DE69729653T2

DE69729653T2 - Schleifwerkzeug

Info

Publication number: DE69729653T2
Application number: DE69729653T
Authority: DE
Inventors: M. Richard ANDREWS; Scott Boyle; L. Robert OWEN; S. Chris POULIMENOS; W. Richard WALLAHORA
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2017-10-03
Also published as: CA2272258A1; AR020303A1; DE69729653D1; AU4813997A; ES2225957T3; DK0946332T3; CA2272258C; EP0946332A1; CO4900084A1; TW394724B; KR20000057351A; EP0946332B1; KR100371979B1; US5976205A; CN1239451A; AU737706B2; BR9713559A; WO1998024593A1; ATE269779T1; CN1170657C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft metallgebundene Schleifwerkzeuge und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkzeugs.
Um die Anforderungen der industriellen Hersteller zu erfüllen sind kontinuierliche Verbesserungen bei der Schleifmittelretention, der Bindungshaltbarkeit und der Werkzeuglebensdauer eine Notwendigkeit bei metallgebundenen Superschleifwerkzeugen. Zusammen mit der Qualität des Schleifwerkzeugs ist die Qualität des Abrichtwerkzeugs, welches zur Erneuerung des Schleifwerkzeugs verwendet wird, kritisch für das Erreichen der erwünschten Schleifwirkung und das Einhalten der Toleranzen.
Diamantklingenabrichtgeräte oder Rotationsabrichtscheiben werden zur Erneuerung der Oberflächen von Schleifscheiben oder zur Erzeugung eines Profils in Schleifscheiben verwendet. Ein Rotationsabrichtgerät wird in erster Linie verwendet um die Form des Schleifwerkzeugs mit einer profilierten Schleifseite zu erzeugen oder beizubehalten. Die verwendete Metallbindungszusammensetzung in dem Abrichtwerkzeug hat einen enormen Einfluss auf die Abrichtwerkzeugqualität. Metallgebundene Abrichtwerkzeuge des Standes der Technik umfassen im Allgemeinen Diamantschleifkorn gebunden mittels Zink enthaltenden Legierungen, Kupfersilberlegierungen, Kobaltlegierungen, Kupfer oder Kupferlegierungen.
Obwohl Zink enthaltende Legierungen dafür bekannt sind, dass sie überlegene Bindungsqualitäten bei metallgebundenen Diamantabrichtwerkzeugen haben sind sie auch dafür bekannt Nachteile bei Herstellungsvorgängen aufzuweisen. Zink ist bei den Temperaturen wie sie während der Herstellung der gebundenen Schleifwerkzeuge verwendet werden außerordentlich flüchtig, was zu einem Zinkverlust aus der Bindung führt. Dies erhöht die Flüssigkeitstemperatur der Metallbindung und führt dazu, dass eine höhere Herstellungstemperatur erforderlich ist. Die höhere Temperatur führt ferner zu vorzeitigem Ausfall der Ofenauskleidung, höheren Energiekosten und potentiellen Umwelthaftpflichten.
Eine nahezu eutektische Kupferphosphorzusammensetzung wie im US-Patent Nr. A-5,505,750 beschrieben wird in einer Metallbindung für Abrichtwerkzeuge verwendet. Die Bindung umfasst auch Hartphasenteilchen wie etwa Wolfram, Wolframcarbid, Kobalt, Stahl, Sol-Gel-alpha-Aluminiumoxid-Schleifmittelkorn und Hartmetall (stellite).
Die Rotationsabrichter wie im US-Patent Nr. A-3,596,649 beschrieben werden mit einer Metallpulverbindungszusammensetzung umfassend Wolframcarbid-beschichtete Diamantkörnchen, gebunden innerhalb einer Kobaltmatrix hergestellt. Es wird spekuliert, dass die beobachteten Verbesserungen bei diesem Werkzeug auf die relative Leichtigkeit zurückzuführen sind mit welcher die Materialien benachbart zum Diamantkorn während der Verwendung abgerieben werden um frische Diamantfacetten zum Abrichten freizulegen. Die vorbekannten 50/50-Mischungen von Wolframcarbid/Kobalt sind dadurch charakterisiert, dass sie eine harte Matrix unmittelbar benachbart zum Diamant ergeben, was zu einer weniger effizienten Schnittwirkung führt.
