DE69611810T2 - Schneideinsatz für Fräs-Meissel - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Elemente, die mit superhartem Material plattiert sind, und insbesondere Vorform-Schneidelemente, die eine Plattierungstafel aus superhartem Material mit einer Vorderfläche, einer Umfangsfläche und einer Rückfläche umfassen, die auf ein Substrat aus einem Material bondiert ist, das weniger hart als das superharte Material ist.
• Vorformelemente dieser Art werden oft als Schneidelemente an rotierenden Rotarybohrmeißeln eingesetzt, und die vorliegende Erfindung wird besonders in Bezug auf eine solche Anwendung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Schneidelemente für diese besondere Anwendung beschränkt und kann sich auch auf Vorform-Schneidelemente für andere Zwecke beziehen. Beispielsweise können Elemente der Art, die mit superhartem Material plattiert sind, auf die hier Bezug genommen wird, auch bei Werkzeugen zur Formgebung von Werkstücken eingesetzt werden.
• Vorformelemente, die als Schneidelemente in Rotarybohrmeißeln eingesetzt werden, haben in der Regel eine Plattierungstafel aus polykristallinem Diamant, obwohl auch andere superharte Materialien zur Verfügung stehen, wie beispielsweise kubisches Bornitrid und amorpher diamantartiger Kohlenstoff (ADLC). Das Substrat aus weniger hartem Material wird oft aus Wolframsinterkarbid hergestellt, und die Plattierungstafel und das Substrat werden während der Formgebung des Elements in einer Hochdruck- Hochtemperatur-Formpresse miteinander bondiert. Dieser Formungsvorgang ist allgemein bekannt und wird nicht detailliert beschrieben werden.
• Jedes Vorfonn-Schneidelement kann auf einem Mitnehmer in Form eines allgemein zylindrischen Ständers oder Pfostens angebracht werden, der in einem Stutzen im Körper des Bohrmeißels aufgenommen wird. Der Mitnehmer wird oft aus Wolframsinterkarbid hergestellt, wobei die Oberfläche des Substrats auf eine Oberfläche des Mitnehmers hartgelötet wird, beispielsweise in einem Verfahren, das als "LS- Bondieren" bekannt ist. Als Alternative dazu kann das Substrat selbst eine ausreichende Dicke haben, um effektiv einen zylindrischen Ständer darzustellen, der ausreichend lang ist, um direkt in einem Stutzen im Bohrmeißelkörper aufgenommen zu werden, ohne an einen Mitnehmer hartgelötet zu werden. Der Bohrmeißelkörper selbst kann maschinell aus Metall, in der Regel Stahl, herausgearbeitet werden, oder er kann unter Anwendung eines pulvermetallurgischen Verfahrens geformt werden.
• Derartige Schneidelemente sind während der Formgebung und Anbringung am Bohrmeißelkörper Temperaturextremen ausgesetzt, und außerdem sind sie hohen Temperaturen und starken Belastungen ausgesetzt, wenn der Bohrer abwärts in einem Bohrloch eingesetzt wird. Es wurde festgestellt, daß es im Ergebnis dieser Bedingungen zum Abplatzen und zur Schichtablösung der superharten Plattierungstafel kommen kann, d. h., zur Abtrennung und zum Verlust des Diamanten oder anderen superharten Materials auf der Schneidoberfläche der Tafel.
• Das kann auch bei Vorformelementen auftreten, die für andere Zwecke eingesetzt werden, und besonders da, wo die Elemente wiederholten Schlagbelastungen ausgesetzt sind, wie bei Stößeln und Nockenmechanismen.
• Üblicherweise ist bei Vorformelementen des oben genannten Typs die Grenzfläche zwischen der superharten Tafel und dem Substrat im allgemeinen flach und plan. Besonders für die Schneidelemente von Bohrmeißeln wurden jedoch Versuche unternommen, die Bindung zwischen der superharten Plattierungstafel und dem Substrat dadurch zu verbessern, daß die hintere Fläche der Plattierungstafel und die vordere Fläche des Substrats so konfiguriert werden, daß zwischen diesen ein gewisses Maß an mechanischer Verriegelung hergestellt wird.
• Bei Vorformelementen des oben genannten Typs ist es außerdem wünschenswert, eine größere Dicke der superharten Plattierungstafel an deren Umfang bereitzustellen, um eine zusätzliche Festigkeit in dem Bereich zu schaffen, der bei einem Schneidelement für einen Rotarybohrmeißel die Schneidkante des Elements darstellt. Normalerweise wurde das durch die Bildung eines durchgängigen Umfangsrings von größerer Dicke und konstanter Tiefe um den Außenumfang der Rückfläche der Plattierungstafel erreicht. Bei bekannten Anordnungen ist es oft notwendig oder wünschenswert, daß die Vorspränge auf der Rückfläche der Plattierungstafel eine größere Tiefe als der Umfangsring haben, damit eine angemessene mechanische Verriegelung mit dem Substrat hergestellt wird.
