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WO2004094111A1 - Verfahren zur herstellung eines abrasiven werkzeugs - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines abrasiven werkzeugs Download PDF

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Publication number
WO2004094111A1
WO2004094111A1 PCT/CH2004/000245 CH2004000245W WO2004094111A1 WO 2004094111 A1 WO2004094111 A1 WO 2004094111A1 CH 2004000245 W CH2004000245 W CH 2004000245W WO 2004094111 A1 WO2004094111 A1 WO 2004094111A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hard material
layer
material grains
grains
reinforcing layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CH2004/000245
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benno Zigerlig
Gregor Burkhard
Manfred Kiser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ
Eidgenoessische Materialpruefungs und Forschungsanstalt
Original Assignee
Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ
Eidgenoessische Materialpruefungs und Forschungsanstalt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ, Eidgenoessische Materialpruefungs und Forschungsanstalt filed Critical Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ
Publication of WO2004094111A1 publication Critical patent/WO2004094111A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0018—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for by electrolytic deposition

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an abrasive tool and an abrasive tool according to the preamble of claims 1 and 14, respectively.
  • EP-A-1'208'945 suggests sticking hard material grains to the tool surface.
  • adhesive droplets are applied to the surface of the tool in a predetermined pattern and the surface is sprinkled with the hard material grains. Only those grains that come into contact with a drop of glue stick. The non-sticky grains are removed again. This makes it possible to produce a tool with a highly precise distribution of the hard material grains.
  • the structured abrasive coating is achieved in that an electrically non-conductive mask layer is applied to the surface of the tool and the vacancies of the mask are covered with hard material grains, in particular with super hard material grains, in one or more galvanic process steps. A reinforcing layer is then preferably applied.
  • Pulse-plating is preferably used in the galvanic deposition, so that a uniform deposition can also be achieved on curved surfaces.
  • the reinforcement layer is used to deposit hard material grains, which, however, have a diameter many times smaller than the hard material grains filled in the vacancies. This reinforces this layer and supports the hard grains.
  • hard material grains with different diameters can be applied to the tool surface with a minimal number of process steps.
  • the mask layer is provided with vacancies of different sizes and the galvanic deposition is divided into several sub-steps, with each sub-step Hard grains of a kind are to be separated, starting with the kind with the largest grain diameter.
  • Figure 2a is a top view of a tool after the second manufacturing step;
  • FIG. 2b shows an enlarged detail according to FIG. 2a;
  • Figure 3a is a top view of a tool after the fifth manufacturing step
  • FIG. 3b shows an enlarged detail after the fourth manufacturing step
  • FIG. 4a shows a cross section through a schematically shown Surface of a tool with a chemically applied further layer
  • FIG. 4b shows a cross section through a schematically represented surface of a tool with an electrolytically applied further layer
  • FIG. 5a shows a cross section through a schematically represented surface of a tool according to a second variant of the method
  • Figure 5b shows the surface according to a third variant of the method
  • 5c shows the surface with a hard material layer as a mask layer
  • Figure 6 shows the surface with armor of the other layer
  • Figures 7a to 7d a schematically illustrated surface of a tool in a first to fourth manufacturing step according to a further variant of the invention.
  • a mask layer 2 is applied to a base body 1 of an abrasive tool to be produced.
  • This mask layer 2 is preferably a lacquer or color layer.
  • metal ions with or without the aid of a suitable external power source or a chemical electron donor, are extracted from aqueous deposited solution, hereinafter referred to as a galvanic process, the layer 2 must be electrically non-conductive.
  • FIGS. 2a and 2b show a surface of the tool provided with the mask layer 2.
  • the layer 2 now forms a mask with empty spaces 20.
  • the tool with its mask layer 2 is subjected to a galvanic coating process of a known type.
  • a galvanic coating process of a known type.
  • the exposed sections of the surfaces of the workpiece are activated and nickel or another suitable material is deposited together with hard material grains 4, in particular super hard material grains such as diamonds or CBN.
  • Nickel adheres to the free surfaces and forms a carrier layer 3.
  • each empty space 20 there is only one hard material grain 4.
  • the galvanic coating process i.e. the nickel plating, preferably takes place in a sulfate bath or a sulfamate bath.
  • the mask layer 2 is removed in a fourth step according to FIG. Which of the known methods of removal is used depends on the material used.
