DE3872200T2 - Abrasives produkt. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Abrasivprodukte.
• Abrasivkompakts finden weite Verwendung zum Schneiden, Fräsen, Schleifen, Bohren und anderen Abrasivoperationen. Die Abrasivkompakts bestehen aus Partikeln von polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid, die zu einem kohärenten harten Konglomerat verbondet sind. Der Anteil an Abrasivpartikeln in Abrasivkompakts ist hoch, und es existiert ein beträchtliches Ausmaß an direkter Partikel-zu-Partikel-Verbondung. Abrasivkompakts werden unter erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen gefertigt, unter denen der Abrasivpartikel, gleichgültig ob er aus Diamant oder kubischem Bornitrid besteht, kristallographisch stabil ist.
• Abrasivkompakts tendieren zu Brüchigkeit, und zum Gebrauch sind sie häufig durch Verbondung mit einem zementierten Karbidsubstrat gestützt. Solche gestützten Abrasivkompakts sind bekannt als verbund-Abrasivkompakts. Verbund-Abrasivkompakts können als solche in der Arbeitsfläche eines Abrasivwerkzeugs verwendet werden. Alternativ, insbesondere bei Bohr- und Bergbauvorgängen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Verbund-Abrasivkompakt mit einem länglichen zementierten Karbidzapfen zu verbonden, um eine als Schaftmeißel bekannte Vorrichtung zu erzeugen. Der Schaftmeißel wird dann in der Arbeitsfläche einer Bohrkrone oder eines Bergbaumeißels montiert.
• Neuerlich ist auf dem Markt ein Verbund-Diamant-Abrasivkompakt eingeführt worden, der als "Klauen"-Schneider bekannt ist. Der "Klauen"-Schneider weist eine Diaant-Kompaktschicht auf dem zementiertem Karbidsubstrat und Zusätzlich eine Gruppe von Nuten auf, die in dem Substrat unmittelbar hinter der Diamant-Kompaktschicht ausgebildet sind und Diamant-Kompakt enthalten. Bei Benutzung erfolgt eine Abnutzung, und sobald diese Abnutzung die genutete Zone erreicht hat, entwickelt sich eine Nutenstruktur aus abwechselnd dicken und dünnen Kompakt-Rippen, durch die sich eine längere und wirkungsvollere Abrasivwirkung erzielen läßt.
• Die Europäische Patentveröffentlichung 0177466 beschreibt ein Schneidelement für eine Bohrkrone, das einen Körper aus einem harten Material, etwa zementiertem Karbid, aufweist, bei dem Streifen aus einer Diamantsubstanz, etwa Diamantkompakt, in auf einer Schneidfläche des Körpers ausgebildeten Nuten angeordnet sind.
• EP-A-0 214 795 beschreibt einen Abrasivkompakt, bei dem sich der Abrasivkompakt abwärts in das Karbidsubstrat hinein in eine Randnut erstreckt. Diese Erstreckung des Kompakts ist dazu bestimmt, teilweise in die Arbeitsfläche eines Werkzeugs eingebettet zu werden und schützt das Karbid vor Spänen, die bei Benutzung von der Schneidkante abspringen; siehe Z.B. Seite 7, Zeilen 4 bis 11.
• Nach der Erfindung ist ein Werkzeugeinsatz gemäß Patentanspruch 1 vorgesehen.
• Ferner ist nach der Erfindung ein Schneidwerkzeug vorgesehen, das einen Werkzeugeinsatz der oben beschriebenen Art aufweist, der in einer Arbeitsfläche des Werkzeugs montiert ist und dessen Schneidkante freiliegt.
• Der oben beschriebene Werkzeugeinsatz kann durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten gefertigt werden: Schaffung eines zementierten Karbidkörpers mit einer ebenen Fläche an jeder seiner einander entgegengesetzten Seiten, wobei in der einen ebene Fläche mindestens eine gekrümmte Vertiefung ausgebildet ist, Auftragen einer Schicht aus Kompaktbildungsmaterial auf der die Vertiefung aufweisenden ebenen Fläche, derart, daß das Material die Vertiefung füllt und auf der Fläche eine Schicht bildet, und Aussetzen der so gebildeten Baugruppe derart erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen, daß aus dem Abrasivkompaktbildungsmaterial ein Abrasivkompakt erzeugt wird.
• Figur 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform der Herstellung eines Werkzeugeinsatzes nach der Erfindung;
• Figur 2 zeigt eine Ansicht längs der Linie 2-2 von Figur 1;
• Figur 3 zeigt eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht des mit dem Verfahren hergestellten Werkzeugeinsatzes;
• Figur 4 zeigt den Werkzeugeinsatz von Figur 3, der zur Bildung eines Schaftmeißels mit einein länglichen Zapfen verbondet ist;
• Figur 5 zeigt den Schaftmeißel von Figur 4 nach Benutzung bei einem Bohrvorgang oder einem ähnlichen Vorgang;
• Figur 6 zeigt eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Werkzeugeinsatzes nach der Erfindung.
