of the blank, so that the desired geometry of the working surface is adjusted (see 3 ).

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Gefügeveränderung eine lokale Versprödung der Randzone bewirkt. Die Gefügeveränderung kann auch durch die Bildung von Konglomeraten in der Matrix und die Bildung von Rissen zwischen den Konglomeraten erfolgen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that the structural change causes a local embrittlement of the edge zone. The structural change may also be due to the formation of conglomerates in the matrix and the formation of cracks between the conglomerates.

Eine solche Gefügeveränderung durch Versprödung und/oder die Bildung von Konglomeraten und Rissen zwischen den Konglomeraten kann sehr einfach und prozesssicher durch eine thermische Behandlung erfolgen. Es gibt hierzu eine Vielzahl möglicher Verfahren. Beispielsweise kann die Gefügeveränderung durch einen Laserstrahl, einen Elektrodenstrahl oder durch Induktion erfolgen, wenn die Bindung oder die Körner des Rohlings induktiv erwärmt werden können. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Gefügeveränderung durch andere Wärmequellen zu bewirken.Such structural change by embrittlement and / or the formation of conglomerates and cracks between the conglomerates can be done very easily and reliably by a thermal treatment. There are a variety of possible procedures. For example, the microstructural change can be effected by a laser beam, an electron beam or by induction, if the bond or the grains of the blank can be heated inductively. Of course, it is also possible to effect the structural change by other heat sources.

Es ist ebenso möglich, die Gefügeveränderung durch eine chemische Behandlung der Randzone vorzunehmen. Beispielsweise kann, wenn die Matrix des Rohlings Kupfer enthält, die Bindung der Kupferatome in der Matrix durch die Behandlung mit Wasserstoff gelöst oder zumindest so weit gelockert werden, dass die Matrix im Bereich der Randzone versprödet.It is also possible to make the structural change by a chemical treatment of the edge zone. For example, if the matrix of the blank contains copper, the binding of the copper atoms in the matrix can be achieved by treatment with hydrogen or at least loosened so that the matrix embrittles in the region of the edge zone.

Ebenso ist es möglich, die Gefügeänderung im Bereich der Randzone durch eine mechanische Behandlung vorzunehmen.It is likewise possible to carry out the structural change in the region of the edge zone by means of a mechanical treatment.

Die Erfindung betrifft weiter ein Werkzeug zum Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide, wobei das Werkzeug eine Matrix aufweist, in der Schneidkörner gebunden sind und wobei das Werkzeug nach einem der vorhergehenden Verfahren hergestellt ist.The invention further relates to a tool for machining with a geometrically undefined cutting edge, the tool having a matrix in which cutting grains are bonded and wherein the tool is produced according to one of the preceding methods.

Insbesondere kann das erfindungsgemäße Werkzeug eine Honleiste, ein Finish-Stein oder ein Schleifwerkzeug sein.In particular, the tool according to the invention may be a honing stone, a finishing stone or a grinding tool.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erfindungsgemäße Werkzeug an den Kunden ausgeliefert wird in dem Zustand nach der Gefügeveränderung, ohne dass die in ihrem Gefüge veränderte Randzone abgetragen wurde. Dann stellt die Randzone gewissermaßen einen Schutz der Arbeitsfläche vor mechanischen Beschädigungen oder Verschmutzung dar.It is particularly advantageous if the tool according to the invention is delivered to the customer in the state after the microstructure change, without the edge zone modified in terms of its structure having been removed. Then, the edge zone provides a kind of protection of the work surface from mechanical damage or contamination.

Das erfindungsgemäße Werkzeug wird vom Nutzer mit der Randzone in Betrieb genommen und schärft sich in kürzester Zeit selbst, weil die in ihrem Gefüge veränderte Randzone nach wenigen Sekunden unmittelbar nachdem sie Kontakt mit der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche hat, verschleißt und damit die eigentliche Arbeitsfläche freigesetzt wird.The tool according to the invention is put into operation by the user with the edge zone and sharpens itself in a very short time because the edge zone changed in its structure wears out after a few seconds immediately after having contact with the workpiece surface to be machined and thus the actual working surface is released.