  • a fifth step according to FIG. 1f the structural height is increased and thus the anchoring of the hard material grains 4 is further reinforced by applying a further layer, hereinafter called reinforcing layer 5, to the entire surface of the tool that is now exposed. Again, this is preferably a nickel layer.
  • reinforcing layer 5 a further layer
  • This reinforcing layer 5 can be applied chemically or electrochemically.
  • the chemical method has the advantage that regardless of the profile geometry, more uniform layer thicknesses are achieved. If the electrochemical method is used, a sulfamate bath or a sulfate gloss bath is preferably used again. A chemical nickel bath is preferably used in the chemical method.
  • Figure 4a shows the result of a chemical process, Figure 4b of an electrochemical.
  • the backing layer 3 and the reinforcement slide 5 together usually have a thickness of 40% to 60% of the nominal grain size of the hard material grains 4.
  • the thickness of the mask layer 2 depends on the nominal grain size of the hard material grains to be applied.
  • the thickness of the mask layer 2 is typically 10% to 100% of the nominal grain size. Good results were achieved in the range of 20% - 60%.
  • the diameter of the vacancies 20 also depend on the nominal size of the hard material grains 4. If a single grain separation is to be achieved, the vacancies 20 should have a size which is only slightly larger than the nominal diameter of the grains. In the case of grain clusters, they are correspondingly larger. Typical diameters of the vacancies 20 are 1 ⁇ m to 1 mm.
  • nickel is preferably used both for the carrier layer 3 and for the reinforcing layer 5. However, other suitable materials can also be used.
  • a mask layer 2 can be used instead of a paint walls ⁇ res electrically non-conductive material, such as a hard material layer, a dry or wet resist, use.
  • the mask layer 2 can be structured as described above after application to the base body 1. However, it can also be structured during application, for example by spraying it on through a mask. Furthermore, it can also be structured beforehand and applied, for example, in the form of a film or a perforated plate. If the layer is structured after application, this can be done instead of with a laser. also take place thermally, mechanically or chemically.
  • a hard material layer consisting of several partial layers.
  • an electrically non-conductive, insulating partial layer and an electrically conductive partial layer the latter making it easier to overgrow the reinforcing layer.
  • a hard material layer it is not necessary, depending on the area of application, to provide the entire exposed surface of the tool with the reinforcing layer. It is sufficient if it is applied in the area of the hard material grains, in which case it can overgrow the hard material layer, as shown in FIG. 5c.
  • the structured carrier layer and the reinforcement layer visibly consist of two different layers, which is also evident in the finished tool, more precisely in a cross section. of, can be determined.
  • said egg already ⁇ ne support layer is placed in the desired final thickness up ⁇ 3 in this case, in the third step, together with the Hartstoffk ⁇ rnern. 4
  • the structured mask layer 2 is not or only partially removed, but the reinforcement layer is applied over the mask layer 2, as shown in FIG. 5b.
  • This variant is particularly suitable for relatively thin hard material layers.
  • the reinforcement layer 5 is applied only over the carrier layer 3. This is shown in Figure 5a. After the mask layer 2 has been removed, this variant has a greater free space on the tool surface than the variant lf.
  • the hard material grains are preferably applied by means of suitable current modulation with the aid of alternating anodic or cathodic current switching and also current pauses / interruptions, hereinafter referred to as pulse plating.
  • Pulse plating differs from the usual galvanic processes in that the electrical voltage is not applied constantly but in a pulsed manner. Increased voltage at the edges and unfavorable tool-electrode spacings can cause an uneven layer growth of the nickel layer. It has been shown that significantly more homogeneous support and reinforcement layers can be formed by pulsing the current.
  • the pulse plating can be used for the application of the carrier and / or the reinforcing layer 3, 5. In a further variant of the method, shown in FIG.
  • hard material grains 4, 4 ' are applied in different sizes.
  • the surface of the tool to be machined is provided with a structured mask layer 2 as described above.
  • This mask layer 2 now has empty spaces 20, 21 of different sizes.
  • hard material grains 4 of a first type which have the largest or larger diameter, are first deposited. These hard material grains 4 of the first type can only accumulate in the larger empty spaces 20. The diameters of the smaller empty spaces 21 are too small for this.
  • hard granules 4 'of a second type which now have a smaller diameter, are deposited in the second empty spaces 21.