• Die Vertiefungen können in Form einer Spirale ausgebildet sein, die vom Zentrum des Abrasivkompakts nach außen hin ausgeht. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Vertiefung eine von mehreren kreisförmigen konzentrischen Vertiefungen, welche hinter der Schneidkante angeordnet sind.
• Die Ausnehmung oder die Ausnehmungen haben vorzugsweise eine Querschnittsfläche in der Größenordnung von 1 mm² bis 8 mm². Bei den konzentrischen Vertiefungen ist jede Vertiefung typischerweise um einen Abstand in der Größenordnung von 1 mm bis 3 mm von der ihr am nächsten benachbarten Vertiefung beabstandet. Die Vertiefung oder die Vertiefungen erstrecken sich in die Halterung aus zementiertem Karbid hinein. Typischerweise geht die Erstreckung der Vertiefung oder der Vertiefungen in die Halterung aus zementiertem Karbid in eine Tiefe von 1 mm bis 3 mm ausgehend von der Grenzf läche zwischen Kompakt und Karbid.
• Jede Vertiefung enthält abrasives Kompaktmaterial. Dieses abrasive Kompaktmaterial ist mit der Schicht aus abrasivem Kompakt, die mit der Halterung aus zementiertem Karbid verbunden ist, einstückig ausgebildet.
• Unter dem hier verwendeten Kompaktbildungsmaterial ist Material zu verstehen, aus dem sich an abrasiver Kompakt erzeugen läßt, wenn es kompakterzeugenden Temperatur- und Druckbedingungen ausgesetzt wird. Im Fall von Diamant kann dieses Material aus Diamantpartikeln allein oder unter Beimischung einer geeigneten zweiten Phase bestehen. Sofern eine zweite Phase verwendet wird, besteht sie invariabel aus Diamantkatalysator oder enthält diesen. In ähnlicher Weise besteht im Fall von Abrasivkompakt aus kubischem Bornitrid das Material aus Partikeln von kubischem Bornitrid allein oder unter Beimischung einer geeigneten zweiten Phase. Die zweite Phase kann aus einem für kubisches Bornitrid geeigneten Katalysator bestehen oder diesen enthalten. Abrasivkompakts und zu ihrer Herstellung verwendete Materialien sind weitgehend bekannt und in der Patentliteratur ausführlich beschrieben.
• Der zementierte Karbidkörper kann die Form einer Scheibe haben. Alternativ kann der zementierte Karbidkörper eine Scheibe sein, bei der in einer ebenen Hauptfläche eine oder mehrere Vertiefungen ausgebildet sind.
• Der zementierte Karbidkörper kann irgendein auf dem Fachgebiet bekannter Körper sein, ist jedoch vorzugsweise ein zementierter Wolframkarbidkörper.
• Die erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen, die zur Herstellung von Abrasivkompakt aus dem Abrasivkompaktbildungsmaterial erforderlich sind, sind bekannt. Typischerweise umfassen diese Bedingungen die Anwendung eines Drucks im Bereich von 50 Kilobar - 70 Kilobar und einer Temperatur im Bereich von 1450ºC - 1600ºC für eine Dauer von 10-30 Minuten.
• Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. In den Figuren 1 und 2 ist ein Körper 10 aus zementiertem Karbid gezeigt, der eine in Drauf sicht kreisförmige Aushöhlung 12 aufweist, die in einer ebenen Hauptfläche 14 ausgebildet ist. In der Grundfläche 16 der Vertiefung sind mehrere kreisförmige konzentrische Vertiefungen 18 ausgebildet.
• Auf der Oberseite der Grundfläche 16 ist eine Masse 20 aus feinen Diamantpartikeln, d.h. von bis zum 100 Micron, angeordnet. Diese feinen Diamantpartikel füllen jede Vertiefung 18 sowie die Aushöhlung 12.
• Die bestückte Scheibe 10 wird in einer Reaktionskapsel plaziert, und diese Kapsel wird anschließend in der Reaktionszone einer herkömmlichen Hochtemperatur-/Hochdruckvorrichtung plaziert. Der Inhalt der Kapsel wird einem Druck von 55 Kilobar und gleichzeitig einer Temperatur von 1500ºC ausgesetzt, und diese erhöhten Bedingungen werden für eine Dauer von 15 Minuten aufrechterhalten. Dies führte zu dem Ergebnis, daß die Diamantschicht 20 einen Diamantkompakt bildete, der mit dem Karbidkörper verbondet war. Ebenfalls war jede Vertiefung 18 mit Diamantkompakt gefüllt, der mit der Diamantkompaktschicht 20 einstückig ausgebildet und mit dem zementierten Karbidkörper verbondet war.