Abrasive Schleifwerkzeuge wie im US-Patent Nr. A-5,385,591 beschrieben werden mit einer Metallbindung umfassend einen Füllstoff mit einem speziellen Härtewert hergestellt. Der Füllstoff besteht aus bestimmten Stahl- oder Keramiktypen. Der Füllstoff wird in die Bindung eingesintert, zusammen mit dem Schleifkorn und Kupfer, Titan, Silber oder Wolframcarbid. Bevorzugte Bindungszusammensetzungen enthalten Silber, Kupfer und Titan, wobei das Titan verwendet wird um Kupfertitanphasen in der gesinterten Bindung auszubilden.
Eine Metalllotzusammensetzung für ein Monoschichtschleifwerkzeug wird im US-Patent Nr. A-5,492,771 beschrieben. Diese umfasst eine Legierung oder Mischung aus Silber, Kupfer und Indium mit Titan oder anderen aktiven Metall um das Schleifmittelkorn zu benetzen.
Eine Metallbindung für entweder ein Monoschichtschleifwerkzeug oder ein Metallmatrixgebundenes Schleifwerkzeug ist im US-Patent A-5,011,511 beschrieben. Diese umfasst Kupfersilbertitanlegierungen, oder Kupfertitanlegierungen, oder Kupferzirkoniumlegierungen, Kupfertitaneutektika und Kupferzirkoniumeutektika. Während der Bindung der Schleifmittelkörner reagieren die Bindungsbestandteile um Carbide oder Nitride zu formen.
Eine Nickellegierungsbindung für Rotationsabrichtgeräte gebildet mittels eines elektrolytischen Galvanisierverfahrens wird im US-Patent Nr. A-4,685,440 beschrieben. Die Dokumente JP-A-56-029650 und JP-A-60-169533 offenbaren ein Verfahren zur Erhöhung der Hochtemperatureigenschaften eines hochhärtegesinterten Körpers im Wesentlichen bestehend aus CBN oder WBN, durch Zusatz eines Bindehilfsmittels aus einem Metallhydrid zu einem Bindemittel welches im Wesentlichen aus einem spezifischen Metall und TiC besteht.
Trotz der Entwicklung dieser Metallbindungssysteme für Schleifwerkzeuge verbleibt ein Bedarf für bessere Bindungen, gekennzeichnet durch eine längere Werkzeuglebensdauer, besseren Widerstand gegenüber Abrieb und eine bessere Bindung des Schleifmittelkorns.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Schleifwerkzeug welches ein Abrichtwerkzeug wie in Anspruch 6 definiert sein kann, oder ein abrasives Schleifwerkzeug wie in Anspruch 1 definiert.
Ein Verfahren zur Herstellung des Abrichtwerkzeugs der Erfindung wird in Anspruch 10 definiert, und umfasst einen ersten Sinterschritt worin ein Superschleifmittelkorn mit der aktiven Phase der aktiven Metallbindungszusammensetzung umgesetzt wird um ein gesintertes Komposit zu ergeben, gefolgt von einem zweiten Schritt worin eine Infiltrierphase in das gesinterte Kompositvakuum infiltriert wird, um ein Schleifwerkzeug herzustellen das im Wesentlichen frei von Porosität ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1. Schematische Darstellung eines Diamantklingenabrichtwerkzeugs gemäß der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist ein Schleifwerkzeug wie in Anspruch 1 oder 6 definiert, umfassend Schleifteilchen gebunden von einer Metallbindung umfassend eine harte Phase, eine Bindemittelphase ausgewählt aus Kobalt, Eisen, Nickel, deren Legierungen und Kombinationen davon, sowie einer aktiven Phase bestehend aus chemischen Reaktanten geeignet zur Bildung von Carbid- oder Nitridzusammensetzungen in Kombination mit Diamant bzw. kubischen Bornitridschleifmitteln.
