EP1436121B1

EP1436121B1 - Method for manufacturing an abrasive element, in particular for bits of hollow drills

Info

Publication number: EP1436121B1
Application number: EP02801868A
Authority: EP
Inventors: Götz BRÄUNINGER
Original assignee: CEDIMA DIAMANTWERKZEUG- und MASCHINENHANDELSGESELLSCHAFT mbH
Current assignee: CEDIMA DIAMANTWERKZEUG- und MASCHINENHANDELSGESELLSCHAFT mbH
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: DE10151802A1; EP1436121A1; DE50203112D1; WO2003035326A1; ATE295246T1; DE10151802B4

Abstract

The invention relates to an abrasive element, especially for the bits of hollow drills, comprising a sintered metal matrix (4) in which cutting material (6) is integrated or incorporated. In order to provide an abrasive element which exhibits improved cutting behavior at relatively little effort, the surface of the abrasive element (2, 2', 11, 11') is provided with a cut area (8, 10, 14, 16) produced by water jet treatment or a water jet cutting method. As a result, two abrasive elements can be produced from a sintered body by means of a straight or wavy cut line.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Abrasivelementes, insbesondere für Bohrkronen von Hohlbohrern, aus einer Schneidstoffe aufweisenden Sintermetallmatrix, bei dem die Schneidstoffe in die Sintermetallmatrix eingebunden bzw. eingebettet werden und eine Anschnittfläche an der mit den Schneidstoffen versehenen Sintermetallmatrix durch eine Wasserstrahlbehandlung oder durch ein Wasserstrahlschneidverfahren hergestellt wird.The invention relates to a method for manufacturing an abrasive element, in particular for drill bits Hollow drills, sintered metal matrix containing cutting materials, in which the cutting materials in the sintered metal matrix be embedded or embedded and a bleed area on the sintered metal matrix provided with the cutting materials by a water jet treatment or produced by a water jet cutting method.

Derartige Abrasivelemente werden insbesondere in Bohrkronen für die Steinbearbeitung, z. B. bei Kernbohrern, verwendet. Die EP 0 857 552 B1 zeigt ein derartiges Abrasivelement, bei dem Diamantkristalle als Schneidstoffe in einer Sintermetallmatrix aufgenommen sind.Such abrasive elements are used in particular in drill bits for the stone processing, z. B. in core drills, used. EP 0 857 552 B1 shows such an abrasive element, in the case of diamond crystals as cutting materials in a sintered metal matrix are added.

Die WO 01 41974 A offenbart ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Sinterproduktes, bei dem eine Sintermaterialmatrix hergestellt wird mit einem ersten Bereich mit eingebetteten Schleifpartikeln und einem zweiten Bereich ohne Schleifpartikel. Beide Bereiche sind entlang einer Grenzfläche miteinander verbunden. Aus diesem abrasivem Sinterprodukt werden dann Schleifprodukte bestimmter Form ausgeschnitten und zwar mittels Laserstrahl oder Wasserstrahl entlang der Grenzfläche oder durch den zweiten keine Schleifpartikel aufweisenden Bereich. WO 01 41974 A discloses such a process for the preparation an abrasive sintered product having a sintered material matrix is made with a first area with embedded abrasive particles and a second area without abrasive particles. Both areas are along one Interface interconnected. For this abrasive Sintered products are then abrasive products of specific shape cut out by means of laser beam or water jet along the interface or through the second no Abrasive particle having area.

Aus der WO 99 28088 A ist ein Schleifwerkzeug für eine Schleifmaschine bekannt mit abrasiven Segmenten, die auf einer Montageplatte angebracht sind. Die abrasiven Segmente werden aus einem Schichtstoffplattenrohling ausgeschnitten, welcher durch Sintern einer Schleifpartikelschicht und einer Bindemittelschicht hergestellt wird.From WO 99 28088 A is a grinding tool for a Grinding machine known with abrasive segments on a mounting plate are mounted. The abrasive segments are cut out of a laminate blank, which by sintering an abrasive particle layer and a Binder layer is produced.

Die WO 00 30808 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Schleifproduktes, bei dem aus mehreren Schleifpartikel aufweisenden Einzelblöcken aus Sintermatrixmaterial in einer Form unter Druck ein einzelnes Schleifprodukt hergestellt wird. Aus diesem Schleifprodukt können dann einzelne Schleifsegmente bestimmter Form ausgeschnitten werden.WO 00 30808 A discloses a process for the preparation a sintered abrasive product, wherein a plurality of Abrasive particles having individual blocks of sintered matrix material in a mold under pressure a single Grinding product is produced. From this abrasive product Then individual grinding segments of a certain shape can be cut out become.