• Verschiedene Konfigurationen der Grenzfläche zwischen der superharten Plattierungstafel und dem Substrat bei einem Vorformelement werden in den britischen Patentanmeldungen Nr. 2283773 (die dem bekannten technischen Stand am nächsten kommt, wie er im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben wird), 9512173.7, 9512174.5, 9512177.8 und 9512175.2 beschrieben.
• Während einige dieser bekannten Konstruktionen Vorzüge aufweisen können, muß manchmal festgestellt werden, daß die Vorsprünge auf der Rückfläche der Plattierungstafel bis zu einer beachtlichen Tiefe in das Substrat vorstehen müssen, um eine angemessene Verriegelungsfunktion zu gewährleisten. Beispielsweise kann bei einigen Typen von Vorformelementen die Dicke des Substrats weniger als 3 mm betragen, und wenn die Vorspränge auf der Plattierungstafel in das Substrat hineingeführt werden, um eine angemessene Verriegelung zwischen der Plattierungstafel und dem Substrat herzustellen, können sie die unerwünschte Wirkung der Schwächung der Struktur des Substrats haben. Diese Schwierigkeit könnte natürlich durch eine Vergrößerung der Dicke des Substrats überwunden werden, aber dickere Vorformen können nicht nur schwieriger und teurer in der Herstellung sein, vielmehr treten wahrscheinlich Schwierigkeiten auch dadurch auf, daß die existierenden Fertigungsprozesse und Konstruktionen von Bohrmeißeln bereits auf Vorformen von Standarddicke abgestimmt sind.
• Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, eine Konstruktion eines Vorformelements bereitzustellen, bei der die Vorspränge auf der Rückfläche der Plattierungstafel eine solche Konfiguration haben, daß sie eine gute Verriegelung zwischen der Plattierungstafel und dem Substrat bei einer vergleichsweise geringen Tiefe der Vorspränge auf der Rückseite der Plattierungstafel bereitstellen.
• Vorformelemente der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, werden im allgemeinen so hergestellt, daß zuerst ein geformtes, massives Substrat aus einen geeigneten Material, wie beispielsweise Wolframkarbid, vorgeformt und dann auf eine Oberfläche des Substrats eine Schicht aus Diamant- oder anderen superharten Teilchen aufgebracht wird. Die superharte Schicht paßt sich dann automatisch der Form der Substratoberfläche an, wobei die Teilchen alle Vertiefungen füllen, die in dieser Oberfläche vorgeformt worden sind. Wenn das Substrat und die superharte Schicht in der Hochdruck- Hochtemperatur-Formpresse miteinander bondiert werden, bondieren die Diamantpartikel untereinander und am Substrat, und die Rückfläche der superharten Plattierungstafel wird integriert mit Vorsprängen aus superhartem Material gebildet, die in die Vertiefungen im Substrat hineinreichen.
• Wie bereits erklärt worden ist, können bestimmte Eigenschaften des fertigen Vorformelements von der Form und Konfiguration dieser superharten Vorspränge abhängig sein. Da diese Vorspränge in der Praxis jedoch üblicherweise entsprechend der Form des vorgeformten Substrats geformt werden, ist es angezeigt, eine gewünschte Konfiguration der superharten Vorspränge in Begriffen der Form des Substrats zu definieren, die zu ihrer Herstellung erforderlich ist, und daher wird die vorliegende Erfindung in diesen Begriffen definiert.
• Nach der Erfindung wird ein Vorformelement bereitgestellt, das eine Plattierungstafel aus superhartem Material mit einer vorderen Fläche, einer Umfangsfläche und einer hinteren Fläche einschließt, die mit der Vorderfläche eines Substrats bondiert ist, das weniger hart als das superharte Material ist, wobei die Vorderfläche des Substrats über ihren Umfang mit einer Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten Vertiefungen geformt wird, in die Vorspränge des superharten Materials vorstehen, die integriert auf der Rückfläche der Plattierungstafel gebildet werden, wobei jede Vertiefung einen Außenrand hat, der am Umfang des Substrats anliegt, und die maximale Länge jeder Vertiefung, längs eines Radius' des Substrats, nicht größer als das Doppelte der maximalen Breite der Vertiefung in der Umfangsrichtung ist.