  • the following steps correspond to the method steps 1d to 1f described above.
  • the method can also be carried out with more types of hard material grains 4, 4 'and vacancies 20, 21, as long as they start with the largest diameter and with the smallest diameter. water of the existing group of hard material grains to be applied.
  • An advantage of this method is that only a single resist layer 2 is necessary and also the masking be ⁇ relationship, the spaces in a single process step can be applied. It is also advantageous that the galvanic deposition can be carried out in successive steps, so that the transport paths of the tools can be minimized during manufacture.
  • flat surfaces are shown here in the drawings, curved or differently shaped surfaces, in particular those with complicated geometries, can also be coated with the method according to the invention.
  • the focus of the laser on the respective surface must be set in the second method step. This can be achieved by changing the position of the laser or, even more simply, by correspondingly moving the workpiece to be produced. It is also advantageous if pulse plating is used.
  • the reinforcing layer 5 and / or the carrier layer 3 can also be provided with different additives or alloy components, for example in order to increase the corrosion protection and the hardness.
  • 4 placeholders can also be separated together with the hard material grains.
  • Such placeholders are, for example, glass balls, glass powder or graphite parts. This allows the grain density in the clusters to be controlled and / or the tribological properties to be changed. If desired, the placeholders can be removed afterwards using a suitable medium. be solved.
  • the method according to the invention enables simple and inexpensive production of a high-performance abrasive tool.
  • Base body mask layer Vacancies Vacancies Carrier layer Hard material grains Hard material grains Hard material grains Reinforcing layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

In einem Verfahren zur Aufbringung von Hartstoffkörnern auf eine Werkzeugoberfläche in einem vorgegebenen Muster wird die Ober­fläche mit einer elektrisch nicht leitenden Maskenschicht (2) versehen, welche Leerstellen (20) aufweist. Die Hartstoffkörner (4) werden mittels eines galvanischen Prozessschritts, insbeson­dere mittels Pulse-Plating, in die Leerstellen (20) abgeschie­den. Anschliessend wird die Oberfläche mit einer Verstärkungs­schicht (5) versehen.

Description

Verfahren sur Herstellung eiaes ahrasi'yeπ, Werkseags
Technisches Gebiet
ie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines abra- siven Werkzeugs und ein abrasives Werkzeug ge äss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 14.
Stand der Technik
Die wirtschaftliche Gestaltung eines Schleifprozesses ist mass- geblich von der erzielbaren Abtragsleistung abhängig. Hohe Abtragsleistungen erhöhen jedoch die Anforderungen an die Schleifwerkzeuge. So müssen diese Werkzeuge zum einen hohe Kornüberstände und -abstände aufweisen, damit sowohl Späne als auch Kühlschmiermittel in der Kontaktzone zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück genügend Platz vorfinden. Zum anderen müssen diese Werkzeuge an hochbeanspruchten Stellen wie Kanten und exponierten Profilspitzen grössere Korndichten oder robustere, grössere Körner aufweisen.
Aus dem Stand der Technik sind deshalb verschiedene Verfahren bekannt, um abrasive Werkzeuge mit Hartstoffkörner , zu versehen. Ein galvanisches Verfahren, in welchem eine Schleifmittelschicht bestehend aus einer Nickelschicht und . Hartstoffkörnern auf ein Schleifwerkzeug aufgebracht wird, ist beispielsweise aus CH-A- 644' 295 bekannt. Galvanisch gebundene Abrasivwerkzeuge zeichnen sich durch ihre Beständigkeit und eine hohe erreichbare Werk¬ zeuggenauigkeit aus. Nachteilig ist jedoch, dass die Möglichkei¬ ten zur Beeinflussung der Korndichte und -Verteilung sehr be¬ grenzt sind.
Aus US-A-6'039 '641 ist ein Herstellungsverfahren bekannt, wel¬ ches eine Maske verwendet, um Diamantkörner definiert auf einer Trägeroberfläche anzuordnen. Zur Fixierung werden die Diamant- kδrner in die Trägerschicht eingelötet .