Bei Abrasivelementen, bei denen die Schneidstoffe in einer Metallmatrix gebunden sind, weist die für die Materialbearbeitung vorgesehene Oberfläche vor ihrer Benutzung in der Regel eine glatte Oberfläche auf. Beim Anschnitt weisen die Abrasivelemente aufgrund der glatten Oberfläche zunächst ein schlechtes Bohrverhalten bzw. Anschnittverhalten auf, das sich erst im Laufe der Zeit verbessert, wenn Metall abgerieben und Schneidstoffe teilweise freigelegt werden. Diese Problematik ist als Anschnitt- bzw. Anbohrproblematik bekannt.For abrasive elements where the cutting materials are in a metal matrix are bound, has the for material processing provided surface before use in usually a smooth surface on. Point at the gate the abrasive elements due to the smooth surface first a bad drilling behavior or gate behavior that only improves over time when metal rubbed and cutting materials are partially exposed. This problem is as a gating or tapping problem known.

Die EP 0 857 552 zeigt ein Abrasivelement der eingangs genannten Art, das in einer Anschnittzone mit einem Dachprofil ausgebildet ist, durch das das Anschnittverhalten gegenüber einer rechteckförmigen Oberfläche verbessert ist. Hierbei wird an der Anschnittzone eine unterschiedliche Zusammensetzung mit erhöhtem Verschleiß gegenüber dem regulären Teil des Abrasivelementes ausgebildet.EP 0 857 552 shows an abrasive element of the beginning mentioned type, in a gated zone with a roof profile is formed, through which the gate behavior is improved over a rectangular surface. Here, at the gate zone, a different composition with increased wear compared to the regular Part of the Abrasivelementes formed.

Durch einen derartigen besonderen geometrischen Aufbau kann zwar ein besseres Anschnittverhalten erreicht werden; die Herstellung eines derartigen Schneidsegmentes ist jedoch relativ aufwendig und kostenträchtig.By such a special geometric structure although a better cut behavior can be achieved; However, the production of such a cutting segment is relatively expensive and costly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung eines Abrasivelementes anzugeben, durch das mit relativ geringem Aufwand ein Abrasivelement mit verbessertem Anschnittverhalten kostengünstig herstellbar ist.The invention is based on the object, a method of the aforementioned type for producing an abrasive element indicate that by relatively little effort an abrasive element with improved gate behavior cost can be produced.

Diese Aufgabe wird bei dem gemäß Anspruch 1 Verfahren gelöst, indem die Schneidstoffe aufweisende Sintermetallmatrix durch einen Trennschnitt mittels des Wasserstrahlschneidverfahrens in zwei Abrasivelemente mit komplementären Anschnittflächen getrennt wird.This object is achieved in the method according to claim 1 dissolved by the cutting materials having sintered metal matrix by a separating cut by means of the water jet cutting method in two abrasive elements with complementary Bleed surfaces is separated.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer Wasserstrahlbehandlung oder einem Wasserstrahlschneidvorgang die Metallmatrix selektiv entfernt werden kann, ohne daß hierbei die Schneidstoffe, insbesondere Diamantkristalle, beschädigt werden. Die so beim erfindungsgemäßen Abrasivelement erzeugte Anschnittfläche weist Vorteile gegenüber durch andere Herstellungstechniken erzeugte Anschnittflächen auf.The invention is based on the finding that at a water jet treatment or a water jet cutting process the metal matrix are selectively removed can, without this the cutting materials, especially diamond crystals, to be damaged. The so in the invention Abrasive element generated bleed surface has advantages over other manufacturing techniques created bleed surfaces.

Gegenüber einer Herstellung von Abrasivelementen durch ein Sinterverfahren ohne Nachbearbeitung weisen die Anschnittflächen einen erhöhten Anteil an überstehenden Diamantkörnern auf. Weiterhin kann eine kostengünstigere Ausbildung erreicht werden, wenn mittels eines Schneidvorganges ein Sinterkörper in zwei Abrasivelemente getrennt wird, bei denen die jeweilige Trennschnittfläche unmittelbar als Anschnittfläche genutzt werden kann.Compared to a production of abrasive elements by a Sintering without post-processing show the bleed surfaces an increased proportion of supernatant diamond grains on. Furthermore, a less expensive training be reached when using a cutting process Sintered body is separated into two abrasive elements, in which the respective separating cut surface immediately as gate area can be used.

