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DE69503537T2 - CVD Diamant Schneidwerkzeuge - Google Patents

CVD Diamant Schneidwerkzeuge

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Publication number
DE69503537T2
DE69503537T2 DE69503537T DE69503537T DE69503537T2 DE 69503537 T2 DE69503537 T2 DE 69503537T2 DE 69503537 T DE69503537 T DE 69503537T DE 69503537 T DE69503537 T DE 69503537T DE 69503537 T2 DE69503537 T2 DE 69503537T2
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DE
Germany
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cutting
cutting element
tool according
carrier
cutting tool
Prior art date
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DE69503537T
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DE69503537D1 (de
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Steven J. Ridgefield Washington 98642 Brox
Robert A. Dudley Ma 01571 Hay
Matthew A. Sudbury Ma 01776 Simpson
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.)
Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Original Assignee
Saint Gobain Norton Industrial Ceramics Corp
Saint Gobain Industrial Ceramics Inc
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.)
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Publication date
Application filed by Saint Gobain Norton Industrial Ceramics Corp, Saint Gobain Industrial Ceramics Inc filed Critical Saint Gobain Norton Industrial Ceramics Corp
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Publication of DE69503537D1 publication Critical patent/DE69503537D1/de
Publication of DE69503537T2 publication Critical patent/DE69503537T2/de
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
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    • B23B27/18Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
    • B23B27/20Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/02Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B23C5/1081Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft with permanently fixed cutting inserts 
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2226/00Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23C2226/31Diamond
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    • Y10T407/00Cutters, for shaping
    • Y10T407/26Cutters, for shaping comprising cutting edge bonded to tool shank
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T408/81Tool having crystalline cutting edge

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug umfassend ein polykristallines Diamantschneidelement mit einer Schneidkante und einer sich in einer Hauptebene von der Schneidkante erstreckenden Räumfläche, wie beispielsweise aus EP-A-0560287 bekannt. Insbesondere betrifft sie Werkzeuge, bei denen aus der Gasphase abgeschiedener Diamantfilm (CVD) als Schneidelement verwendet wird.
  • Einige Schneidwerkzeuge für bestimmte Anwendungen oder für eine lange Lebensdauer sind im allgemeinen verbundartig, wobei ein sehr hartes Schneidelement oder Cutter aus einem Material in einem Halter aus weicherem Basismaterial gehalten wird. Eine derartige Verbundanordnung wird bei flachen Werkzeugen, wie beispielsweise Schneidwerkzeuge für Drehbänke, sowie runden Werkzeugen, wie beispielsweise Spiralbohrer, Ahlen und Schaftfräser verwendet. In jedem dieser Fälle ist ein Schneidelement an dem Halter befestigt, um eine Schneidkante, eine Flanke und eine Räumfläche gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstück zu bilden. Während eines Schneidvorgangs wird die Flanke gegen die Oberfläche des Werkstücks gedrückt und im allgemeinen parallel zu dieser bewegt. Beispiele für üblicherweise für Cutter verwendete Materialien sind Werkzeugstahl, Wolframcarbid, Keramik, Saphir und Diamant. Beispiele für üblicherweise als Basismaterial verwendete Materialien sind Stahl, Wolframcarbid und Keramik. Die Flanke wird im allgemeinen als die Endfläche eines Schneidwerkzeugs angesehen, die sich von der Schneidkante in der allgemeinen Bewegungsrichtung des Werkzeugs bezüglich zum Werkstück erstreckt, wobei aus Toleranzgründen jedoch eine gewisse Abweichung von dieser Richtung vorgesehen ist. Die Räumfläche ist die Fläche des Werkzeugs von der Flanke zur anderen Seite der Schneidkante und wird manchmal auch als "Schneidfläche" bezeichnet.