• Bei dieser Anordnung nach der Erfindung liegen die superharten Vorspränge, welche die Vertiefungen füllen, ebenfalls am Umfang an, da die Außenränder der Vertiefungen im Substrat am Umfang der Plattierungstafel anliegen. Dadurch wird die gewünschte zusätzliche Festigkeit für die Plattierungstafel über deren Umfang bereitgestellt und eine ähnliche Wirkung wie bei der Bereitstellung eines durchgängigen Umfangsrings bei Anordnungen nach dem bekannten technischen Stand erzielt. Da jedoch die verstärkenden Vorspränge mit Zwischenraum über dem Umfang der Plattierungstafel angeordnet sind, reicht das Material des Substrats seitlich zwischen die mit Zwischenraum angeordneten Vorspränge, und das ergibt, zusammen mit der Form und Größe der Vorspränge, eine gute mechanische Verriegelung. Bei diesen Anordnungen braucht die Tiefe der Vorspränge nicht größer als die Tiefe des Umfangsrings nach dem bekannten technischen Stand zu sein. Da die Vorspränge im Gegensatz zum durchgängigen Umfangsring jedoch auch eine mechanische Verriegelung zwischen der Plattierungstafel und dem Substrat bereitstellen, kann es u. U. zur Herstellung einer angemessenen Verriegelung nicht mehr notwendig sein, die Rückfläche der Plattierungstafel mit Vorsprängen zu formen, die bis zu einer größeren Tiefe in das Substrat hineinreichen.
• Folglich kann die vorliegende Anordnung eine erhöhte Umfangsfestigkeit plus mechanische Verriegelung bei einer Tiefe der Vorspränge bereitstellen, die nicht größer als die Tiefe des Umfangsrings beim bekannten technischen Stand zu sein braucht. Folglich wird damit jedwede mögliche Schwächung des Substrats vermieden, die aus den tieferen Vorsprängen nach dem bekannten technischen Stand resultieren könnte, und es werden damit auch die Fertigungsprobleme vermieden, die aus der Arbeit mit einem dickeren Substrat resultieren würden, wie das oben ausgeführt worden ist.
• Der Außenrand jeder Vertiefung kann Teil des Außenumfangs des Substrats sein.
• Die Vertiefungen nach der Erfindung sind nicht-langgestreckt, und vorzugsweise beträgt die maximale Länge jeder Vertiefung nicht mehr als das 1,5fache ihrer maximalen Breite in der Umfangsrichtung. Besser noch ist die maximale Länge jeder Vertiefung kleiner als deren maximale Breite in der Umfangsrichtung.
• Der Innenrand jeder Vertiefung oder dessen größerer Teil kann gebogen sein, beispielsweise kann er teilkreisförmig oder im wesentlichen halbkreisförmig sein. Für den Fall, daß der gesamte Innenrand der Vertiefung halbkreisförmig ist, beträgt die maximale Länge der Vertiefung im wesentlichen die Hälfte von deren Breite am Umfang.
• Jede Vertiefung kann eine Bodenfläche haben, die im wesentlichen flach und im wesentlichen parallel zur vorderen Fläche der Plattierungstafel ist.
• Die Vertiefungen können alle eine ähnliche maximale Tiefe haben, und die maximale Tiefe jeder Vertiefung kann etwa der Dicke des Rests der Plattierungstafel entsprechen. Vorzugsweise ist die maximale Dicke der Plattierungstafel, einschließlich der Vorspränge, die in die Vertiefungen im Substrat hineinreichen, kleiner als die Hälfte der Gesamtdicke des Vorformelements.
• Die Vertiefungen sind vorzugsweise mit im wesentlichen gleichen Zwischenräumen über dem Umfang des Substrats angeordnet, und sie können die einzigen Vertiefungen sein, die auf der Vorderfläche des Substrats gebildet werden.
• Bei jeder der obigen Anordnungen kann die Vorderfläche des Substrats einen Mittelbereich und einen äußeren Umfangsbereich haben, der in seinem Verlauf nach außen im allgemeinen von der vorderen Fläche der Plattierungstafel weg geneigt ist, wobei die Vertiefungen im geneigten äußeren Umfangsbereich des Substrats gebildet werden.
• In diesem Fall kann die Tiefe jeder Vertiefung in deren Verlauf nach innen hin zum Mittelbereich des Substrats zunehmen. Beispielsweise kann jede Vertiefung an ihrem äußersten Ende eine Tiefe von im wesentlichen Null haben. Das innere Ende jeder Vertiefung kann am Mittelbereich des Substrats anliegen.
• Der Mittelbereich der Vorderfläche des Substrats kann im wesentlichen flach und parallel zur vorderen Fläche der superharten Plattierungstafel sein.