Die Intensität der Gefügeveränderung kann im Fall eines Laserstrahls dadurch sehr gut gesteuert werden, dass die Leistung des Laserstrahls gesteuert wird. Ein weiterer Parameter ist die Fokussierung beziehungsweise die Lage des Brennpunkts des Laserstrahls relativ zu der Oberfläche des Rohlings. Wenn der Fokus des Laserstrahles etwa in der Oberfläche des Rohlings liegt, ist dort die Leistungsdichte am höchsten und entsprechend treten hohe Temperaturen und lokal sehr hohe Temperaturgradienten auf, die die gewünschte Gefügeveränderung und/oder Bildung von Konglomeraten bewirken.In the case of a laser beam, the intensity of the texture change can be controlled very well by controlling the power of the laser beam. Another parameter is the focusing or the position of the focal point of the laser beam relative to the surface of the blank. If the focus of the laser beam lies approximately in the surface of the blank, the power density is highest there and correspondingly high temperatures and locally very high temperature gradients occur, which bring about the desired microstructural change and / or formation of conglomerates.

Aus Gründen der Produktivität wird man bei einem solchen sehr fokussierten Laserstrahl, der auf verschiedenen Bahnen, die sich nicht berühren, über die Oberfläche des Rohlings führen. Die verbleibenden ”unbehandelten” schmalen Bereiche in der Oberfläche des Rohlings zwischen diesen Bahnen sind so schwach, dass sie ebenfalls sehr rasch verschleißen, wenn der erfindungsgemäße Schleifkörper beziehungsweise das erfindungsgemäße Werkzeug in Eingriff mit der zu bearbeitenden Oberfläche gebracht wird.For productivity reasons, such a highly focused laser beam will travel across the surface of the blank on various non-contacting webs. The remaining "untreated" narrow areas in the surface of the blank between these webs are so weak that they also wear out very quickly when the abrasive article according to the invention or the tool according to the invention is brought into engagement with the surface to be machined.

Alternativ ist es auch möglich, dass der Fokus des Laserstrahls nicht direkt auf der Oberfläche oder in der zu bearbeitenden Randzone des Werkzeugs liegt, sondern etwas außerhalb des Rohlings liegt, so dass der Laserstrahl dort wo er auf die Oberfläche des Rohlings auftrifft, einen größeren Durchmesser und damit eine größere Breite und geringere Intensität hat. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, die gesamte Oberfläche des Rohlings in den gewünschten Bereichen lückenlos zu behandeln, so dass eine sehr gleichmäßige Gefügeveränderung auftritt.Alternatively, it is also possible that the focus of the laser beam is not directly on the surface or in the edge zone of the tool to be machined, but is slightly outside the blank, so that the laser beam where it impinges on the surface of the blank, a larger diameter and thus has a greater breadth and lower intensity. In this embodiment of the method, it is possible to treat the entire surface of the blank in the desired areas without gaps, so that a very uniform structural change occurs.

Die Versprödung wird beispielhaft erreicht durch die Behandlung der Oberfläche mit einem Laserstrahl. Es wird jedoch keine selektive Ablation praktiziert, sondern ein lokales Aufschmelzen und Wiedererstarren, bei dem eine Oxidation der Metallmatrix in der Atmosphäre unter Aufnahme von z. B. Stickstoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff stattfindet. Dies führt zu einer Versprödung der Randzone. Weiterhin wird die Versprödung gefördert durch den steilen Abkühlungsgradienten, so dass thermische Spannungen im Gefüge entstehen und dadurch Mikrorissausbildungen entstehen, welche zur Bildung von Konglomeraten führen. Die Tiefe, bis zu der der Laserstrahl in der Randzone wirkt, ist ein Parameter des Prozesses. Die Ebene, bis zu der die Randzonenveränderung stattfindet, kann auch gewölbt verlaufen, als konvexe Oberfläche für eine Honleiste für die Bohrungsbearbeitung oder als konkave Oberfläche für eine Finish-Honleiste für Außenbearbeitung von Wellen. Auch kann die Ebene eben verlaufen, welches für die Planbearbeitung notwendig ist.The embrittlement is exemplified by the treatment of the surface with a laser beam. However, no selective ablation is practiced, but a local melting and re-solidification in which oxidation of the metal matrix in the atmosphere takes place, eg, by absorption of e.g. As nitrogen, carbon or oxygen takes place. This leads to embrittlement of the edge zone. Furthermore, the embrittlement is promoted by the steep cooling gradient, so that thermal stresses occur in the structure and thereby microcracks form, resulting in the formation of conglomerates. The depth to which the laser beam acts in the peripheral zone is a parameter of the process. The plane up to which the edge zone change takes place can also be curved, as a convex surface for a honing stone for the bore machining or as a concave surface for a finish honing stone for external machining of waves. Also, the plane can run, which is necessary for the plan processing.