  • Für viele Anwendungen wird Diamant wegen seiner extremen Härte und Widerstandsfähigkeit gegen bedeutende chemische Korrosionen als das ultimative Schneidmaterial angesehen. Der Diamant kann in Form von kompaktiertem Diamantmaterial vorliegen, das auch als polykristalliner Diamant (PCD) bezeichnet wird, das aus in einer Kobaltmatrix gehaltenen Diamant-Mikrokristalliten besteht. Er kann auch entweder natürlicher oder CVD-Diamantfilm sein, die beide noch härter sind als das PCD-Material und für viele Anwendungen besser geeignet sind, da das Kobaltbindemittel des PCD-Materials die Reibung des Werkzeugs erhöht, die chemische und thermische Stabilität vermindert und auch das Werkstück kontaminieren kann. Diamantfilm hat gegenüber natürlichem Diamant für Schneidwerkzeuganwendungen den Vorteil, daß er in Geometrien gefertigt werden kann, die mit natürlichem Diamant nur sehr schwierig, wenn nicht sogar unmöglich erhalten werden können. Beispielsweise kann er in einer freistehenden, polykristallinen flachen Waferform hergestellt werden, die als Schneidspitze an einen Halter gebunden werden kann. Er kann auch entweder als dicker Film oder als ein dünner Film direkt auf dem Werkzeughalter abgeschieden werden. In diesem Zusammenhang ist ein dünner Film ein Film, der zu dünn ist, um frei zu stehen und der üblicherweise eine Dicke in der Größenordnung von ca. 30 um oder weniger aufweist.
  • Trotz der herausragenden Eigenschaften von CVD-Diamantfilm für dessen Verwendung als Schneidelement zeigt ein solches Material dennoch Verschleiß nach erheblicher Benutzung. Das Versagen beruht vermutlich auf der Erzeugung von Zugspannungen auf der Räumfläche, die die Bruchfestigkeit des Diamanten übersteigen. Infolgedessen bricht das Material an der Flanke. Dies tritt typischerweise dann auf, wenn ein harter Klumpen in dem zu schneidenden Werkstückmaterial die Räumfläche sehr nahe der Schneidkante trifft, wodurch hohe lokale Zugspannungen auf der Räumfläche im wesentlichen entlang der Ebene der Räumfläche erzeugt werden. Bei eventuellen Defekten nahe der Oberfläche - · bewirken diese Zugspannungen einen Riß, der sich abwärts fortsetzt und schließlich eine schmale Scheibe vom Ende des Werkzeugs abbricht.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein CVD-Diamantfilm-Schneidelement so hergestellt, daß die säulenförmigen Körner im wesentlichen nicht senkrecht zur Räumfläche sind. Dies erhöht die Widerstandsfähigkeit des Schneidelements gegenüber einem Versagen erheblich.
  • In mittels CVD erzeugtem Diamanten erfolgt das Wachstum in Form einer vorwiegend vertikalen, säulenartigen Struktur, mit Korngrenzen, die sich im allgemeinen senkrecht zum Wachstumssubstrat erstrecken. Diese Korngrenzen stellen strukturell einen Schwachpunkt des resultierenden Films dar. In einem solchen CVD-Material sind die Risse mit Korngrenzen verbunden, wobei die hauptsächliche Ausdehnung der Risse üblicherweise in der Richtung der Säulen liegt. Zugspannungen senkrecht zur hauptsächlichen Ausdehnung der Risse rufen höchst wahrscheinlich Brüche hervor. Dieses Versagen tritt dann wesentlich weniger wahrscheinlich auf, wenn die säulenartigen Körner nicht senkrecht zur Räumfläche ausgerichtet sind.
  • Kurzbeschreibung der Abbildungen
  • Fig. 1 ist ein Aufriß eines erfindungsgemäßen neuartigen flachen Schneidwerkzeugs und zeigt ein an einem Träger befestigtes Diamantschneidelement während des Schneidens eines Werkstücks.
  • Fig. 2 ist ein Aufriß eines neuartigen flachen Schneidwerkzeugs gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt ein an einem Trägerbefestigtes Diamantschneidelement, das noch nicht getrimmt ist.