Gegenüber einem Laserschneidverfahren werden die Schneidstoffe, insbesondere Diamantkristalle, durch das Wasserstrahlschneidverfahren schonender behandelt. Während bei einem Laserschneidverfahren aufgrund der hohen lokalen Hitzeeinwirkung eine Beschädigung der Diamantkristalle auftreten kann, erfolgt eine derartige Beschädigung beim Wasserstrahlschneiden, das selektiv die weichere Metallmatrix entfernt, nicht. Durch das selektive Entfernen der weichen Metallmatrix werden Anschnittflächen mit hohem Überstand der Schneidstoffe, insbesondere der Diamantkristalle, erzeugt, die ein erheblich verbessertes Anschnitt- bzw. Anbohrverhalten aufweisen. Diese Schneidstoffe (Diamantkristalle) sind hierbei weiterhin fest in der Metallmatrix aufgenommen, da die Metallmatrix im Bereich der Schnittfläche keine Gefügeverschlechterung erfährt, wie dies z. B. bei einem Laserschneidverfahren erfolgt.Compared to a laser cutting process, the cutting materials, in particular diamond crystals, by the water jet cutting method treated gentler. While at a laser cutting process due to the high local heat effect Damage to the diamond crystals occur If such damage occurs during water jet cutting, that selectively the softer metal matrix removed, not. By selectively removing the soft Metal matrix become high-protrusion gate surfaces the cutting materials, in particular the diamond crystals produced, the significantly improved bleed or tapping behavior exhibit. These cutting materials (diamond crystals) are still firmly embedded in the metal matrix because the metal matrix in the area of the cut surface no structural deterioration learns how z. B. at a laser cutting process takes place.

Es können grundsätzlich auch andere Schneidstoffe, z. B. Bohrkarbid- oder Siliziumkarbid-Kristalle anstelle von Diamantkristallen oder in Mischungen mit Diamantkristallen eingesetzt werden. Bei dem Wasserstrahlschneidverfahren können dem Wasser Abrasivstoffe zugesetzt werden. In principle, other cutting materials, z. As Bohrkarbid- or silicon carbide crystals instead of diamond crystals or in mixtures with diamond crystals be used. In the water jet cutting process Abrasives can be added to the water.

Die Anschnittfläche kann eben oder uneben, z. B. mit konkaven und konvexen Bereichen, insbesondere wellenförmig ausgebildet sein, um hierdurch vorstehende Bereiche zur Verbesserung des Anschnittverhaltens zu erreichen. Zur Ausbildung einer wellenförmigen Schnittfläche muss lediglich der Wasserstrahl in einer entsprechenden Kurve anstelle einer geraden Linie geführt werden.The bleed surface may be flat or uneven, z. B. with concave and convex areas, in particular undulating be formed to thereby projecting areas for Improvement of the gate behavior to achieve. For training a wavy cut surface only needs the water jet in a corresponding curve instead of a straight line.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittansicht eines Abrasivelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2: einen Sinterkörper, aus dem das in Fig. 1 gezeigte Abrasivelement gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird;
Fig. 3: eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungsform.

The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings of some embodiments. Show it:

Fig. 1: a sectional view of an abrasive element according to an embodiment of the invention;
Fig. 2: a sintered body from which the abrasive element shown in Fig. 1 is made according to a method of the present invention;
Fig. 3: a comparison with FIG. 2 modified embodiment.

Gleiche Teile in den Figuren der Zeichnung sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same parts in the figures of the drawing are with the provided the same reference numerals.

Die Fig. 1 zeigt ein Abrasivelement 2 für Bohrkronen von Hohlbohrern mit einer Sintermetallmatrix 4, die z. B. pulvermetallurgisch hergestellt ist und in der Schneidstoffe, insbesondere Diamantkristalle 6 eingebettet sind. Eine Außenfläche des Abrasivelementes 2 weist eine durch ein Wasserstrahlschneidverfahren hergestellte oder durch Wasserstrahlen behandelte Anschnittfläche 8 auf, die aus der Oberfläche hervorstehende durch das Wasserstrahlschneidverfahren oder durch die Wasserstrahlbehandlung teilweise freigelegte Diamantkristalle 6 aufweist. Fig. 1 shows an abrasive element 2 for drill bits of hollow drills with a sintered metal matrix 4, the z. B. powder metallurgically produced and in the cutting materials, in particular diamond crystals 6 are embedded. A Outer surface of Abrasivelementes 2 has a through Water jet cutting method produced or by water jets treated gate area 8, from the Surface protruding through the water jet cutting process or by the water jet treatment partially has exposed diamond crystals 6.