Die Schleifwerkzeuge umfassen im Allgemeinen einen metallischen Kern oder Schaft und die metallgebundene Schleifmittelzusammensetzung welche an den Metallkern oder Schaft durch Löten, Infiltration, Klebstoffbindung, Metallbindung oder andere im Stand der Technik bekannte Verfahren angebracht ist. In einem optionalen Aspekt der Erfindung kann die Metallbindung auch mit einer Infiltrierphase aus Metallen wie etwa Kupfer, Zinn, Silber, Zink, Phosphor, Aluminium und deren Legierungen und Kombinationen verdichtet sein.
Das Schleifwerkzeug ist vorzugsweise ein Abrichtwerkzeug, das zur Erzeugung eines Profils und die Aufrechterhaltung der freien Schneidebeschaffenheit eines abrasiven Schleifwerkzeugs verwendet wird. Ein typisches Abrichtwerkzeug wird in 1 gezeigt. Diamantkörner (1) werden in einer metallischen Matrix (2) gebunden um die Schleifmittelkomponente (3) des Abrichtwerkzeugs zu bilden. Die Schleifkomponente (3) ist auf einem Kern oder Schaft (4) befestigt, und ein Unterlagenelement (5) aus Stahl oder einem anderen Metall kann entlang einer oder beider Seiten der Schleifmittelkomponente (3) vorliegen. Der Kern oder Schaft (4) wird verwendet um das Abrichtwerkzeug auf einer Maschine zu montieren, oder um das Werkzeug bei manuellen Vorgängen zu halten. Der metallische Kern des Abrichtwerkzeugs kann aus Stahl gemacht sein, vorzugsweise Karbon- oder rostfreier Stahl, oder aus infiltriertem gepulvertem Metall, wobei die Metallbindung welche als Infiltriermittel verwendet wird die gleiche ist wie die in der Schleifzusammensetzung, und das gepulverte Metall kann beispielsweise Wolfram, Eisen, Stahl, Kobalt oder deren Kombinationen sein, oder aus jedem anderen Material geeignet zur Gewährleistung von mechanischer Stützung für die Schleifmittelkomponente des Abrichtwerkzeugs während der Verwendung.
Für die Werkzeuge der Erfindung ist die Teilchengröße der Schleifmittelkörner typischerweise größer als 325 Mesh und vorzugsweise größer als etwa 140 Mesh. Das Schleifmittelkorn ist eine superschleifende Substanz in Form von Diamant oder kubischem Bornitrid. Diamant ist für Abrichtwerkzeuge bevorzugt.
Der Begriff „Bindungszusammensetzung" wird hier verwendet um die Zusammensetzung der gepulverten Mischung aus Bestandteilen zu kennzeichnen welche die Schleifmittelkörner umgeben und daran haftet. Der Begriff „Bindung" meint die verdichtete Metallbindung nach dem Erhitzen oder einer anderen Behandlung der Bindungszusammensetzung um die Schleifmittelkörner in der Metallmatrix zu fixieren.
Im Allgemeinen werden die Bindungszusammensetzungsbestandteile in Pulverform bereitgestellt. Die Teilchengröße des Pulvers ist nicht kritisch, jedoch sind Pulver kleiner als etwa 325 US-Standard 7 Mesh (44 μm Teilchengröße) bevorzugt. Die Bindungszusammensetzung wird hergestellt durch Vermischen der Bestandteile, beispielsweise durch Taumelmischen, bis die Bestandteile mit einer gleichmäßigen Konzentration verteilt sind.
Die harte Phase der Bindungszusammensetzung verleiht dem Schleifwerkzeug Abriebsbeständigkeit. Abriebsbeständigkeit erhöht die Lebensdauer der Metallbindung, so dass die Metallbindung nicht versagt bevor das Schleifkorn durch die Abricht- oder Schleifvorgänge verbraucht ist. Größere Konzentrationen von Hartphasenmaterialien werden in Abrichtwerkzeugen benötigt, die den Abriebskräften ausgesetzt sind wie sie während der Erneuerung von abrasiven Schleifwerkzeugen auftreten. Die Hartphase umfasst vorzugsweise Wolframcarbid, Titanborid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Chromborid, Chromcarbid und Kombinationen davon. Die Hartphase ist ein metallisches Carbid oder Borid oder ein keramisches Material welches vorzugsweise eine Härte von mindestens 1.000 Knoop aufweist.