• Der Mittelbereich und/oder der äußere Umfangsbereich der Vorderfläche des Substrats können auch mit einer Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten Hilfsvertiefungen gebildet werden, in die Überstände des superharten Materials hineinreichen, die integriert auf der Rückfläche der Plattierungstafel gebildet werden. Die Bodenflächen der erstgenannten Vertiefungen können ebenfalls mit einer Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten Hilfsvertiefungen ausgeführt werden, in die Überstände des superharten Materials hineinreichen, die integriert auf der Rückfläche der Plattierungstafel gebildet werden. Vorzugsweise schneiden zumindest einige der Hilfsvertiefungen den Außenumfang des Substrats, so daß der Überstand des superharten Materials, der in die Vertiefung hineinreicht, teilweise am Außenumfang des Vorformelements freiliegt.
• Die Hilfsvertiefungen können einen runden Querschnitt haben. Die Tiefe der Hilfsvertiefungen kann über der Oberfläche des Substrats unregelmäßig oder zufällig variieren.
• Die Hilfsvertiefungen können in einem regelmäßigen Muster über der Oberfläche des Substrats angeordnet sein, oder sie können unregelmäßig oder zufällig mit Zwischenraum über dem Substrat angeordnet sein.
• Bei jeder der Anordnungen nach der Erfindung kann das Element eine runde Konfiguration und eine im wesentlichen konstante Dicke haben.
• Im Folgenden wird eine detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung gegeben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
• Fig. 1 ein Seitenaufriß eines typischen rotierenden Bohrmeißels ist, bei dem Vorformelemente nach der vorliegenden Erfindung als Schneidelemente eingesetzt werden können,
• Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Bohrmeißels ist,
• Fig. 3 ein Querschnitt eines Vorfonn-Schneidelement nach der Erfindung im vergrößerten Maßstab ist,
• Fig. 4 eine Draufsicht des Substrats des Schneidelements von Fig. 3 ist, wobei die superharte Plattierungstafel, die normalerweise auf das Substrat bondiert wäre, entfernt worden ist, um die Konfiguration der oberen Fläche des Substrats zu zeigen,
• Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4 von einem alternativen Ausführungsbeispiel ist,
• Fig. 6 ein Querschnitt einer anderen Form eines Vorform-Schneidelements nach der Erfindung ist im vergrößerten Maßstab, und
• Fig. 7 eine schematische perspektivische Ansicht des Substrat des Schneidelements von Fig. 6 ist, wobei die superharte Plattierungstafel entfernt worden ist, um die Vertiefungen in der oberen Fläche des Substrats zu zeigen.
• Fig. 1 und 2 zeigen einen typischen rotierenden Volldurchgang-Bohrmeißel der Art, bei der die Schneidelemente der vorliegenden Erfindung anwendbar sind. Der Bohrmeißelkörper 10 wird maschinell aus Stahl herausgearbeitet und hat einen Schaft, der an einem Ende mit einem mit Außengewinde versehenen Kegelzapfen 11 zur Verbindung mit dem Bohrgestänge versehen ist. Die wirksame Stirnfläche 12 des Bohrmeißelkörpers wird mit einer Reihe von Flügeln 13 gebildet, die strahlenförmig vom Mittelbereich des Bohrmeißels ausgehen, und die Flügel tragen Schneidwerkzeug-Baugruppen 14, die mit Zwischenraum über deren Länge angeordnet sind. Der Bohrmeißel hat eine Meßsektion, die Stoßelemente (kicker) 16 einschließt, welche die Wände des Bohrlochs kontaktieren, um den Bohrmeißel im Bohrloch zu stabilisieren. Ein Mitteldurchgang (nicht gezeigt) im Bohrmeißel und im Schaft führt auf die bekannte Weise durch Düsen 17 in der Stirnfläche 12 Bohrflüssigkeit zu.
• Jede Schneidwerkzeug-Baugruppe 14 umfaßt ein Vorfonn-Schneidelement 18, das auf einem Mitnehmer 19 in Form eines Ständers angebracht ist, der sich in einem Stutzen im Bohrmeißelkörper befindet. Jedes Vorfonn-Schneidelement hat die Form einer runden Scheibe, die eine Plattierungstafel 20 aus superhartem Material, in der Regel polykristallinem Diamant, umfaßt, die auf ein Substrat 21 bondiert ist, das normalerweise aus Wolframsinterkarbid besteht. Die Rückfläche des Substrats wird, beispielsweise durch LS-Bondieren, an eine entsprechend ausgerichtete Oberfläche auf dem Ständer 19 bondiert.
• Eine Form eines Vorform-Schneidelements für einen Rotorybohrmeißel, ausgeführt nach der Erfindung, wird in Fig. 3 und 4 gezeigt.
• Die vordere Plattierungstafel 20 aus polykristallinem Diamant wird in einer Hochdruck- Hochtemperatur-Presse auf das Wolframkarbidsubstrat 21 bondiert. Das Verfahren zur Herstellung solcher Vorformelemente ist allgemein bekannt und wird nicht detailliert beschrieben. Obwohl polykristalliner Diamant und Wolframkarbid die gebräuchlichsten Materialien sind, die für solche Vorformen eingesetzt werden, können auch andere geeignete Materialien eingesetzt werden. Andere geeignete superharte Materialien für die Plattierungstafel sind beispielsweise kubisches Bornitrid und amorpher diamantartiger Kohlenstoff (ADLC).