EP-A-1'208'945 schlägt vor, Hartstoffkörner auf die Werkzeugoberfläche aufzukleben. Hierzu werden auf der Oberfläche des Werkzeugs Klebstofftröpfchen in einem vorgegebenen Muster aufgebracht und die Oberfläche mit den Hartstoffkörnern bestreut. Dabei bleiben nur diejenigen Körner haften, welche in Kontakt mit einem Klebstofftropfchen kommen. Die nicht haftenden Körner werden wieder entfernt. Dadurch lässt sich ein Werkzeug mit hochgenauer Verteilung der Hartstof körner herstellen.
Diese zwei letztgenannten Verfahren weisen den Nachteil auf, dass im Vergleich zu- den galvanisch hergestellten Werkzeugen ein thermischer Prozess erforderlich ist, der zum Bauteilverzug und einer Schädigung der Hartstoffkörner infolge thermischer Belastung und chemischen Grenzflächenreaktionen führen kann.
Darstellung der Erfindung
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung eines leistungsstarken abrasiven Werkzeugs mit strukturiertem Schleifbelag zu schaffen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein abrasives Werkzeug zu schaffen, welches leistungsstark ist, einen strukturierten Schleifbe- lag aufweist und auf wirtschaftliche Weise herstellbar ist.
Diese Aufgaben lösen ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 1 .
Im erfindungsgemässsen Verfahren wird der strukturierte Schleif- belag dadurch erzielt, dass eine elektrisch nicht leitende Maskenschicht auf die Oberfläche des Werkzeugs aufgebracht wird und die Leerstellen der Maske in einem oder mehreren galvanischen Prozessschritten mit Hartstoffkörnern, insbesondere mit Superhartstoffkörnern, belegt werden. Anschliessend wird vorzugsweise eine Verstärkungsschicht aufgebracht.
Je nach Wahl der Grosse der Leerstellen lassen sich Einzelkorn- abscheidüngen oder Cluster von Hartstoffkörnern in den Leerstellen erzielen.
Vorzugsweise wird bei der galvanischen Abscheidung Pulse-Plating verwendet, so dass eine gleichmässige Abscheidung auch bei gekrümmten Oberflächen erzielt werden kann.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens werden mit der Ver- stärkungsschiσht Hartstoffkörner abgeschieden, welche jedoch einen um ein Vielfaches kleineren Durchmesser aufweisen als die in die Leerstellen gefüllten Hartstoffkörner. Dadurch wird diese Schicht nochmals verstärkt und die Hartsto fkörner gestützt.
In einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens lassen sich Hartstoffkörner mit unterschiedlichen Durchmessern mit einer minimalen Anzahl an Prozessschritten auf die Werkzeugoberfläche aufbringen. Hierzu wird die Maskenschicht mit Leerstellen verschiedener Grosse versehen und die galvanische Abscheidung in mehrere Teilschritte unterteilt, wobei in jedem Teilschritt Hartstoffkörner einer Art, beginnend mit der Art mit dem grδss- ten Korndurchmesser, abgeschieden werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Maskenschicht nur einmal aufgebracht und strukturiert werden mnss und dass das Werkzeug zwischen den einzelnen galvanischen Teilprozessschritten nicht behandelt werden muss .
Weitere vorteilhafte Varianten des Verfahrens und vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, erläutert. Es zeigen:
Figuren la bis If einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Oberfläche eines Werkzeugs in einem ersten bis fünften Herstellungsschritt
Figur 2a eine Ansicht von oben auf ein Werkzeug nach dem zweiten Herstellungsschritt ; Figur 2b einen vergrösserten Ausschnitt gemäss Figur 2a;
Figur 3a eine Ansicht von oben auf ein Werkzeug nach dem fünften Herstellungsschritt ;
Figur 3b einen vergrösserten Ausschnitt nach dem vierten Herstellungsschritt ;
Figur 4a einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Oberfläche eines Werkzeugs mit einer chemisch aufgebrachten weiteren Schicht; Figur 4b einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Oberfläche eines Werkzeugs mit einer elektrolytisch aufgebrachten weiteren Schicht;
Figur 5a einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Oberfläche eines Werkzeugs gemäss einer zweiten Variante des Verfahrens;
Figur 5b die Oberfläche gemäss einer dritten Variante des Verfahrens;
Figur 5c die Oberfläche mit einer Hartstoffschicht als Maskenschicht;
Figur 6 die Oberfläche mit einer Panzerung der weiteren Schicht und
Figuren 7a bis 7d eine schematisch dargestellte Oberfläche eines Werkzeugs in einem ersten bis vierten Herstellungsschritt gemäss einer weiteren Variante der Erfindung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Eine bevorzugte Variante des Verfahrens ist in den Figuren la bis lf dargestellt. In einem ersten Schritt gemäss Figur la wird auf einen Grundkörper 1 eines herzustellenden abrasiven Werkzeugs eine Maskenschicht 2 aufgebracht. Vorzugsweise ist diese Maskenschicht 2 eine Lack- oder Farbschicht. Werden in einem späteren Verfahrensschritt, wie dies hier der Fall ist, Metall- Ionen, mit oder ohne zu Hilfenahme einer geeigneten äusseren Stromquelle oder eines chemischen Elektronen-Donators, aus wäss- riger Lösung abgeschieden, nachfolgend als galvanischer Prozess bezeichnet, muss die Schicht 2 elektrisch nicht leitend ausgebildet sein.