Die Bindemittelphase der Bindungszusammensetzung muss geringe Reaktivität gegenüber der aktiven Phase unter Sinterbedingungen aufweisen. Die Bindemittelphase wird ausgewählt aus der Gruppe der Metalle umfassend Kobalt, Nickel, Eisen und Legierungen sowie Kombinationen davon.
Die aktive Phase muss mit dem Schleifmittelkorn unter nicht oxidierenden Sinterbedingungen reagieren um ein Carbid oder ein Nitrid zu bilden und um dabei die Schleifmittelkörner sicher und fest in die Metallbindung einzubinden. Die aktive Phase umfasst vorzugsweise Materialien wie etwa Titan, Zirkonium, Chrom und Hafnium sowie deren Hydride, und Legierungen sowie Kombinationen davon.
Titan ist in einer Form die mit Diamant oder CBN reagieren kann eine bevorzugte Aktiv-Phasenkomponente und es hat sich gezeigt, dass sie die Stärke der Bindung zwischen Schleifmittel und metallischem Bindemittel erhöht. Das Titan kann zu der Mischung entweder in elementarer oder in Verbindungsform zugesetzt werden. Elementares Titan reagiert mit Sauerstoff unter Ausbildung von Titandioxid und wird daher unverfügbar um mit dem Diamant während der Sinterung zu reagieren. Daher ist der Zusatz von elementarem Titan weniger bevorzugt wenn Sauerstoff zugegen ist. Wenn Titan in Verbindungsform zugesetzt wird, sollte die Verbindung zur Dissoziation während des Sinterschritts in der Lage sein um dem Titan zu ermöglichen mit dem Superschleifmittel zu reagieren. Vorzugsweise wird Titan dem Bindungsmaterial als Titanhydrid, TiH₂ zugesetzt, welches bis zu etwa 600°C stabil ist. Oberhalb von etwa 600°C dissoziiert Titanhydrid in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum zu Titan und Wasserstoff.
Ein bevorzugter Bestandteil der Bindemittelphase der Bindungszusammensetzung ist Kobalt. Kobalt ist nützlich für die Festigkeit der Matrix welche es mit einer bevorzugten Hartphase (z. B. Wolframcarbid) bildet, sowie für den Mangel an Reaktion mit der aktiven Phase. Wenn sie mit Kobaltbindemittelphase hergestellt wurde, hat die gesinterte Kompositstruktur aus Schleifmittelkorn, Hartphase und aktive Phase eine außerordentliche mechanische Festigkeit und Steifigkeit.
Ein bevorzugter Gesichtspunkt der Schleifwerkzeuge der Erfindung, insbesondere der Abrichtwerkzeuge, ist die Verwendung einer Infiltriermittelphase um die Poren der gesinterten Kompositstruktur zu füllen. Obwohl viele Materialien für diesen Zweck verwendet werden können wird Kupfer bevorzugt. Es wurde herausgefunden, dass der Zusatz von Kupfer oder der anderen bevorzugten Infiltriermittelmaterialien zu der Bindungszusammensetzung vor dem Sintern einen nachteiligen Effekt auf die Schleifkornretention der Bindung aufweist. Es wird angenommen, dass Kupfer oder andere Infiltriermittel mit der aktiven Phase reagieren und die Bildung von Carbiden oder Nitriden mit einer Mehrheit der Schleifmittelkörner verhindern. Daher werden Metalle wie etwa Kupfer, Zinn, Zink, Phosphor, Aluminium; Silber und deren Legierungen und Mischungen vorzugsweise nicht zu der Bindungszusammensetzung zugesetzt, bis zu dem Zeitpunkt an dem die Reaktion mit der aktiven Phase bereits stattgefunden hat (d. h. nach dem Sintern oder einer anderen Wärmebehandlung um die Schleifmittelkörner in der Bindung zu fixieren).