  • Fig. 3 ist ein Aufriß des Werkzeugs gemäß Fig. 2, nach dem das Diamantschneidelement getrimmt worden ist.
  • Fig. 4 zeigt schematisch einen Abschnitt eines geradnutigen Schaftfräsers gemäß dem Stand der Technik.
  • Fig. 5 ist eine schematische Teilseitenansicht eines neuartigen erfindungsgemäßen geradnutigen Schaftfräsers.
  • Fig. 6 ist ein vergrößterter, schematischer Aufriß eines erfindungsgemäßen spiralgenuteten Schaftfräsers.
  • Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Möglichkeit zur Erzeugung von Diamantfilm, der besonders gut als spiralförmiges Schneidelement des Schaftfräsers gemäß Fig. 6 geeignet ist. Der Diamant wird auf einem mit Kanälen versehenen Substrat abgeschieden, wie entlang den Kanälen dargestellt.
  • Fig. 8 ist ein schematischer Aufriß des Diamants gemäß Fig. 7 und zeigt wie das Schneidstück aus dem abgeschiedenen Diamanten zu schneiden ist.
  • Fig. 9 ist eine Teilseitenansicht des Schneidenfragments einer erfindungsgemäßen Diamantfilm-Messerschneide.
  • Die im folgenden diskutierten Werkzeuge sind von der Art, daß sie eine Schneide aus CVD-Diamantmaterial haben; das an einem-Träger-irgendeiner Art befestigt ist; wie beispielsweise einem Werkzeughalter oder einem Werkzeugeinsatz, der an einen Werkzeughalter montiert wird. Der Träger besteht aus einem Basismaterial, das ein Metall, Keramik, Metallverbundwerkstoff oder anderes für diese Funktion und für eine beabsichtigte Anwendung geeignetes Material sein kann. Die Art der Befestigung der Schneidspitze kann auf jede Art erfolgen, die ausreichende Stabilität gewährleistet. Aus praktischen Gründen sollte der Diamant mindestens ca. 30 um dick sein, damit er sicher und ohne die Gefahr des Zerbrechens gehandhabt werden kann. Gebräuchlicherweise hat er eine Dicke in der Größenordnung von einigen Hundert um. Eine besonders wirksame Maßnahme zur Befestigung des Diamanten an einem Träger ist das Löten mit handelsüblichem Reaktivlötmittel, das eine Metallzusammensetzung von 74 Gew.-% Silber, 24 Gew.-% Kupfer und 2 Gew.-% Titan hat und beispielsweise von der Handy and Harmon Company of New York, U. S. A., bezogen werden kann. Die Schneidspitze jedes Werkzeugs hat eine Schneidkante und eine Flanke, wobei sich die Flanke im allgemeinen entlang der Richtung der relativen Bewegung zwischen der Schneidkante und des Werkstücks während der Verwendung des Werkzeugs erstreckt. Es ist jedoch festzuhalten, daß sich die Flanke möglicherweise nicht präzise in dieser Richtung erstreckt, da sie einen bestimmten Anstellwinkel haben kann. Gleichermaßen kann die Räumfläche wegen des Vorsehens eines Räumwinkels nicht präzise senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks sein.