Vorzugsweise wird sie homogen aufgetragen und anschliessend strukturiert. Dies erfolgt im zweiten Schritt gemäss Figur Ib. Der Abtrag erfolgt vorzugsweise mittels eines hierfür geeigneten Lasers, beispielsweise mit einem Nd.Yag-Laser, einem Exci er- Laser oder einem Argonlaser. Es sind auf dem Markt Markierungs- lasermaschinen bekannt, welche Materialien in beliebigen Mustern und in kleinster Form abtragen können. Die Figuren 2a und 2b zeigen eine mit der Maskenschicht 2 versehene Oberfläche des Werkzeugs .
Wie in Figur lc dargestellt ist, bildet die Schicht 2 nun eine Maske mit Leerstellen 20. In einem dritten Schritt gemäss Figur ld wird das Werkzeug mit seiner Maskenschicht 2 einem galvanischen Beschichtungsprozess bekannter Art unterworfen. Das heisst, die freiliegenden Abschnitte der Oberflächen des Werkstücks werden aktiviert und Nickel oder ein anderes geeignetes Material wird zusammen mit Hartstoffkörnern 4, insbesondere Superhartstoffkörnern wie Diamanten oder CBN, abgeschieden. Nickel haftet an den freien Oberflächen an und bildet eine Trägerschicht 3. In jeder Leerstelle 20 befindet sich nur ein Hartstoffkörn 4. Es ist aber auch möglich, Korncluster abzuscheiden. Da Nickel und die Hartstoffkörner 4 an der Maskenschicht 2 nicht anhaften, bleiben diese Bereiche frei. Der galvanische Beschichtungsprozess, das heisst das Annickeln, findet vorzugsweise in einem Sulfat-Bad oder einem Sulfamat-Bad statt.
In einem vierten Schritt gemäss Figur le wird die Maskenschicht 2 entfernt. Welche der bekannten Methoden zur Entfernung verwendet wird, hängt vom verwendeten Material ab. In einem fünften Schritt gemäss Figur lf wird die Strukturhδhe vergrössert und somit die Verankerung der Hartstoffkörner 4 noch verstärkt, indem auf die nun freigelegte gesamte Oberfläche des Werkzeugs eine weitere Schicht, im folgenden Verstärkungsschicht 5 genannt, aufgebracht wird. Vorzugsweise handelt es sich dabei wiederum um eine NickelSchicht. Das Ergebnis mit einer Einzelkornbelegung ist anhand eines Beispiels in den Figuren 3a und 3b dargestellt .
Diese Verstärkungsschicht 5 kann chemisch oder elektrochemisch aufgebracht werden. Die chemische Methode hat den Vorteil, dass ungeachtet der Profilgeometrie gleichmässigere Schichtstärken erzielt werden. Wird die elektrochemische Methode verwendet, so wird vorzugsweise wiederum ein Sulfamat-Bad oder ein Sulfatglanz-Bad verwendet. In der chemischen Methode wird vorzugsweise ein Chemisch-Nickel-Bad eingesetzt. Figur 4a zeigt das Ergebnis eines chemischen Prozesses, Figur 4b eines elektrochemischen.