Wie unten erläutert, ist es beabsichtigt das Kupfer in die gesinterte Zusammensetzung mittels Vakuuminfiltration einfließen zu lassen um eine vollständige Dichte in dem metallgebundenen Schleifmittelwerkzeug zu erreichen. Daher ist es wichtig, dass der Kupferbestandteil in einer Form zugesetzt wird, die einfach in der Lage ist eine derartige Infiltrierung zu bewirken. Wenn eine Kupferlegierung mit einem Streckmittel wie Aluminium, Zinn und Silber zugesetzt wird, wird der Schmelzbereich der Legierung wahrscheinlich zu breit sein um gleichmäßig bei Heizgeschwindigkeiten zu fließen, wie sie in den meisten Ofenbetriebsvorgängen gefunden werden. Vorzugsweise ist der Kupferbestandteil elementares Kupfer.
Für Abrichtwerkzeuge mit höheren Anforderungen an die Bindungsdichte und die Ableistungserfordernisse als abrasive Schleifwerkzeuge, besteht die Bindungszusammensetzung aus 60–75% Hartphase, 20–30% Bindemittelphase und 2–5 Gew.-% aktiver Phase.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bindemittelzusammensetzung des Abrichtwerkzeugs eine Hartphase aus Wolframcarbid, eine Bindemittelphase aus Kobalt und eine aktive Phase aus Titanhydrid. Die Bindungszusammensetzung besteht vorzugsweise aus 60–75 Gew.-% Wolframcarbid, 20–30 Gew.-% Kobalt und 2–5 Gew.-% Titanhydrid. Wenn die Abrichtwerkzeugbindungszusammensetzung mit einer Infiltriermittelphase verwendet wird, umfasst die Infiltriermittelphase vorzugsweise etwa 5–30 Gew.-% Kupfer, vorzugsweise etwa 10–20 Gew.-% Kupfer und besonders bevorzugt etwa 10–15 Gew.-% Kupfer.
Bei abrasiven Schleifwerkzeugen umfasst die Bindungszusammensetzung 5–30 Gew.-% Hartphase, 70–90 Gew.-% Bindemittelphase und 2–10 Gew.-% aktiver Phase und vorzugsweise etwa 10–20 Gew.-% Hartphase, etwa 80–90 Gew.-% Bindemittelphase und etwa 2–5 Gew.-% aktiver Phase. Auf der Basis von Volumenprozenten umfassen die Schleifwerkzeuge 0–15% Porosität, 10–50% Schleifmittelkorn und 50–90% Metallbindung. Wie bei Abrichtwerkzeugen sind Bindungszusammensetzungen umfassend Wolframcarbid, Kobalt, Kupfer und Titanhydrid mit einem Kupferinfiltriermittel, bevorzugt.
Die Bindungszusammensetzung für jede Art von Werkzeug kann auch geringe Mengen an zusätzlichen Bestandteilen wie etwa Gleitmitteln (z. B. Wachsen) oder Sekundärschleifmitteln oder Füllstoffen oder geringe Menge anderer Bindungsmaterialien wie sie im Stand der Technik bekannt sind umfassen. Im Allgemeinen können solche zusätzlichen Bestandteile mit bis zu etwa 5 Gew.-% der Bindungszusammensetzung vorliegen.
Bei der Herstellung der Abrichtwerkzeuge werden die Bindungszusammensetzungspulver, z. B. Wolframcarbid, Kobalt und Titanhydridpulver, vermischt um eine Pulvermischung zu bilden, und anschließend werden die Mischung und die Schleifmittelkörner in einen Formenhohlraum gepresst, kalt verpresst um ein Grünkomposit aus dem Pulver und dem Diamantschleifmittelkorn zu formen und dann unter Bedingungen gesintert, die ausgewählt sind um Oxidation des Titans und des Diamant zu vermeiden und eine thermische Dissoziation des Titanhydrids zu ermöglichen, so dass sich ein Komposit mit einer Titancarbidphase bildet um den Diamant fest in der metallischen Phase zu verankern. Der Sinterschritt wird im Allgemeinen unter Vakuum oder einer nicht oxidierenden Atmosphäre bei einem Druck von 0,01 Mikron bis 1 Mikron und einer Temperatur von 1.150° bis 1.200°C durchgeführt. In einem zweiten Schritt wird der gesinterte Komposit mit der Infiltriermittelphase vakuuminfiltriert um das Schleifwerkzeug vollständig zu verdichten und um die gesamte Porosität zu elimieren. In einem bevorzugten Werkzeug liegt die Dichte bei mindestens 95% der theoretischen Dichte des metallgebundenen Schleifmittelkomposits.