• Fig. 4 zeigt die Vorderfläche 22 des Substrats 21, wobei die Plattierungstafel 20 entfernt worden ist, um die Konfiguration der Vorderfläche des Substrats zu zeigen. Wie aus Fig. 4 entnommen werden kann, wird die Vorderfläche 22 des Substrats über ihrem Umfang mit acht in Umfangsrichtung mit Zwischenraum angeordneten Vertiefungen 23 ausgeführt, in die entsprechende Vorsprünge 24 an der Unterseite der Plattierungstafel hineinreichen. Jede Vertiefung hat einen Außenrand 25, der Teil des Umfangs des Substrats 21 ist, und eine gebogene, halbkreisförmige Innenrandoberfläche 26. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist die maximale Länge jeder Vertiefung 23 längs eines Radius' der Plattierungstafel kleiner als die Breite der Vertiefung in der Umfangsrichtung.
• Die Bodenfläche 27 jeder Vertiefung ist im wesentlichen flach und ist parallel zur Vorderfläche 28 der Plattierungstafel. Die Tiefe jeder Vertiefung ist etwa gleich der Dicke der Plattierungstafel, und aus Fig. 3 wird ersichtlich, daß die kombinierte Dicke der Vorsprünge 24 und der Plattierungstafel 20 weniger als die Hälfte der Gesamtdicke des Vorformelements als Ganzem beträgt.
• Da die Diamantvorsprünge 24, welche die Vertiefungen 23 füllen, um einen beachtlichen Teil des Außenumfangs der Plattierungstafel 20 reichen, verleihen sie diesem Außenumfang auf ähnliche Weise zusätzliche Festigkeit, wie die durchgängigen Umfangsringe, die beim oben erwähnten bekannten technischen Stand eingesetzt werden. Anders als beim bekannten technischen Stand aber reicht beim vorliegenden Fall das Material des Substrats 21 nach außen zwischen nebeneinanderliegende Vorspränge 23, in die in Fig. 4 unter 29 gekennzeichneten Bereiche, und stellt damit, zusätzlich zu der zusätzlichen Umfangsfestigkeit, eine gute mechanische Verriegelung zwischen der Plattierungstafel und dem Substrat her. Diese mechanische Verriegelung wird folglich innerhalb der Tiefe des äquivalenten Umfangsringes bereitgestellt und verlangt keine Vorspränge, die über die Tiefe des Umfangsringes hinausreichen, wie das bei vielen Anordnungen nach dem bekannten technischen Stand der Fall ist. Folglich wird die Gesamttiefe der Plattierungstafel und der Vorspränge auf ein Minimum reduziert und führt damit nicht zu einer Verringerung in der Festigkeit des Substrats.
• Folglich wirken die Vorspränge 24 auf der Plattierungstafel 20 auf andere Weise als die länglichen, in Radialrichtung und nicht in Radialrichtung verlaufenden Rippen, wie sie bei einigen Anordnungen nach dem bekannten technischen Stand gezeigt werden. Auf Grund der Tatsache, daß die Innenrandoberflächen der Vorspränge 24 gebogen sind, werden Spannungskonzentrationen innerhalb des Substrats vermieden, von denen Risse ausgehen können.
• Fig. 5 zeigt eine alternative Anordnung, die der Anordnung von Fig. 3 und 4 ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß die Vertiefungen 30 in diesem Fall kleiner sind und zwölf dieser Vertiefungen bereitgestellt werden, die mit gleichen Zwischenräumen über dem Umfang des Substrats angeordnet sind.
• Obwohl die Vertiefungen 23 und 30 in einer Anordnung mit gleichen Zwischenräumen gezeigt werden, schließt die Erfindung auch Anordnungen ein, bei denen die Vertiefungen nicht mit gleichen Zwischenräumen angeordnet sind. Außerdem sind, obwohl bei der bevorzugten Anordnung die Bodenflächen der Vertiefungen flach und parallel zur Plattierungstafel sind, auch andere Formen und Orientierungen der Bodenflächen möglich. Die Vertiefungen können über dem Umfang der Plattierungstafel eine variierende Tiefe haben, so daß die entsprechenden Vorspränge auf der Plattierungstafel bis zu unterschiedlichen Tiefen in das Substrat hinein vorstehen.
• Eine andere Form eines Vorform-Schneidelements für einen Rotarybohrmeißel, ausgeführt nach der Erfindung, wird in Fig. 6 und 7 gezeigt.
• Fig. 7 zeigt die Frontfläche des Substrats 31, wobei die Plattierungstafel 32 aus polykristallinem Diamant entfernt worden ist, um die Konfiguration der Frontfläche des Substrats zu zeigen. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, hat das Substrat 31 wiederum allgemein die Form einer runden Scheibe. In diesem Fall aber weist die obere Fläche des Substrats, welche die Grenzfläche mit der Diamant-Plattierungstafel 32 darstellt, einen flachen, runden Mittelbereich 33 auf, der von einem äußeren, ringförmigen Umfangsbereich 34 umschlossen ist, der eine teilkonische Form hat, so daß er in seinem Verlauf nach außen von der Vorderfläche 35 der Plattierungstafel weg geneigt ist.