Der Laserstrahl kann an der Arbeitsfläche längliche Riefen oder punktförmige Vertiefungen mit seitlichen Grataufwürfen erzeugen. Diese Riefen oder Vertiefungen können mit einem Laserstrahl erzeugt werden, dessen Fokus F sich in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Rohlings befindet.The laser beam can produce elongated grooves or punctiform depressions with lateral burrs on the work surface. These grooves or depressions can be generated with a laser beam whose focus F is in the immediate vicinity of the surface of the blank.

Die Riefen oder punktförmigen Vertiefungen können in beliebiger Anordnung auf der Oberfläche des Rohlings eingebracht werden. Sie können auch in unterschiedlicher Dichte angeordnet werden, so dass lokal ein unterschiedlicher Grad an Versprödung entsteht. Diese Grate oder Grataufwürfe entlang den Riefen sind ebenfalls versprödet und üben ebenfalls eine abrasive Funktion auf die benachbarte Bindungsfläche aus.The grooves or punctiform depressions can be introduced in any desired arrangement on the surface of the blank. They can also be arranged in different densities, so that locally a different degree of embrittlement arises. These burrs along the scratches are also brittle and also exert an abrasive function on the adjacent bonding surface.

Alternativ kann die erfindungsgemäße Gefügeveränderung auch mit einem defokussierten Laserstrahl erzeugt werden können, dessen Fokus F einen gewissen Abstand zu der Oberfläche des Rohlings hat.Alternatively, the structural change according to the invention can also be produced with a defocused laser beam whose focus F has a certain distance from the surface of the blank.

Dann wird bei ausreichender Strahlintensität die Oberfläche des Rohlings flächig und ohne Lücken vom Laserstrahl erfasst, so dass keine Riefen oder Vertiefungen entstehen, sondern eine vollflächige Gefügeumwandlung stattfindet, was in der Regel die Bildung von grobkörnigen Konglomeraten bzw. eine Versprödung bewirkt.Then, with sufficient beam intensity, the surface of the blank surface and without gaps detected by the laser beam, so that no grooves or depressions occur, but a full-surface microstructure transformation takes place, which usually causes the formation of coarse-grained conglomerates or embrittlement.

Nachdem eine derartig aufbereitete Arbeitsfläche einer Honleiste in das Honwerkzeug eingebaut wurde, erfolgt der erste Kontakt der Honleistenfläche mit der Bohrungswandung. Unter Einfluss der Kinematik und wegen des Anpressdrucks der Honleiste wird die Randzonenstruktur, welche durch den vorhergehenden erfindungsgemäßen Prozess, insbesondere die thermische Behandlung der Randzone durch einen Laser, einen Elektronenstrahl oder auf andere Weise, grobkörnig und niedrig kohäsiv beschaffen ist, durch Gleitverschleiß schnell abgetragen.After such a processed working surface of a honing stone was installed in the honing tool, the first contact of the honing stone surface is carried out with the bore wall. Under the influence of the kinematics and because of the contact pressure of the honing stone, the edge zone structure, which is obtained by the preceding process according to the invention, in particular the thermal treatment of the edge zone by a laser, an electron beam or in another way, coarse-grained and low-cohesive, is quickly removed by sliding wear.

Bereits nach wenigen Doppelhüben ist die Randzone abgetragen, so dass die Ebene freiliegt, ab der die gesinterte und unveränderte Bindungsstruktur vorliegt. Diese Ebene ist die Arbeitsfläche der Honleiste bzw. des Schneidwerkzeugs.After only a few double strokes, the edge zone is removed, so that the plane is exposed, from which the sintered and unchanged bonding structure is present. This plane is the working surface of the honing stone or the cutting tool.

Da jedoch Schneidkörner teilweise in die versprödete Randzone hineinragten, aber überwiegend in der Feinstruktur der gesinterten Bindung verankert sind, stehen diese Schneidkörner nach dem Abtrag der Randzone über die Oberfläche der Bindung hinaus und stehen für den Abtragprozess sofort zur Verfügung. Diese Oberfläche ist die Arbeitsfläche der Honleiste. Zusätzlich entsteht eine Läppwirkung, da die Grate an der Laserspur ebenfalls abrasiv wirken; so wie ein freies Läppkorn, welches sich zwischen Bindung und Bohrungswand herausbewegt.However, since cutting grains partially protrude into the embrittled edge zone, but are predominantly anchored in the fine structure of the sintered bond, these cutting grains are beyond the surface of the bond after removal of the edge zone and are immediately available for the removal process. This surface is the working surface of the honing stone. In addition, a lapping effect, since the burrs on the laser track also have an abrasive effect; as a free Läppkorn, which moves out between bond and bore wall.