Bei der Herstellung eines Abrichtwerkzeugs kann ein Teil der Trockenpulverbindungszusammensetzung in eine Form gegeben werden, gefolgt vom Schleifmittel und der Verpressung, und anschließend kann der Rest der Zusammensetzung der Form zugesetzt werden um das Schleifmittel in der Bindung einzubetten. Die Schleifmittelkörner können in Einzelschicht aufgebracht werden, d. h. im Wesentlichen ein Korn dick, und in einem Muster beabstandet werden das durch die Spezifikationen für das Abrichtwerkzeugs vorgegeben wird.
Andere im Stand der Technik bekannte Verfahren können verwendet werden um die Schleifwerkzeuge herzustellen. Beispielsweise können Heißpressgeräte verwendet werden um die Materialien zu konsolidieren und zu verdichten, anstelle einer Kaltpresskonsolidierung und eines Sinterverfahrens. Wenn das Heißpressen unter Vakuum durchgeführt wird ist es üblicherweise nicht notwendig den Komposit zu infiltrieren um vollständige Dichte zu erreichen.
Dem Fachmann ist klar, dass die Menge an Titan in der aktiven Phase erhöht werden sollte wenn CBN anstelle von Diamant gebunden wird, aufgrund der relativen Reaktivität dieser Materialien zueinander. Die Mengen anderer Phasen der Bindung können auf ähnliche Weise eingestellt werden um die verschiedenen Bestandteile der Schleifwerkzeugzusammensetzung aufeinander abzustimmen. Dem gemäß ist nicht beabsichtigt die Erfindung in irgendeiner Weise durch die hier angegebenen besonderen Beispiele zu beschränken.
Bei der Herstellung von Rotationsabrichtgeräten auf herkömmliche Weise in einer Graphitform ist es schwierig die optimalen Drücke zu erreichen um die aktive Phase in direkten Kontakt mit dem Diamant zu bringen, um so die Bindungsbildung zu maximieren. Daher ist das Verfahren der Erfindung bevorzugt für die Herstellung von Abrichtwerkzeugen welche einfache, flache Formen haben, d. h. Abrichtklingen oder -Spitzen anstelle von kreisförmigen oder komplexen Formen.
Beispiele
Beispiel 1
Abrichtklingenproben wurden gemäß der Erfindung zur Prüfung und zum Vergleich mit kommerziellen Abrichtklingen in einem Herstellungsaufbau hergestellt.
Eine Mischung von Metallpulvern enthaltend 72 Gew.-% Wolframcarbid, 24 Gew.-% Kobalt (bereitgestellt als DM75 von Kennemetal Inc.) und 4 Gew.-% Titanhydroxid (bereitgestellt von Cerac Inc.) wurde in zwei Teile aufgeteilt. 65 g der Mischung wurden per Hand in einen klingenförmigen Formhohlraum mit den Dimensionen 10 mm × 10 mm bei Raumtemperatur eingebracht. Westafrikanische Runddiamanten mit einem mittleren Durchmesser von 0,029 Inch wurden anschließend auf das Bindungspulver in acht Reihen und acht Säulen in das lose gepresste Pulver in einer Einzelschicht eingebracht, mit den Diamantreihen um 11° versetzt gegenüber einer Linie senkrecht zu den Kanten der Klinge. Die übrigen 80 g der gepulverten Bindungsmischung wurden bei Raumtemperatur und etwa 870 Mpa (63 tsi) über die Diamantschicht in den Formhohlraum gepresst. Das resultierende Grünkomposit aus Diamanten und Bindungsmischung wurde in einer Graphitspannvorrichtung 30 Minuten bei 1.200°C bei vollem Vakuum (10^–4 Torr) gesintert. Nach dem Sintern wurde das Komposit mit Kupfer (8–12 Gew.-% der Bindungsmischung) bei 1.130°C unter einem Stickstoffpartialdruck von 400–500 Mikrons 30 Minuten lang infiltriert. Die fertige Schleifklinge war vollständig verdichtet, enthielt im Wesentlichen keine Porosität, hatte exzellente Diamantbindungseigenschaften und eine Härte von 25–30 HRc. Die fertige Schleifklinge wurde auf einen Stahlschaft aufgelötet um das Abrichtwerkzeug mit einer in der Schleifindustrie üblichen Konfiguration herzustellen. Die auf diese Weise hergestellte Schleiflklinge hatte ausreichende mechanische Festigkeit um ein Weglassen der Stahlunterlage der üblicherweise verwendeten Art zur Herstellung von Diamantabrichtwerkzeugklingen, wie im Stand der Technik bekannt, zu erlauben.