• Das Produkt wurde aus der Reaktionskapsel herausgenommen, und die Seiten der Scheibe wurden entfernt, wie durch die gestrichelten Linien in Figur 1 gezeigt ist. Das sich nach dem Entfernen der Seiten ergebende Produkt war ein Werkzeugeinsatz, wie er in Figur 3 gezeigt ist. Der Werkzeugeinsatz bestand aus einer mit einer Halterung 24 aus zementiertem Karbid verbondeten abrasiven Diamantkompaktschicht 22. Der Umfang 26 der Kompaktschicht 22 bildet die Schneidkante des Einsatzes. Aus dieser Figur und Figur 2 ist ersichtlich, daß die Vertiefungen als Gruppe konzentrischer Ringe angeordnet sind, die hinter der Umfangsschneidkante 26 angeordnet sind. Jede Vertiefung erstreckt sich ausgehend von der Grenzfläche 28 zwischen Kompakt und Karbid in die Karbidhalterung 24 hinein. Jede Vertiefung ist mit Diamantkompaktmaterial 30 gefüllt, das mit der Kompaktschicht 22 einstückig ausgebildet und mit der Karbidhalterung 24 verbondet ist.
• Zur Bildung eines Schaftmeißels 32 ist der in Figur 3 gezeigte Werkzeugeinsatz typischerweise mit einem zementierten Karbidzapfen verbunden. Ein derartiger Schaftmeißel und sein Verschleißmuster bei Benutzung sind in den Figuren 4 und 5 gezeigt. In diesen Figuren ist ersichtlich, daß der Werkzeugeinsatz von Figur 3, der die mit der Halterung 24 aus zementiertem Karbid verbondete abrasive Diamantkompaktschicht 22 aufweist, durch die Karbidhalterung 24 mit einem länglichen zementierten Karbidzapfen 34 verbondet ist. Die obere Kante 36 der Kompaktschicht 22 bildet die Schneidkante des Schaftmeißels.
• Bei Benutzung wird der Schaftmeißel auf bekannte Art und Weise in einer Bohrkrone montiert, so daß die Schneidkante 36 freiliegt und an die zu bohrende Fläche ansetzbar ist. Unter den beim Bohren auftretenden schweren Bedingungen tritt ein Verschleiß der Schneidkante in der Weise ein, daß eine Verschleißfläche 38 entsteht, wie in Figur 5 leicht überzeichnet dargestellt ist. Es läßt sich feststellen, daß sich die Verschleißebene 38 über die Kompaktschicht 22 und über einen Bereich 40 der Karbidhalterung 24 erstreckt. In dem Maß, in dem Verschleiß auftritt, wird das Kompaktmaterial 30 in den Vertiefungen 18 freigelegt. Dieses Kompaktmaterial 30 verschleißt wesentlich langsamer als das Karbid in den Bereichen 42, mit der Folge, daß sich eine Mulde oder leichte Senke in den Bereichen 42 zwischen benachbarten Kompaktmaterialbereichen 30 bildet. Die Bereiche 30 bilden im Ergebnis gekrümmte Schneidrippen oder -vorsprünge, die die Schneidwirkung verbessern.
• Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Werkzeugeinsatzes, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei dieser Ausführungsform hat die Vertiefung die Form einer Spirale 50, die von dem Zentrum 52 des Einsatzes ausgeht. Die Spiralvertiefung ist mit abrasivem Kompaktmaterial 54 gefüllt.

Claims (2)

1. Werkzeugeinsatz mit einem scheibenförmigen Abrasivkompakt (22), der ebene Hauptflächen an jeder seiner einander entgegengesetzten Seiten aufweist, wobei mindestens ein Teil des Umfangs (26) einer der ebenen Hauptflächen eine Schneidkante des Einsatzes bildet, einer Halterung (24) aus zementiertem Karbid, die mit der anderen ebenen Hauptfläche verbondet ist, mindestens einer gekrümmten Vertiefung (18), die hinter der Schneidkante (26) angeordnet ist und sich von der Grenzfläche (28) zwischen Kompakt und Karbid in die Halterung (24) aus zementiertem Karbid hinein erstreckt und vollständig innerhalb des Umfangs der Halterung (24) aus zementiertem Karbid liegt und abrasives Kompaktmaterial (30) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung die Form einer Spirale (50) hat, die von dem Zentrum (52) des Abrasivkompakts ausgeht, oder mehrere kreisförmige, konzentrische Vertiefungen (18) hinter der Schneidkante angeordnet sind.

2. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 1, bei dem der Abrasivkompakt (22) ein Diamantabrasivkompakt ist.