Es bleibt zu erwähnen, dass der Laserprozess angewendet werden kann unabhängig von der topografischen Beschaffenheit der Honleistenfläche. Die Laserbehandlung kann unmittelbar nach dem Sintern erfolgen, es kann jedoch auch eine bereits geschliffene Arbeitsfläche vorliegen, die deshalb geschliffen wurde, um als Auflagefläche zu dienen für die Bearbeitung anderer Geometrien der Honleiste, welche in ihrer Lage von der Arbeitsfläche abhängig sind. Für den erfindungsgemäßen Prozess ist die Beschaffenheit der Oberfläche nicht maßgebend.It should be noted that the laser process can be applied regardless of the topographical nature of the honing stone surface. The laser treatment can be done immediately after sintering, but it may also be an already ground work surface, which was therefore ground to serve as a support surface for the treatment of other geometries of the honing stone, which are dependent on the position of the work surface. The nature of the surface is not decisive for the process according to the invention.

Das vorgeschlagene Verfahren verkürzt den Herstellungsprozess der Werkzeuge, wie z. B. Honleisten, Finish-Steine oder Schleif-Werkzeuge, vom Herstellen des Rohlings, z. B. durch Sintern bis zur einsatzfähigen Honleistenoberfläche ganz erheblich. Damit sind erhebliche Kosteneinsparungen verbunden. Bearbeitungs- und Durchlaufzeiten von mehreren Stunden werden reduziert auf einige Minuten. Das Rundschleifen und anschließende Aufrauen mit losem Korn kann vollständig entfallen.The proposed method shortens the manufacturing process of the tools, such. As honing stones, finishing stones or grinding tools, from the production of the blank, z. B. by sintering to the operational honing stone surface quite considerably. This involves significant cost savings. Processing and processing times of several hours are reduced to a few minutes. The cylindrical grinding and subsequent roughening with loose grain can be completely eliminated.

Weiter Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung und deren Beschreibung entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following drawings and their description can be removed.

Zeichnung:Drawing:

1: ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteter Rohling im Längsschnitt, 1 : a blank processed by the method according to the invention in longitudinal section,

2: der Rohling gemäß 1 mit freigelegter Arbeitsfläche, 2 : the blank according to 1 with exposed work surface,

3: Schnittdarstellungen von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteten Rohlingen, 3 : Sectional views of blanks processed by the method according to the invention,

4: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gefügeumwandlung durch einen defokussierten Laserstrahl; 4 : a schematic representation of the structural transformation according to the invention by a defocused laser beam;

4: eine partiell bearbeitete Oberfläche eines Rohlings 4 : a partially machined surface of a blank

5: eine Ansicht von oben auf eine Oberfläche eines Rohlings; 5 a top view of a surface of a blank;

6: eine partiell bearbeitete Oberfläche eines Rohlings und 6 : a partially machined surface of a blank and

7: die freigelegte Arbeitsfläche eines erfindungsgemäßen Werkzeugs. 7 : the exposed working surface of a tool according to the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In der 1 wird als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Werkzeug eine Honleiste 20 im Längsschnitt nach der erfindungsgemäßen Versprödung einer Randzone 3 dargestellt.In the 1 is a honing stone as an example of a tool according to the invention 20 in longitudinal section after the embrittlement of a marginal zone according to the invention 3 shown.

Die Honleiste 20 umfasst einen Fuß 1 (der auch als Tragleiste bezeichnet wird). Der Fuß 1 besteht meistens aus Stahl. Auf dem Fuß 1 wird Material in der Regel durch Sintern aufgebracht. Es werden auch Honleisten ohne Stahlfuß hergestellt. Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dies jedoch ohne Bedeutung.The honing stone 20 includes a foot 1 (which is also referred to as a support bar). The foot 1 consists mostly of steel. On the foot 1 Material is usually applied by sintering. There are also honing stones without steel foot made. For the application of the method according to the invention, however, this is irrelevant.