Die Diamantklingenabrichtwerkzeuge der Erfindung wurden verwendet um eine glasartig gebundene Sol-Gel-Aluminiumoxidscheibe (SSG60-KVS), installiert in einer kommerziellen Metallteilschleifoperation, zu erneuern. Zwei kommerzielle Diamantklingenabrichtwerkzeuge umfassend die gleiche Diamantkorngröße und die gleiche Klingengröße wurden mit den Werkzeugen der Erfindung unter Verwendung der gleichen Scheibe im gleichen kommerziellen Metallteilschleifvorgang verglichen. Die Ergebnisse sind unten gezeigt.
Tabelle 1 Werkzeugverschleißgeschwindigkeit
Die Werkzeuglebensdauer gemäß der Erfindung betrug das vierfache der Werkzeuglebensdauer der kommerziellen Klinge 1 und das etwa 1,9-fache der Werkzeuglebensdauer der kommerziellen Klinge 2 bei Verwendung um Schleifscheiben unter identischen Herstellungsbedingungen zu erneuern. Das Verschleißverhältnis (Volumen (Inch³) der Scheibe entfernt pro Inch der verbrauchten Klinge während des Abrichtens) gemäß der Erfindung war beträchtlich besser als das Verschleißverhältnis der kommerziellen Klingen.

Claims

Schleifwerkzeug umfassend 10–50 Volumen% Schleifmittelkorn, ausgewählt aus Diamant und kubischem Bornitrid, 50–90 Volumen% Metallverbindung, welche das Schleifmittelkorn zusammenbindet, sowie 0–15 Volumen% Porosität, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittelkorn mittels einer Carbid- oder einer Nitridbindung an die Metallbindung chemisch gebunden ist, und das Schleifwerkzeug hergestellt wurde durch: a) Vereinigen pulverförmiger Bindungszusammensetzungsbestandteile bestehend aus 2–10 Gew.-% aktiver Phase, ausgewählt aus Verbindungen die unter nicht oxidierenden Sinterbedingungen in der Lage sind eine Carbid- oder eine Nitridbindung mit dem Schleifmittelkorn auszubilden; 5–30 Gew.-% Hartephase, ausgewählt aus einem metallischen Carbid oder Borid oder einem keramischen Material; und 70–90 Gew.-% einer Bindemittelphase, ausgewählt aus Kobalt, Nickel, Eisen und Legierungen sowie Kombinationen davon; um eine pulverförmige Metallbindungsmischung zu erzeugen; b) Vermischen der pulverförmigen Metallbindungsmischung mit dem Schleifmittelkorn um eine Schleifmischung herzustellen; c) Platzieren der Schleifmischung in einer Werkzeugform; und d) Sintern der Schleifmischung in nicht oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen von 700–1300°C um die Carbid- oder Nitridbindungen zwischen dem Schleifmittelkorn auszubilden und die Metallbindung zu sintern.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die aktive Phase aus der Gruppe bestehend aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Chrom, deren Hydride, sowie Legierungen und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Hartphase aus der Gruppe bestehend aus Wolframcarbid, Titanborid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Chromcarbid, Chromborid sowie Kombinationen davon ausgewählt ist.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das Schleifwerkzeug ferner 0,5–20 Gew.-% einen Infiltriermittels („infiltrant") umfasst, das zugesetzt wurde nachdem das Sintern abgeschlossen war.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 5, wobei das Infiltriermittel aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Zinn, Zink, Phosphor, Aluminium, Silber und deren Legierungen sowie Kombinationen davon ausgewählt ist.