• Der äußere Umfangsbereich 34 wird mit acht teilkreisförmigen Vertiefungen 36 gebildet, die mit gleichen Zwischenräumen über dem Umfang des Substrats angeordnet sind. Der Außenrand 37 jeder Vertiefung 36 hat eine Tiefe von Null und ist Teil des Umfangsrandes des Substrats. Der innere gebogene Rand jeder Vertiefung verläuft tangential zum runden Mittelbereich 33. Die Bodenfläche 38 jeder Vertiefung 36 ist parallel zur Vorderfläche 35 der Plattierungstafel 32, wie das am besten aus Fig. 6 hervorgeht, so daß die Tiefe der Vertiefung in deren Verlauf nach innen zunimmt.
• Im Boden jeder Hauptvertiefung 36 werden drei Hilfsvertiefungen gebildet. Diese umfassen eine Vertiefung 39, die vollkommen rund ist, und zwei Vertiefungen 40, die halbkreisförmig sind und den Außenumfang 41 des Substrats 31 schneiden. Ähnliche Vertiefungen 42 und 43 werden auch in der geneigten Oberfläche 34 des Substrats zwischen jedem nebeneinanderliegenden Paar von Hauptvertiefungen 36 gebildet.
• Ähnliche runde Hilfsvertiefungen 44 werden auch in einer regelmäßigen Anordnung über dem Mittelbereich 33 der oberen Fläche des Substrats gebildet.
• Die Hilfsvertiefungen 39, 40, 42, 43 und 44 können alle im wesentlichen dieselbe Tiefe haben, oder ihre Tiefe kann an unterschiedlichen Stellen über der Oberfläche des Substrats variieren. Beispielsweise können sie in der Tiefe über der Oberfläche des Substrats unregelmäßig und zufällig variieren. Die Anzahl, Anordnung und die Formen der Hauptvertiefungen 36 und der Hilfsvertiefungen werden nur in Form von Beispielen gegeben, und diese Vertiefungen können sich in Anzahl, Form und Anordnung gegenüber den in den Zeichnungen gezeigten unterscheiden.
• Bei einem Verfahren zur Herstellung des Vorformelements wird zuerst ein massives Substrat mit der Konfiguration von Fig. 4, 5 oder 6 oder jedweder anderer Konfiguration in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt. Das vorgeformte Substrat wird dann in einer Hochdruck-Hochtemperatur-Presse mit einer Schicht von Diamantpartikeln in Kontakt gebracht, die alle Vertiefungen füllen sowie eine kontinuierliche Schicht über der Fläche des Substrats bilden. In einigen Fällen kann sich, auf die bekannte Weise, zwischen den Diamantpartikeln und dem Substrat eine Übergangsschicht von Material mit Übergangseigenschaften befinden.
• Die Baugruppe wird dann in der Presse sehr hohen Werten von Druck und Temperatur ausgesetzt, so daß die Diamantpartikel, mit einer Diamant-Diamant-Bindung, untereinander bondiert und auch mit dem Substrat bondiert werden, um das fertige Element zu ergeben, wie es in Fig. 3 und 6 gezeigt wird. Dementsprechend werden alle Vertiefungen des Substrats vollständig mit festen Vorsprängen des Diamantmaterials gefüllt, die mit der Plattierungstafel 20 oder 32 aus einem Ganzen bestehen, und dienen dazu, die Plattierungstafel am Substrat zu verriegeln. Da sich die Hauptvertiefungen 23 und 36 am Umfang des Substrats befinden, liegt das Diamantmaterial, das die Vertiefungen füllt, am Umfang des Elements frei.
• Bei einem alternativen Herstellungsverfahren kann das Substrat, das mit der Diamantschicht in die Presse gegeben wird, einen Durchmesser haben, der größer als derjenige ist, der für das fertige Element gebraucht wird. In diesem Fall können die Vertiefungen, die am nächsten zum Umfang des Substrats liegen, wie beispielsweise die Vertiefungen 23, 30, 36, 40 und 43, anfangs vollständig runde Vertiefungen sein. Nach der Formung des Elements in der Presse wird es über seinem Umfang auf den erforderlichen Enddurchmesser abgeschliffen, wobei durch das Schleifen ein Teil der diamantgefüllten äußeren Vertiefungen entfernt wird, um so den Diamanten am Außenumfang des Elements freizulegen, wie das in Fig. 3 und 6 gezeigt wird.
• Es wird festgestellt, daß die in den Zeichnungen gezeigte Anordnung sowohl eine gute mechanischen Verriegelung und Bindung zwischen der Diamanttafel und dem Substrat herstellt, als auch eine Diamanttafel ergibt, die äußerst beständig gegenüber Stoßbelastungen, besonders am Umfang des Vorformelements, ist und die beständig gegenüber dem Abplatzen oder der Schichtablösung der Diamanttafel vom Substrat ist.