Das Material ist ein Sintergefüge 2 und besteht aus einer Bindung oder Bindungsmatrix 4 und Schneidmittel 5, welches in die Bindung 4 eingebettet ist. Nach dem Sintern erstreckt sich das Sintergefüge 2 vom Fuß 1 bis zu einer Oberfläche 15 eines gesinterten Rohlings. Dieser Zustand ist nicht dargestellt in 1.The material is a sintered structure 2 and consists of a bond or binding matrix 4 and cutting means 5 which is in the binding 4 is embedded. After sintering, the sintered structure extends 2 from the foot 1 up to a surface 15 a sintered blank. This condition is not shown in 1 ,

Erfindungsgemäß wird im Bereich einer Randzone 3 das Gefüge des Rohlings gezielt verändert. Die Gefügeveränderung kann in der Bildung von relativ grobkörnigen Konglomeraten bestehen, die untereinander nur schwach verbunden sind, so dass die Matrix im Bereich der Randzone 3 versprödet.According to the invention, in the region of an edge zone 3 The structure of the blank changed specifically. The structural change may consist in the formation of relatively coarse-grained conglomerates, which are only weakly interconnected, so that the matrix in the region of the edge zone 3 brittle.

Die Versprödung kann thermisch oder auf andere Weise, z. B. chemisch oder mechanisch, erfolgen. Die thermische Versprödung kann zum Beispiel durch einen Laserstrahl, einen Elektronenstrahl oder durch Induktion erfolgen. Wichtig ist in jedem Fall, dass die gewünschte Gefügeveränderung und/oder Versprödung stattfindet; meist bildet sich durch die erfindungsgemäße Behandlung der Randzone 3 dort ein gröberes Gefüge, das im Zusammenhang mit der Erfindung auch als Konglomerat bezeichnet wird.The embrittlement can thermally or otherwise, for. As chemical or mechanical, done. The thermal embrittlement can be done for example by a laser beam, an electron beam or by induction. It is important in any case that the desired structural change and / or embrittlement takes place; usually forms by the treatment according to the invention of the edge zone 3 there a coarser structure, which is referred to in the context of the invention as a conglomerate.

Die spätere Arbeitsfläche 6 der Honleiste 20 liegt im Inneren des Rohlings an der Grenze zwischen der Randzone 3 und dem verbliebenen Sintergefüge 2, dessen Gefüge nicht verändert wurde.The later work surface 6 the honing stone 20 lies inside the blank at the border between the marginal zone 3 and the remaining sintered structure 2 whose structure has not been changed.

Die Lage und Form der Arbeitsfläche 6 wird durch eine Tiefe T der Randzone 3 bestimmt. Anders ausgedrückt: Durch die Steuerung der lokalen Eindringtiefe der erfindungsgemäßen Versprödung und/oder Gefügeumwandlung ausgehend von der Oberfläche 15 werden die Lage und die Form der Arbeitsfläche 6 gesteuert. Weil ein Laserstrahl und ein Elektronenstrahl das Sintergefüge 2 ”punktgenau” umwandeln, lassen sich auch gekrümmte Arbeitsflächen 6 (siehe die 3a und c) sehr präzise und reproduzierbar ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand herstellen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf diese Strahlquellen beschränkt.The location and shape of the work surface 6 is defined by a depth T of the edge zone 3 certainly. In other words, by controlling the local penetration depth of the embrittlement according to the invention and / or structural transformation starting from the surface 15 be the location and shape of the work surface 6 controlled. Because a laser beam and an electron beam are the sintered structure 2 "Precisely" convert, can also be curved work surfaces 6 (see the 3a and c) produce very precisely and reproducibly without significant additional effort. However, the method according to the invention is not limited to these beam sources.

Die Randzone 3 ist in der 1 nach der erfindungsgemäßen Gefügeumwandlung dargestellt. Sie stellt sich als grobkörnige, versprödete Struktur mit Konglomeraten 13 dar, in der jedoch auch Schneidmittel 5 eingelagert sind. Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet die Arbeitsfläche der Honleiste 20. In diesem Zustand ist die Bearbeitung der Honleiste 20 abgeschlossen. Die Randzone 3 muss nicht beim Hersteller der Honleiste 20 entfernt werden. Das kann vielmehr beim Anwender erfolgen, wenn die Honleiste 20 und mit ihr die Randzone 3 in Kontakt mit dem Werkstück gelangt. Dann verschleißt die Randzone 3 sehr schnell und legt die Arbeitsfläche 6 frei.The border zone 3 is in the 1 shown according to the microstructure conversion of the invention. It turns out to be a coarse-grained, embrittled structure with conglomerates 13 in which, however, also cutting means 5 are stored. The reference number 6 identifies the working surface of the honing stone 20 , In this state, the machining of the honing stone 20 completed. The border zone 3 does not have to be at the manufacturer of the honing stone 20 be removed. This can rather be done by the user when the honing stone 20 and with it the edge zone 3 comes in contact with the workpiece. Then the edge wears out 3 very fast and sets the work surface 6 free.