Schleifendes Abrichtwerkzeug zum Erneuern von Schleifwerkzeugen umfassend Schleifmittelkorn, ausgewählt aus Diamant und kubischem Bornitrid, sowie eine Metallverbindung welche das Schleifmittelkorn zusammenbindet dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn mittels einer Carbid- oder einer Nitridbindung mit der Metallverbindung chemisch verbunden ist, und das Schleifwerkzeug hergestellt wurde durch: a) Vereinigen pulverförmiger Bindungszusammensetzungsbestandteile bestehend aus 2–5 Gew.-% aktiver Phase, ausgewählt aus Verbindungen die unter nicht oxidierenden Sinterbedingungen in der Lage sind eine Carbid- oder eine Nitridbindung mit dem Schleifmittelkorn auszubilden; 60–75 Gew.-% Hartephase, ausgewählt aus einem metallischen Carbid oder Borid oder einem keramischen Material; und 20–30 Gew.-% einer Bindemittelphase, ausgewählt aus Kobalt, Nickel, Eisen und Legierungen sowie Kombinationen davon; um eine pulverförmige Metallbindungsmischung zu erzeugen; b) Vermischen der pulverförmigen Metallbindungsmischung mit dem Schleifmittelkorn um eine Schleifmischung herzustellen; c) Platzieren der Schleifmischung in einer Werkzeugform; und d) Sintern der Schleifmischung in nicht oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen von 700–1300°C um die Carbid- oder Nitridbindungen zwischen dem Schleifmittelkorn auszubilden und die Metallbindung zu sintern.
Schleifendes Abrichtwerkzeug nach Anspruch 8, wobei die Metallverbindung im Wesentlichen frei von Porosität ist und eine Dichte von mindestens 95% der Theorie aufweist.
Schleifendes Abrichtwerkzeug nach Anspruch 8, wobei die aktive Phase Titanhydrid umfasst, die Hartphase Wolframcarbid umfasst, die Bindemittelphase Kobalt umfasst und die Metallverbindung ferner 5–30 Gew.-% Kupferinfiltriermittel umfasst.
Schleifendes Abrichtwerkzeug nach Anspruch 8, wobei die aktive Phase Titanhydrid umfasst, die Hartephase Wolframcarbid umfasst und die Bindemittelphase Kobalt umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines schleifenden Abrichtwerkzeugs umfassend Schleifkörner und eine Metallverbindung, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Pulvermischung aus einer aktiven Metallverbindungszusammensetzung bestehend aus 2–5 Gew.-% einer aktiven Phase ausgewählt aus Verbindungen die unter nicht oxidierenden Sinterbedingungen in der Lage sind eine Carbid- oder Nitridbindung mit dem Schleifmittelkorn auszubilden, 60–75 Gew.-% einer Hartphase ausgewählt aus einem Metallcarbid oder -Borid oder einem keramischen Material; sowie 20–30 Gew.-% einer Bindemittelphase ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Nickel, Eisen und Legierungen sowie Kombinationen davon; b) Pressen eines Teils der Mischung in einen Formenhohlraum, geformt in der Form eines Abrichtwerkzeugs; c) Setzen des Diamants oder des kubischen Bornitrid(CBN)Schleifmittelkorns in einem gewünschten Muster auf die verpresste Mischung; d) Pressen des übrigen Teils der Mischung in den Formenhohlraum über das Schleifmittelkorn; e) Sintern der Bindungsmischung und des Schleifmittelkorns in den Formenhohlraum bei 1150°C–1200°C unter Vakuum bei 0,133–0,0133 Pa (1,0–0,1 Mikron Hg) Druck um eine Kompositstruktur auszubilden; f) Infiltrieren der Kompositstruktur unter Vakuum mit 10–30% auf einer Pulvermischungsgewichtsbasis eines Infiltriermittels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Zinn, Zink, Phosphor, Aluminium, Silber und deren Legierungen und Kombinationen davon, bis im Wesentlichen das gesamte Lückenvolumen innerhalb der Kompositstruktur mit der Infiltriermittelphase gefüllt ist; wobei die aktive Phase vor der Infiltration mit dem Schleifmittelkorn chemisch umgesetzt wird und das Abrichtwerkzeug im Wesentlichen frei von Porosität ist.