Zur Herstellung eines solchen Abrasivelementes 2 wird gemäß Fig. 2 zunächst ein Sinterkörper 12 mit der Sintermetallmatrix 4 und den eingebetteten Diamantkristallen 6 hergestellt. Anschließend wird der Sinterkörper 12 durch ein Wasserstrahlschneidverfahren entlang der gezeigten Schnittlinie S1 in zwei Teile getrennt, die je für sich ein Abrasivelement 2, 2' bilden, die jeweils eine Schnittfläche 8, 10 aufweisen. Die in der Schnittlinie S1 liegenden Diamantkristalle 6 werden in der Regel in einem der beiden Abrasivelemente 2, 2' verbleiben und somit aus der betreffenden Anschnittfläche 8, 10 hervorstehen, da beim Wasserstrahlschneiden das weichere Metall bevorzugt herausgelöst wird, die Diamanten jedoch aufgrund ihrer größeren Härte und Verschleißfestigkeit von dem Wasserstrahl praktisch nicht beeinflusst werden. Die in Fig. 2 gezeigte Schnittlinie S1 ist gerade ausgeführt, so dass sich ebene Anschnittflächen 8, 10 bilden.For producing such Abrasivelementes 2 is 2, first, a sintered body 12 with the sintered metal matrix 4 and the embedded diamond crystals 6. Subsequently, the sintered body 12 by a Water jet cutting process along the cutting line shown S1 separated into two parts, each for itself an abrasive element 2, 2 'form, each having a sectional area 8, 10 have. The diamond crystals lying in the section line S1 6 are usually in one of the two abrasive elements 2, 2 'remain and thus from the relevant Bleed 8, 10 protrude, as in water jet cutting the softer metal is preferably dissolved out, the diamonds, however, due to their greater hardness and wear resistance practically unaffected by the water jet become. The cutting line S1 shown in Fig. 2 is just running, so that flat bleed surfaces 8, 10 form.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird der Sinterkörper 12 durch eine wellenförmige Schnittlinie S2 in zwei Abrasivelemente 11, 11' unterteilt, die entsprechend jeweils gewellte bzw. wellenförmige Anschnittflächen 14, 16 mit konvexen Bereichen 18 und konkaven Bereichen 17 aufweisen. Hierdurch wird die Flächenpressung erhöht. Auch bei dieser Ausführungsform ragt ein Teil der in der Schnittlinie S2 liegenden Diamantkristalle 6 nach dem Schneidvorgang aus der betreffenden Anschnittfläche heraus. Insgesamt ergibt sich dadurch ein weiter verbessertes Anschnittverhalten. Ein derartiges gutes Anschnittverhalten wird insbesondere durch hervorstehende Diamantkristalle in den konvexen, d. h. nach außen gewölbten Bereichen 18 erreicht.In the embodiment shown in Fig. 3, the Sinter body 12 by a wavy section line S2 in two abrasive elements 11, 11 'divided according to corrugated or wavy leading surfaces 14, 16, respectively having convex portions 18 and concave portions 17. As a result, the surface pressure is increased. Also at this embodiment, a part of the protrudes in the section line S2 lying diamond crystals 6 after the cutting process out of the relevant bleed area. Total results This results in a further improved bleed behavior. Such a good bleed behavior becomes particular by protruding diamond crystals in the convex, d. H. reaches outwardly arched areas 18.

Claims

Method for manufacturing an abrasive element (2) from a sintered metal matrix (4) containing cutting material (6), wherein the cutting material (6) is integrated or incorporated into the sintered metal matrix (4) and a cut area (8) is produced at the sintered metal matrix (4) provided with the cutting material (6) by water jet treatment or a water jet cutting method, characterized in that the sintered metal matrix (4)containing cutting material (6) is separated through a separation cut (S1, S2) by means of the water jet cutting method into two abrasive elements (2, 2', 11, 11') with complementary cut areas (8, 10, 14, 16).
Method according to claim 1, characterized in that the separation cut (S2) is carried out in a wave-like manner for the production of wavy cut areas (14, 16).
Method according to claim 1, characterized in that the cut area (8, 10) is plane.
Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that abrasive material is contained in the water jet used for the water jet cutting method.