In der 2 ist die eingelaufene Honleiste 2 mit freigelegter Arbeitsfläche 6 dargestellt. Die Arbeitsfläche 6 weist erhabene Schneidkörner 8 auf. Diese erhabenen Schneidkörner 8 sind überwiegend im Sintergefüge verankert und ragen im Bereich der Arbeitsfläche 6 mit dem Teil über die Bindung 4 hinaus dem sie in die Randzone 3 Randzone hineinragten. Das erhabene Schneidkorn 8 ragt über die zurück gesetzte Bindungsmatrix heraus.In the 2 is the run in honing stone 2 with exposed work surface 6 shown. The work surface 6 has raised cutting grains 8th on. These raised cutting grains 8th are predominantly anchored in the sintered structure and protrude in the area of the work surface 6 with the part about the bond 4 out to the edge zone 3 border zone in rose. The raised cutting grain 8th sticks out over the set back binding matrix.

3 zeigt verschiedene Ausführungen von Laserbehandlungen. In der 3a) ist die Arbeitsfläche 6 der Honleiste konvex gekrümmt. Die Krümmung der Arbeitsfläche 6 entspricht dem Krümmungsradius der zu bearbeitenden (Zylinder-)Bohrung. 3 shows different versions of laser treatments. In the 3a) is the work surface 6 the honing stone curved convexly. The curvature of the work surface 6 corresponds to the radius of curvature of the (cylinder) bore to be machined.

In der 3b) ist die Arbeitsfläche 6 der Honleiste eben.In the 3b) is the work surface 6 the honing stone just.

In der 3c) ist die Arbeitsfläche 6 der Honleiste konkav gekrümmt. Die Krümmung der Arbeitsfläche 6 kann dem Radius der Kolbenstange eines Hydraulikzylinders entsprechen, der durch Langhubhonen bearbeitet werden soll.In the 3c) is the work surface 6 the honing stone curved concavely. The curvature of the work surface 6 may correspond to the radius of the piston rod of a hydraulic cylinder which is to be machined by long stroke honing.

In der 4 ist die Bearbeitung/Gefügeveränderung der Oberfläche 15 eines Rohlings mit Hilfe eines Laserstrahls sehr schematisch und stark vereinfacht dargestellt.In the 4 is the processing / structural change of the surface 15 a blank by means of a laser beam very schematically and greatly simplified.

Mit dem Bezugszeichen 19 ist eine Laserquelle bezeichnet. Die Laserquelle erzeugt einen Laserstrahl 21, der einen Brennpunkt F aufweist. In der 4 befindet sich der Brennpunkt F beabstandet zu der Oberfläche 15 des Rohlings 20. Dies bedeutet, dass der Laserstrahl 21 dort wo er auf der Oberfläche 15 des Rohlings 20 auftrifft, einen Durchmesser D aufweist, der größer ist als die Dicke des Laserstrahls 19 im Brennpunkt F.With the reference number 19 is a laser source called. The laser source generates a laser beam 21 having a focal point F. In the 4 the focus F is spaced from the surface 15 of the blank 20 , This means that the laser beam 21 where he is on the surface 15 of the blank 20 impinges, has a diameter D which is greater than the thickness of the laser beam 19 in focus F.

Durch die Lage des Brennpunkts F relativ zu der Oberfläche 15 des Rohlings 20 kann der Durchmesser D des Laserstrahls 21 an der Oberfläche 15 gesteuert werden. Gleichzeitig wird damit auch die Leistungsdichte [W/mm²] des Laserstrahls 19 auf der Oberfläche 15 gesteuert. Wenn also die Leistungsdichte erhöht werden soll, dann wird der Brennpunkt F näher an die Oberfläche oder direkt in die Oberfläche 15 des Rohlings gelegt.Due to the position of the focal point F relative to the surface 15 of the blank 20 can the diameter D of the laser beam 21 on the surface 15 to be controlled. At the same time, this also affects the power density [W / mm ² ] of the laser beam 19 on the surface 15 controlled. Thus, when the power density is to be increased, the focal point F becomes closer to the surface or directly into the surface 15 of the blank.

Wenn die Leistungsdichte verringert werden soll, wird der Abstand zwischen dem Brennpunkt F und der Oberfläche 15 des Rohlings vergrößert.When the power density is to be reduced, the distance between the focal point F and the surface becomes 15 of the blank enlarged.