  • Das Wachstum eines CVD-Diamanten in vertikalen Säulen, die eine Hauptrichtung senkrecht zur Oberfläche des Wachstumssubstrats haben, ist bekannt und wird beispielsweise in "Crystal Growth by DC Plasma Jet CVD" von Ken-Ichi Sasaki et al. in Proceedings of the Second International Conference of New Diamond Science and Technology, 1990, Seiten 485-490 diskutiert. Die die Säulen bildenden Diamantkörner und Korngrenzen sind hinsichtlich ihrer Richtung etwas unregelmäßig. Eine visuelle Untersuchung eines Querschnitts des Diamantfilms ergibt jedoch eindeutig, daß es hinsichtlich dieser Merkmale eine Hauptrichtung gibt. Eine empirische Bestimmung dieser Hauptrichtung könnte erfolgen, in dem die Richtungen der längsten Strecken der Kristallkörner einer repräsentativen Probe identifiziert und deren Richtungsvektorsumme herausgefunden wird. Die Fachleute auf diesem Gebiet verlassen sich jedoch typischerweise auf visuelle Einrichtungen zur Bestimmung der Hauptrichtung solcher Kristallmerkmale. Die Verwendung des Materials als Schneidspitze würde es logisch erscheinen lassen, Schneidelementtafeln zu bilden, in dem das Material in einer Richtung senkrecht zu den Flächen geschnitten wird, um es in der gleichen Weise an einem Träger zu befestigen, in der Schneidspitzen aus anderen Materialien, wie etwa Wolframcarbid befestigt werden. Dies würde jedoch zu einer Orientierung der Korngrenzen führen, bei der die Schneidkraft entlang den Korngrenzen gerichtet ist, wodurch die Widerstandsfähigkeit des Schneidelements gegenüber dem Wegziehen einzelner Kristallite oder Gruppen von Kristalliten von der Flanke des Schneidelements während des Schneidens vermindert wird.
  • Fig. 1 zeigt ein neuartiges flaches Schneidwerkzeug 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung während des Schneidens eines Werkstücks 102. Das Schneidwerkzeug 100 umfaßt einen spitzen Träger 104 aus Basismaterial, wie beispielsweise Wolframcarbid. Eine Schneidspitze 106 in Form einer Tafel aus Diamantfilm ist mittels eines oben beschriebenen reaktiven Lötmaterials 108 an dem spitzen Träger 104 befestigt. Die Ausrichtung der Spitze 106 in bezug auf den Träger 104 ist der Ausrichtung des Diamantfilms zum Substrat, auf dem er abgeschieden wurde, entgegengesetzt. Das heißt, die Fläche der Tafel der Spitze 106, die während der Abscheidung die Wachstumsoberfläche war, ist die offene Räumfläche 110. Es hat sich herausgestellt, daß es bei bestimmten Wachstumsbedingungen möglich ist, Diamantfilm zu erhalten, bei dem das säulenartige Wachstum nicht senkrecht zur Oberfläche des Wachstumssubstrats ist. Dies ermöglicht es, Diamantfilm so zu erzeugen, daß in dem Fragment einer Schneidspitze 106, wie in Fig. 1 gezeigt, die Korngrenzen 112 in einer Vorzugsrichtung gegenüber der senkrechten Richtung bezüglich der oberen und unteren Flächen 118, 120 geneigt sind. Die Bedingungen zur Erzeugung -solchen Diamantfilms mit nicht-senkrechten Korngrenzern sind bekannt und werden beispielsweise in der oben zitierten technischen Veröffentlichung "Crystal Growth by D. C. Plasma CVD", von K. Sasaki et al beschrieben. Die Korngrenzen 112 der Spitze 106 werden als entlang einer Hauptrichtung orientiert dargestellt, die einen Winkel "a" bezüglich einer senkrechten Linie zur Hauptebene der Räumfläche aufweist, der ungleich 0 ist. Mit dem Ausdruck "Hauptrichtung" eines Merkmals soll die Richtung gemeint sein, die der Vektorsumme der individuellen Richtungen der betroffenen Merkmale, die im vorliegenden Fall die Korngrenzen sind, am nächsten kommt. Der Ausdruck "Hauptebene" einer Oberfläche soll eine Ebene bezeichnen, die nahezu allen Punkten auf der Oberfläche, die im vorliegenden Fall die Oberfläche der Räumfläche ist, entspricht. Das Werkzeug 100 unterscheidet sich von entsprechenden vorbekannten Werkzeugen, bei denen die Hauptrichtung der Korngrenzen entlang der Dickenausdehnung der Spitze 106 und damit senkrecht zu den Hauptoberflächen des Werkzeugs und im wesentlichen parallel zu einer senkrechten Linie zur Hauptebene der Räumfläche liegen würden. Für ein solches Werkzeug gemäß dem Stand der Technik würde der Winkel "a" 0 betragen.