Die Trägerschicht 3 und die Ve stärkungsschiebt 5 weisen zusammen je nach Anwendung und verwendeter Kornsorte üblicherweise eine Dicke von 40% bis 60% der nominalen Korngrösse der Hartstoffkörner 4 auf . Die Dicke der Maskenschicht 2 hängt von der nominalen Korngrösse der aufzubringenden Hartstoffkörner ab. Typischerweise beträgt die Dicke der Maskenschicht 2 10% bis 100% der nominalen Korngrösse. Gute Resultate wurden im Bereich von 20% - 60% erzielt. Die Durchmesser der Leerstellen 20 hängen ebenfalls von der nominalen Grosse der Hartstoffkörner 4 ab. Soll eine Einzelkornabscheidung erzielt werden, so sollen die Leerstellen 20 eine Grosse aufweisen, welche nur leicht grösser ist als der nominale Durchmesser der Körner. Im Falle von Korn- clustern sind sie entsprechend grösser. Typische Durchmesser der Leerstellen 20 liegen bei 1 μm bis 1 mm. Vorzugsweise wird in diesem Verfahren Nickel sowohl für die Trägerschicht 3 als auch für die Verstärkungsschicht 5 verwendet. Es lassen sich jedoch auch andere geeignete Materialien einsetzen.
Als Maskenschicht 2 lässt sich anstelle von Lack auch ein ande¬ res elektrisch nicht-leitendes Material, beispielsweise eine Hartstoffschicht, ein Trocken- oder Nass-Photolack, einsetzen. Die Maskenschicht 2 lässt sich wie oben beschrieben nach der Applikation auf den Grundkörper 1 strukturieren. Sie lässt sich jedoch auch während dem Aufbringen strukturieren, beispielsweise in dem sie durch eine Maske aufgesprüht wird. Des weiteren lässt sie sich auch vorher strukturieren und beispielsweise in Form einer Folie oder eines Lochblechs aufbringen. Wird die Schicht nach der Applikation strukturiert, so kann dies anstatt mit einem Laser. auch thermisch, mechanisch oder chemisch erfolgen.
Es ist auch möglich, eine aus mehreren Teilschichten bestehende Hartstoffschicht zu verwenden. Insbesondere ist es möglich, eine elektrisch nicht leitende, isolierenden Teilschicht und eine elektrisch leitende Teilschicht aufzubringen, wobei letztere ein Überwachsen der Verstärkungsschicht erleichtert. Wird eine Hartstoffschicht verwendet, ist es je nach Anwendungsbereich nicht notwendig, die gesamte freiliegende Oberfläche des Werkzeugs mit der Verstärkungsschicht zu versehen. Es genügt, wenn sie im Bereich der Hartstoffkörner aufgebracht wird, wobei sie in diesen Bereichen die Hartstoffschicht durchaus überwachsen kann, wie dies in Figur 5c dargestellt ist.
Die strukturierte Trägerschicht und die Verstärkungsschicht bestehen sichtbar aus zwei verschiedenen Schichten, was sich auch beim fertiggestellten Werkzeug, genauer an einem Querschnitt da- von, feststellen lässt.
In einer anderen Variante des Verfahrens wird auf den fünften Schritt gemäss Figur lf verzichtet, wobei in diesem Fall im dritten Schritt gemeinsam mit den Hartstoffkδrnern 4 bereits ei¬ ne Trägerschicht 3 in der gewünschten endgültigen Dicke aufge¬ bracht wird.
In einer weiteren Variante des Verfahrens wird die strukturierte Maskenschicht 2 nicht oder nur teilweise entfernt, sondern die Verstärkungsschicht wird über die Maskenschicht 2 aufgebracht, wie in Figur 5b dargestellt ist. Diese Variante eignet sich insbesondere bei relativ dünnen Hartstoffschichten.
In einer weiteren Variante des Verfahrens wird die .Verstärkungs- schicht 5 nur über die Trägerschicht 3 aufgebracht . Dies ist in Figur 5a gezeigt. Nach entfernen der Maskenschicht 2 weist diese Variante einen höheren Freiraum auf der Werkzeugoberfläche auf als die Variante lf .