Über die Leistungsdichte lässt sich die Tiefe T (siehe 3) der Gefügeveränderung steuern. Ein weiterer Parameter zur Steuerung der Tiefe T und damit der Dicke der Randzone 3 ist die Leistung des Laserstrahls 21.About the power density, the depth T (see 3 ) control the structural change. Another parameter for controlling the depth T and thus the thickness of the edge zone 3 is the power of the laser beam 21 ,

Ein Laserstrahl ist wegen seiner guten Steuerbarkeit besonders geeignet, um die erwünschte Gefügeveränderung im Bereich der Randzone 3 vorzunehmen. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf diese Energiequelle beschränkt.A laser beam is particularly suitable because of its good controllability, the desired structural change in the region of the edge zone 3 make. Of course, the invention is not limited to this source of energy.

Die konvexe Trennfläche zwischen Sintergefüge und versprödeter Randzone kann durch die Absorption des Laserstrahls und dessen Parametrisierung erzeugt werden.The convex interface between sintered structure and embrittled edge zone can be generated by the absorption of the laser beam and its parameterization.

In der 5 ist ebenfalls sehr schematisch eine Oberfläche 15 eines Rohlings von oben dargestellt. Mit den strichpunktierten Linien 17 ist der Weg des Laserstrahls 21 über dieser Oberfläche 15 dargestellt. Der Laserstrahl 21 wird auf parallelen Bahnen, die zueinander beabstandet sind, geführt. Wenn der Abstand S zwischen zwei benachbarten Bahnen 17 gleich oder kleiner dem Durchmesser D des Laserstrahls 21 ist, dort wo er auf der Oberfläche 15 auftrifft, dann wird die gesamte Oberfläche 15 mindestens einmal von dem Laserstrahl 21 erfasst und es findet auf der gesamten Oberfläche 15 die gewünschte Gefügeumwandlung statt.In the 5 is also very schematically a surface 15 a blank from above. With the dash-dotted lines 17 is the path of the laser beam 21 above this surface 15 shown. The laser beam 21 is guided on parallel tracks, which are spaced apart. If the distance S between two adjacent tracks 17 equal to or smaller than the diameter D of the laser beam 21 is where he is on the surface 15 hits, then the entire surface 15 at least once from the laser beam 21 recorded and it takes place on the entire surface 15 the desired structural transformation takes place.

Wenn der Durchmesser D des Laserstrahls kleiner ist als der Abstand S der Bahnen 17 entlang derer der Laserstrahl 21 über die Oberfläche 15 geführt wird, dann bleiben zwischen den Bahnen 17 schmale Streifen stehen, die der Laserstrahl 21 nicht erfasst hat. Je nachdem wie hoch die Leistungsdichte des Laserstrahls 21 ist und wie schnell der Laserstrahl entlang der Bahnen 17 geführt wurde, kann trotzdem in diesen nicht direkt vom Laserstrahl 21 erfassten Bereichen die gewünschte Gefügeveränderung stattfinden.When the diameter D of the laser beam is smaller than the distance S of the tracks 17 along which the laser beam 21 over the surface 15 is guided, then stay between the tracks 17 Narrow stripes stand, the laser beam 21 not recorded. Depending on how high the power density of the laser beam 21 is and how fast the laser beam along the tracks 17 anyway, can not in these directly from the laser beam 21 covered areas the desired structural change take place.

Es ist jedoch auch möglich, dass in diesem schmalen Streifen keine Gefügeveränderung stattfindet. Diese schmalen Streifen können, wenn die Randzone in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück gebracht wird, den auf sie wirkenden Kräften nicht widerstehen und brechen dann sehr schnell ab, so dass auch bei dieser Strahlführung der erfindungsgemäße Effekt eintritt, dass nämlich nach wenig beziehungsweise sehr kurzen Kontaktzeit zwischen der Randzone 3 und der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks die Randzone verschleißt und die eigentliche Arbeitsfläche freigelegt wird.However, it is also possible that no structural change takes place in this narrow strip. These narrow strips can, if the edge zone is brought into contact with the workpiece to be machined, not withstand the forces acting on them and then break off very quickly, so that even with this beam guide the effect according to the invention occurs, namely that little or very short Contact time between the edge zone 3 and wears the surface of the workpiece to be machined, the edge zone and the actual work surface is exposed.

Der Laserstrahl kann, wie erläutert, sowohl flächig als auch linien- oder punktförmig in bestimmten Mustern die Oberfläche erfassen und dort die Gefügeumwandlung herbeiführen.The laser beam can, as explained, both surface and line or punctiform in certain patterns capture the surface and cause the structural transformation there.