  • In Fig. 2 ist ein flaches Schneidwerkzeug 200 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung gezeigt, das einen spitzen Träger 204 aufweist, wobei eine Schneidspitze 206, die aus einer Tafel aus CVD-Diamantfilm von ca. 1 mm Dicke gefertigt ist, mittels reaktivem Lötmittel 208 an einem spitzen Träger 204 befestigt ist. Anstatt die Spitze 206 als eine Tafel parallel zu den Hauptoberflächen 218, 220 des Trägers 204 auszurichten, ist sie in einem steilen Winkel zu den Hauptoberflächen angeordnet, so daß die Korngrenzen 212 der Spitze 206 nicht senkrecht zu den Hauptebenen der Hauptoberflächen 218, 220 ausgerichtet sind. Dies ermöglicht im Vergleich mit dem Werkzeug 100 gemäß Fig. 1 einen größeren Winkel "a" der Kornausrichtung, da dieser Winkel nicht vollkommen von dem Wachstumsvorgang des Diamanten abhängt. Der Wachstumsvorgang gestattet nur eine begrenzte Abweichung von der senkrechten Richtung. Die Spitze 206 des Werkzeugs 200 gemäß Fig. 2 wird mittels eines Lasers und/oder durch Schleifen oder Honen mit Diamantschleifmittel oder durch andere Maßnahmen getrimmt, um eine Schneidkante 214, wie in Fig. 3 gezeigt, zu bilden. Für das Werkzeug 200 ist ersichtlich, daß die Zugspannungen entlang der Räumfläche 210 nun überhaupt nicht mehr entlang den Korngrenzen 212 der Spitze 206 verlaufen, sondern eher nahezu senkrecht zu ihnen stehen. Dies vermindert signifikant und in stärkerem Ausmaß als beim Werkzeug 100 gemäß Fig. 1 den Abbau der Spitze 206 durch Abbrechen an der Schneidkante 214 und der Flanke 216.
  • In Fig. 4 ist der Querschnitt eines vorbekannten runden Werkzeugs in Form eines Schaftfräsers 400 gezeigt, der einen ausgekehlten Werkzeugkörper 402 mit Auskehlungen 404, 406 aufweist, in die jeweils ein oder mehrere sich axial erstreckende Segmente aus Diamantfilm-Schneidspitzen 408 eingelötet sind, die Schneidkanten 410 und Räumflächen 412 aufweisen. Mit "rundes Werkzeug" ist ein Werkzeug wie beispielsweise ein Spiralbohrer oder ein Fräskopf gemeint, das mittels Umdrehung schneidet und damit eine Rotationsachse aufweist und ausgekehlt sein kann. Wenn das Werkzeug ausgekehlt ist, können die Auskehlungen gerade oder spiralförmig sein. Bei dem Werkzeug 400 sind die Korngrenzen 414 der Spitzen 408 im allgemeinen entlang der Dicke der Diamantfilmtafel ausgerichtet, die die Spitzen 408 bildet und sind damit auch senkrecht zur Hauptebene der Räumfläche 412 nahe der Schneidkante 410, so daß sie unmittelbar den Zugkräften an der Räumfläche 412 ausgesetzt sind. Diese Ausrichtung der Korngrenzen 414 führt zu einem frühen Versagen des Werkzeugs, insbesondere da die Cutter eines Schaftfräsers bei jeder Umdrehung des Werkzeugs 400 einen Schlag erleiden.
  • Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes rundes Werkzeug in Form eines Schaftfräsers 500, der einen ausgekehlten Werkzeugkörper 502 mit Auskehlungen 504, 506 aufweist. In jeder der Auskehlungen 504, 506 ist eine Schneidspitze 508 durch Löten befestigt. Die Schneidspitzen 508 mit den Schneidkanten 510 sind aus einem extra dicken Diamantfilm von ca. 1,5 mm Dicke geschnitten, indem durch die Dicke des Films und entlang der Korngrenzen 514 geschnitten wird, so daß sie an einer Schulter an den Auskehlungen 504, 506 befestigt werden können, wobei ihre Korngrenzen 514 im allgemeinen parallel zu den Räumflächen 512 der Spitzen 508 ausgerichtet sind. Durch diese Anordnung wird die Robustheit des Werkzeugs 500 gegenüber der des vorbekannten Werkzeugs 400 gemäß Fig. 1 wesentlich erhöht. Für Anwendungen, bei denen das Werkzeug hohen Scherkräften unterliegt, kann es wünschenswert sein, die Schneidspitzen 508 in einem Kanal zu verankern, wie es in der parallelen Anmeldung Nr. 07/848,617, eingereicht am B. Oktober 1993 mit dem Titel Diamond Film Cutting Tool, beschrieben wird, die von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung angemeldet worden ist.
  • Fig. 6 veranschaulicht ein anderes rundes Werkzeug 600 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Werkzeug 600 ist ebenfalls ein Schaftfräser und hat eine Struktur, die der des Schaftfräsers 500 ähnlich ist und einen Werkzeugkörper 602 mit Auskehlungen 608 aufweist, wobei in diesem Fall die Auskehlungen 608 spiralförmig sind. Spiralförmige Schneidspitzen 608 mit Schneidkanten 610 werden auf Schultern an den außenliegenden Kanten der Auskehlungen 608 gelötet, wobei die Räumflächen 612 des freiliegenden Diamantfilms nahe den äußeren Kanten der Auskehlungen 608 liegen. Die Schneidspitzen 608 sind so ausgerichtet, daß ihre Korngrenzen 614 parallel zu den Räumflächen 612 liegen, um eine erhöhte Robustheit zu erzielen.
  • Die Schneidspitzen 608 des Werkzeugs 600 gemäß Fig. 6 können mittels einer neuartigen Methode erzeugt werden, die unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 beschrieben wird. In Fig. 7 wird ein Querschnitt eines Diamantfilms 700 gezeigt, der durch CVD auf einem Depositionssubstrat 702 abgeschieden worden ist, wobei die Substratoberfläche so konfiguriert ist, daß sie mindestens einen oberflächlichen longitudinalen Kanal 704 aufweist, dessen Querschnittsform einen konstanten Krümmungsradius "r" hat. Wenn der Diamant 700 von dem Substrat 702 entfernt wird, zeigt er eine Art "Waschbrett"- Topographie. Der Aufriß des Diamanten 800 gemäß Fig. 8 zeigt, wie ein längliches Schneidspitzenstück 806 aus dem Diamantfilm 800 geschnitten werden kann, so daß es die für das Werkzeug 600 gemäß Fig. 6 erforderliche spiralförmige Geometrie hat. Die spiralförmige Schneidspitze 806 wird durch Löten an Schultern oder Kanälen in den Auskehlungen 608 des Schaftfräsers 610 befestigt, wie in Fig. 6 gezeigt.