Die Aufbringung der Hartstoffkδrner erfolgt vorzugsweise mittels geeigneter Strommodulation unter zu Hilfenahme von wechselweiser anodischer beziehungsweise kathodischer Stromschaltung sowie von Strompausen / Unterbrechungen, nachfolgend Pulse-Plating genannt. Pulse-Plating unterscheidet sich von den üblichen galvanischen Verfahren dadurch, dass die elektrische Spannung nicht konstant sondern gepulst angelegt wird. Spannungsüberhöhungen an Kanten und ungünstige Werkzeug-Elektrodenabstände können ein un- gleichmässiges Schichtwachstum der Nickelschicht verursachen. Es hat sich gezeigt, dass sich durch ein Pulsen des Stroms deutlich homogenere Träger- und Verstärkungsschichten ausbilden lassen. Das Pulse-Plating lässt sich für die Aufbringung der Trägerund/oder der Verstärkerschicht 3, 5 einsetzen. In einer weiteren Variante des Verfahrens, dargestellt in Figur 6, werden bei der Aufbringung der Verstärkungsschicht 5 weitere Hartstoffkörner 40 aufgebracht, welche jedoch einen um ein Vielfaches kleineren Durchmesser aufweisen als die Hartstoffkörner 4 der Trägerschicht 3. Dadurch wird die Verstärkungsschicht 5 nochmals verstärkt und ist somit mechanisch beständiger. Diese Variante erfolgt vorzugsweise elektrochemisch.
In einer weiteren Variante des Verfahrens, welche in den Figuren 7a bis 7d dargestellt ist, werden Hartstoffkörner 4, 4' in verschiedenen Grossen aufgebracht. Hierzu wird die zu bearbeitende Oberfläche des Werkzeugs wie oben beschrieben mit einer strukturierten Maskenschicht 2 versehen. Diese Maskenschicht 2 weist nun Leerstellen 20, 21 unterschiedlicher Grosse auf. In einem nächsten, in Figur 7c dargestellten Schritt, werden zuerst Hartstoffkörner 4 einer ersten Art, welche den grössten beziehungsweise grösseren Durchmesser aufweisen, abgeschieden. Diese Hartstoffkörner 4 der ersten Art können sich nur in die grösseren Leerstellen 20 anlagern. Die Durchmesser der kleineren Leerstellen 21 sind hierzu zu klein. In einem nächsten Schritt werden Hartsto körner 4' einer zweiten Art, welche nun einen kleineren Durchmesser aufweisen, in die zweiten Leerstellen 21 abgeschieden. Durch eine entsprechende Wahl der Abscheideparameter ist es dabei möglich, die verschiedenen Hartstoffkörner auf unterschiedlichen Höhen oder auf einer gemeinsamen Höhe einzulagern.
Die nachfolgenden Schritte entsprechen den oben beschriebenen Verfahrensschritten ld bis lf. Obwohl in den Figuren nur zwei verschiedene Grossen von Leerstellen 20, 21 dargestellt sind, lässt sich das Verfahren auch mit mehr Arten von Hartstoffkörnern 4, 4' und Leerstellen 20, 21 durchführen, solange mit dem grössten Durchmesser angefangen und mit dem kleinsten Durchmes- ser der vorhandenen Gruppe der aufzubringenden Hartstoffkörnern geendet wird. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass nur eine einzige Lackschicht 2 notwendig ist und auch die Maskierung be¬ ziehungsweise die Leerstellen in einem einzigen Verfahrens- schritt aufgebracht werden können. Vorteilhaft ist ferner, dass die galvanische Abscheidung in nacheinanderfolgenden Schritten durchgeführt werden kann, so dass die Transportwege der Werkzeuge während der Herstellung minimiert werden können.
Obwohl hier in den Zeichnungen plane Oberflächen dargestellt sind, lassen sich mit dem erfindungsgemässen Verfahren auch gewölbte oder anders geformte Oberflächen, insbesondere solche mit komplizierten Geometrien, beschichten. Hierzu uss im zweiten Verfahrensschritt der Fokus des Lasers auf die jeweilige Oberfläche eingestellt werden. Dies lässt sich durch Veränderung der Lage des Lasers oder noch einfacher durch entsprechende Bewegung des herzustellenden Werkstücks erzielen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn Pulse-Plating verwendet wird.
Die Verstärkungsschicht 5 und/oder die Trägerschicht 3 können auch mit unterschiedlichen Additiven oder Legierungskomponenten versehen sein, um beispielsweise den Korrosionsschutz und die Härte zu erhöhen.