Die Versprödung der Randzone kann unterschiedliche Skalierungen aufweisen, von einer Versprödung in sehr geringer Tiefe bis zu einem Abtragen vom versprödeten Material. Die Laserbehandlung kann flächig erfolgen aber auch linienförmig in unterschiedlichen Abständen und energetischen Intensitäten.The embrittlement of the edge zone can have different scales, from embrittlement at a very shallow depth to a removal of the embrittled material. The laser treatment can be flat but also linear at different distances and energetic intensities.

6 zeigt eine REM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Arbeitsfläche einer Honleiste. Dabei wurde ein fokussierter Laserstrahl entlang einer Linie 17 über die Arbeitsfläche 6 geführt. Dadurch entstanden eine Riefe und Konglomerate 13. 6 shows a SEM image of a working surface according to the invention a honing stone. This was a focused laser beam along a line 17 over the work surface 6 guided. This created a ridge and conglomerates 13 ,

Die Riefe ist die unmittelbare Spur des Laserstrahls. Rechts davon sind die Gefügeveränderungen, bzw. die Konglomerate 13 sichtbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Konglomerate 13 ganz unterschiedliche Größen, zwischen denen Risse vorhanden sind, die eine deutliche Lockerung der Bindung untereinander bewirken und Teil der Gefügeuwmandlung sind.The ridge is the immediate track of the laser beam. To the right are the structural changes or the conglomerates 13 visible, noticeable. In this embodiment, the conglomerates 13 very different sizes, between which cracks are present, which cause a significant loosening of the bond with each other and are part of the structural transformation.

Die Grate 25 unmittelbar neben der Riefe an der Laserspur wirken ebenfalls abrasiv, so wie ein freies Läppkorn, welches sich zwischen Bindung und Bohrungswand herausbewegt. Diese Struktur ist die Voraussetzung für den zuvor beschriebenen Verschleißmechanismus.The burrs 25 also next to the groove on the laser track are also abrasive, such as a free lapping grain, which moves out between the bond and the bore wall. This structure is the prerequisite for the wear mechanism described above.

7 zeigt eine eingelaufene Honleiste nach Abtrag der versprödeten Randzone. Deutlich erkennbar sind die Laufspuren im Bereich der Matrix, welche durch die Verfahrenstypische Kinematik des Honens, nämlich der Überlagerung von Dreh- und Hubbewegungen entstanden sind. Die Schneidkristalle 8 ragen aus der Matrix heraus, befinden sich aber mit dem überwiegenden Teil ihres Volumens in der Matrix. Damit sind sie fest verankert und können Werkstoff abtragen. 7 shows a run in honing stone after removal of the embrittled edge zone. Clearly recognizable are the tracks in the area of the matrix, which are caused by the process-typical kinematics of honing, namely the superposition of rotary and lifting movements. The cutting crystals 8th protrude from the matrix, but are in the matrix with most of their volume. So they are firmly anchored and can remove material.

Claims

Method for producing tools for machining with a geometrically indefinite cutting edge, wherein the cutting grains ( 5 ) in a bond ( 4 ) and the tool ( 20 ) at least one work surface ( 6 ), characterized in that starting from a blank of the tool ( 20 ) Shape and / or position of the work surface ( 6 ) by a locally limited microstructural change of the bond ( 4 ) is determined.

A method according to claim 1, characterized in that the structural change with respect to intensity and / or penetration depth (T) is locally different.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the microstructural change is a local embrittlement of a peripheral zone ( 3 ) causes.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the structural change by the formation of conglomerates ( 13 ) in the bond ( 4 ) and / or the formation of cracks between the conglomerates ( 13 ) he follows.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the structural change takes place thermally.

A method according to claim 5, characterized in that the structural change by a laser beam ( 21 ), by an electron beam and / or by induction.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the structure change takes place chemically.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bond ( 4 ) Contains copper, and that the local structural change in the bond ( 4 ) is carried out by hydrogen.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the structure change takes place mechanically.

A tool for machining with a geometrically undefined cutting edge, comprising a bond ( 4 ) in the cutting grains ( 5 ), characterized in that it is produced by a process according to that according to claims 1 to 9.

Tool according to claim 10, characterized in that it has a honing stone ( 20 ), a finishing stone or a grinding tool.

Tool according to claim 10 or 11, characterized in that it with the structural change according to the invention in the edge zone ( 3 ) is delivered to the user.