  • Gemäß einer weiteren, in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Messer 900, wie beispielsweise ein Trennmesser für Papier oder Kunststoff für industrielle Zwecke, einen Träger 902 aus Basismaterial, an den eine Schneidspitze 904 in Keilform gelötet ist, die entlang dem engeren Ende eine Schneidkante 906 und zwei Seitenflächen 908, 910 aufweist. Die Korngrenzen 912 der Schneidspitze 904 sind so nahe wie möglich entlang dem Keil in Richtung der Schneidkante 906 longitudinal ausgerichtet. In diesem Fall könnte jede der Seitenflächen 908, 910 des Keils als Räumfläche angesehen werden, so daß die Korngrenzen 912 im wesentlichen nicht senkrecht zu beiden Flächen 908, 910 sind. Die Schneidspitze 904 kann in einer ähnlichen Weise hergestellt werden wie die zur Erzeugung der Schneidspitze 106 des Werkzeugs 100 gemäß Fig. 1, indem man den Diamanten so wachsen läßt, daß die Korngrenzen nicht-vertikal zum Wachstumssubstrat sind. Alternativ kann eine Scheibe einer relativ dicken Diamantfilmtafel zur gewünschten Geometrie der Schneidspitze 904 geschnitten werden, wobei auf die Orientierung der Korngrenzen geachtet werden muß. Obwohl jede Orientierung der Korngrenzen, die nicht- senkrecht zu jeder der Räumflächen ist, eine Verbesserung gegenüber einer senkrechten Orientierung zu jeder Räumfläche darstellt, ist es wahrscheinlich, daß die optimale Ausrichtung der Korngrenzen die in einer Richtung entlang einer Linie, die den Winkel zwischen den beiden Räumflächen halbiert, ist.
  • Wenngleich bei den oben beschriebenen Beispielen für Werkzeuge die Orientierung der Korngrenzen durch das Schneidelement größtenteils einheitlich war, liegt es auch im Umfang der Erfindung, wenn die Korngrenzen des Cutters in einem Bereich nahe und einschließlich der Schneidkante nicht senkrecht zur Räumfläche sind, während die Orientierung im restlichen Schneidelement anders ist, wie etwa senkrecht oder in einer anderen Richtung nicht senkrecht zur Räumfläche. Ein solches Schneidelement könnte erzeugt werden, indem die Wachstumsbedingungen während des Wachsens des Schneidelements so verändert werden, daß sich die Orientierung der Korngrenzen bei irgendeiner Dicke ändert und dann das Schneidelement so geschnitten wird, daß der Bereich mit den nicht-senkrechten Korngrenzen des Diamanten an der Schneidkante liegt.

Claims (22)

1. Schneidwerkzeug (100, 200, 500, 600, 900), umfassend ein polykristallines Diamantschneidelement (106, 206, 508, 608, 904), das eine Schneidkante (114, 214, 510, 610, 906) und eine sich in einer Hauptebene von der Schneidkante erstreckende Räumfläche (110, 210, 512, 612, 908 oder 910) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidelement kristalline Korngrenzen (112, 212, 514, 614, 912) aufweist, die sich zumindest in einem Bereich nahe der Schneidkante in einer Hauptrichtung erstrecken, die nicht senkrecht zur Hauptebene der Räumfläche ist.
2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das Schneidelement (106, 206, 508, 608, 904) aus aus der Gasphase abgeschiedenem Diamant besteht.
3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, wobei das Schneidelement (106, 206, 508, 608, 904) mindestens 50 um dick ist.
4. Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, wobei das Schneidwerkzeug eben ist und einen Schneidelementträger (104, 204) mit im allgemeinen gegenseitig parallelen ersten und zweiten Flächen (218, 220) umfaßt und wobei das Schneidelement (106, 206) an einer der Trägerflächen an dem Träger befestigt ist, das Schneidelement eine Platte aus Diamantfilm mit ersten und zweiten Hauptflächen (118, 120) umfaßt, das Schneidelement in einer Nut an dem Träger befestigt ist, die sich an einer Trägerfläche in den Träger in Richtung der anderen Trägerfläche erstreckt, in einem solchen Winkel bezüglich der Trägerflächen, daß die Richtung der Korngrenzen (112, 212) des Schneidelements im wesentlichen nicht-parallel zu einer Richtung senkrecht zu den Trägerflächen ist.
5. Schneidwerkzeug nach Anspruch 4, wobei das Diamantschneidelement (106, 206) so zugerichtet ist, daß es eine Schneidkante (114, 214) hat, von der sich über einen Teilbereich der Oberfläche eine Räumfläche (110, 210) erstreckt.
6. Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, wobei das Schneidelement (106, 206) so zugerichtet ist, daß es eine Räumfläche (110, 210) hat, die sich von der Schneidkante (114, 214) in einer Richtung erstreckt, die im allgemeinen parallel zu den Flächen (218, 220) des Trägers ist.
7. Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, wobei die Hauptrichtung der Korngrenzen (112, 212, 514, 614, 912) des Schneidelements im wesentlichen nicht senkrecht zu den Flächen des Schneidelements (106, 206, 508, 608, 904) ist.
8. Schneidwerkzeug nach Anspruch 7, wobei das Schneidwerkzeug eben ist und einen Schneidelementträger (104, 204) mit im allgemeinen gegenseitig parallelen ersten und zweiten Flächen (218, 220) umfaßt und wobei das Schneidelement (106, 206) in einer Schulter an dem Träger befestigt ist, die sich zu einer Kante des Trägers hin erstreckt, so daß eine Fläche des Schneidelements im allgemeinen parallel zu einer Fläche des Träger ist und die Flanke (116, 216) des Schneidelements durch die äußere Oberfläche entlang ihrer Dicke an der Kante des Trägers gebildet wird, wobei das Schneidelement Korngrenzen (112, 212) mit einer bevorzugten Richtung hat, die im wesentlichen nicht senkrecht zur Räumfläche (110, 210) ist.
9. Schneidwerkzeug nach Anspruch 8, wobei die Korngrenzen (112, 212) eine bevorzugte Richtung von der Senkrechten zu den Flächen des Schneidelements (106, 206) weg und in Richtung der Schneidkante (114, 214) haben.
10. Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, wobei das Schneidelement (106, 206, 508, 608, 904) eine Platte ist, bei der die Korngrenzen (112, 212, 514, 614, 912) eine bevorzugte Richtung haben, die im allgemeinen parallel zu den Oberflächen des Schneidelements ist.
11. Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, wobei das Schneidelement (508, 608) am äußeren Begrenzungsbereich eines runden Werkzeugträgers (502, 602) befestigt ist, so daß eine Oberfläche des Schneidelements entsprechend dessen Dickendimension an der äußeren Oberfläche des runden Werkzeugs als sich von der Schneidkante (510, 610) erstreckende Flanke gebildet wird.
12. Schneidwerkzeug nach Anspruch 11, wobei der runde Werkzeugträger (502, 602) ausgekehlt ist.
13. Schneidwerkzeug nach Anspruch 12, wobei eine Fläche des Schneidelements (508, 608) sich gemeinsam mit einem Teilbereich der ausgekehlten Oberfläche erstreckt.
14. Schneidwerkzeug nach Anspruch 13, wobei das runde Werkzeug ein Schaftfräser (500, 600) ist.
15. Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, wobei das Schneidelement (608) verlängert und spiralförmig ist.
16. Schneidwerkzeug nach Anspruch 15, wobei das Schneidelement (608) Korngrenzen (614) mit einer bevorzugten Richtung hat, die im allgemeinen senkrecht zu 211 dessen Oberfläche ist.
17. Schneidwerkzeug nach Anspruch 16, wobei das Schneidelement (608) Korngrenzen (614) mit einer allgemeinen Richtung hat, die im allgemeinen senkrecht zu dessen Oberflächen an jedem gegebenen Punkt entlang seiner Länge ist.
18. Schneidwerkzeug nach Anspruch 17, umfassend ein spiralgenutetes rundes Werkzeug (600), an das das Schneidelement (608) an der äußeren Begrenzung einer Span- Nute befestigt ist.
19. Schneidwerkzeug nach Anspruch 18, wobei das runde Werkzeug ein Spiralbohrer ist.
20. Schneidwerkzeug nach Anspruch 18, wobei das runde Werkzeug ein Schaftfräser (600) ist.
21. Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, wobei die Schneidkante (906) das spitze Ende eines Keils ist, um eine Messerschneide (900) zu bilden.
22. Schneidwerkzeug nach Anspruch 21, wobei das Schneidelement (904) an einer Oberfläche eines Messerträgers (902) befestigt ist.
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