Falls mehr als ein Hartstoffkörn 4 pro Leerstelle 20 eingebracht werden soll, also Cluster gebildet werden sollen, so können gemeinsam mit den Hartstoffkörnern 4 Platzhalter mitabgeschieden werden. Derartige Platzhalter sind beispielsweise Glaskugeln, Glaspulver - oder Graphitteile. Dadurch lassen sich die Korndichte in den Cluste n steuern und / oder die tribologischen Eigenschaften lassen sich ändern. Falls erwünscht, können die Platzhalter hinterher mittels eines geeigneten Mediums wieder aufge- löst werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung eines leistungsstarken abrasiven Werkzeugs .
Bezugszeichenliste
Grundkörper Maskenschicht Leerstellen Leerstellen Trägerschicht Hartstoffkörner Hartstoffkörner Hartstoffkörner Verstärkungsschicht

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufbringung von Hartstoffkörnern auf eine Werkzeugoberfläche in einem vorgegebenen Muster, wobei die Oberfläche mit einer elektrisch nicht leitenden Maskenschicht (2) versehen wird, welche Leerstellen (20) aufweist, wobei Hartstoffkörner (4) mittels eines galvanischen Prozessschritts in die Leerstellen (20) abgeschieden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche mit einer Verstärkungsschicht (5) versehen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Mas- kenschicht (2) in Form einer gleichmässigen Schicht auf die Oberfläche aufgebracht wird und die Leerstellen (20) mittels eines Lasers, chemisch, thermisch oder- mechanisch in die aufgebrachte Schicht (2) geformt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei Pulse- Plating zum Abscheiden der Hartstoffkörner (4) und/oder zur Aufbringung der Verstärkungsschicht (5) eingesetzt wird.
5. Verf hren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Maskenschicht (2) vor Aufbringung der Verstärkungsschicht (5) entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Maskenschicht (2) von der Verstärkungsschicht (5) mindestens teilweise überwachsen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei für die Abscheidung der Hartstoffkörner (4) und der Aufbringung der Verstärkungsschicht (5) zwei galvanische Bäder mit unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 , wobei als Maskenschicht (2) eine Farbe, ein Lack oder eine Hartstoffschicht verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zur Ab¬ scheidung der Hartstoffkörner (4) und/oder als Verstärkungsschicht (5) Nickel verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Verstärkungsschicht (5) galvanisch aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei gemeinsam mit der Verstärkungsschicht (5) weitere Hartstoffkörner (40) abgeschieden werden, welche einen um ein Vielfaches kleineren Durchmesser aufweisen als die in die Leerstellen (20) abgeschiedenen Hartstoffkörner (4) .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei dieselbe Maskenschicht (2) vor Abscheidung der Hartstoffkörner (4, 4') mit Leerstellen (20, 21) mit unterschiedlichen Durchmessern versehen wird und wobei die galvanische Abscheidung der Hartstoffkörner (4, 4') in mehrere Teilschritte unterteilt ist, wobei in einem ersten Teilschritt Hartstoffkörner (4) mit den grössten Durchmessern abgeschieden werden und in nachfolgenden Teilschritten jeweils Hartstoffkörnern (4') mit den nächstfolgend kleineren Durchmessern der vorhandenen Gruppe der aufzubringenden Hartstoffkörnern abgeschieden werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Maskenschicht (2) in einer Dicke von 10% bis 100%, vorzugsweise von 20% bis 60% der nominalen Grosse der Hartstoffkδrner (4) aufgebracht wird.
14. Abrasives Werkzeug mit einer Hartstoffkörner-Beschichtung, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Hartstoffkörner (4) in einem vorgegebenen Muster angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffkörner (4) galvanisch aufgebracht sind.
15. Werkzeug nach Anspruch 14, wobei die Hartstoffkörner in einer Trägerschicht (3) fixiert und durch eine Verstärkungsschicht
(5) verstärkt sind, wobei sich die Trägerschicht (3) lokal begrenzt um einzelne Hartstof körner (4) oder Hartstof kör- nercluster erstreckt.
16. Werkzeug nach Anspruch 15, wobei die Trägerschicht und/oder die Verstärkungsschicht (3) aus Nickel besteht.
17. Werkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Verstärkungsschicht (5) eine Maskenschicht (2) vorhanden ist, deren Maske dem Muster der angeordneten Hartsto fkörner (4) entspricht.
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