Claims (27)

1. Vorformelement, das eine Plattierungstafel (32) aus superhartem Material mit einer vorderen Fläche (35), einer Umfangsfläche und einer hinteren Fläche einschließt, die mit der Vorderfläche eines Substrats (31) bondiert ist, das weniger hart als das superharte Material ist, wobei die Vorderfläche des Substrats über ihren Umfang mit einer Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten Vertiefungen (36) geformt wird, in die Vorsprünge des superharten Materials hineinreichen, die integriert auf der Rückfläche der Plattierungstafel (32) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vertiefung (36) einen Außenrand (37) hat, der am Umfang des Substrats (31) anliegt, und daß die maximale Länge jeder Vertiefung, längs eines Radius' des Substrats, nicht größer als das Doppelte der maximalen Breite der Vertiefung in der Umfangsrichtung ist.

2. Vorformelement nach Anspruch 1, bei dem der Außenrand (37) jeder Vertiefung einen Teil des Außenumfangs des Substrats (31) bildet.

3. Vorformelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die maximale Länge jeder Vertiefung (36), längs eines Radius' des Substrats, nicht größer als das 1,5fache ihrer maximalen Breite in der Umfangsrichtung ist.

4. Vorformelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die maximale Länge jeder Vertiefung (36), längs eines Radius' des Substrats, kleiner als ihre maximale Breite in der Umfangsrichtung ist.

5. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein größerer Teil des Innenrandes jeder Vertiefung (36) gebogen ist.

6. Vorformelement nach Anspruch 5, bei dem der Innenrand jeder Vertiefung (36) teilkreisförmig ist.

7. Vorformelement nach Anspruch 5, bei dem der Innenrand jeder Vertiefung (36) halbkreisförmig ist.

8. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede Vertiefung (36) eine Bodenfläche (38) hat, die im wesentlichen flach ist.

9. Vorformelement nach Ansprach 8, bei dem die Bodenfläche (38) jeder Vertiefung (36) im wesentlichen parallel zur vorderen Fläche (35) der Plattierungstafel ist.

10. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vertiefungen (36) alle eine ähnliche maximale Tiefe haben.

11. Vorformelement nach Anspruch 10, bei dem die maximale Tiefe jeder Vertiefung (36) ähnlich der Dicke des Rests der Plattierungstafel (32) ist.

12. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die maximale Dicke der Plattierungstafel (32), einschließlich der Vorsprünge, die in die Vertiefungen (36) im Substrat hineinreichen, kleiner als die Hälfte der Gesamtdicke des Vorformelements ist.

13. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vertiefungen (36) im wesentlichen mit gleichen Zwischenräumen über dem Umfang des Substrats angeordnet sind.

14. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vertiefungen (36) die einzigen Vertiefungen sind, die auf der Vorderfläche des Substrats gebildet werden.

15. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vorderfläche des Substrats (31) einen Mittelbereich (33) und einen äußeren Umfangsbereich (34) hat, der in seinem Verlauf nach außen allgemein von der vorderen Fläche (35) der Plattierungstafel weg geneigt ist, wobei die Vertiefungen (36) im geneigten äußeren Umfangsbereich (34) des Substrats gebildet werden.

16. Vorformelement nach Anspruch 15, bei dem die Tiefe jeder Vertiefung (36) in deren Verlauf nach innen hin zum Mittelbereich (33) des Substrats zunimmt.

17. Vorformelement nach Anspruch 16, bei dem jede Vertiefung (36) an ihrem äußeren Ende (37) eine Tiefe von im wesentlichen Null hat.

18. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, bei dem das innere Ende jeder Vertiefung (36) am Mittelbereich (33) des Substrats anliegt.

19. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18, bei dem der Mittelbereich (33) der Vorderfläche des Substrats im wesentlichen flach und parallel zur vorderen Fläche (35) der superharten Plattierungstafel ist.

20. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 19, bei dem der Mittelbereich (33) und/oder der äußere Umfangsbereich (34) der Vorderfläche des Substrats (31) mit einer Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten Hilfsvertiefungen (39, 40, 42, 43, 44) gebildet wird, in die Überstände aus superhartem Material hineinreichen, die integriert auf der Rückfläche der Plattierungstafel (32) gebildet werden.

21. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bodenflächen (38) der erstgenannten Vertiefungen mit einer Vielzahl von mit Zwischenraum angeordneten Hilfsvertiefungen (39, 40) gebildet werden, in die Überstände aus superhartem Material hineinreichen, die integriert auf der Rückfläche der Plattierungstafel (32) gebildet werden.

22. Vorformelement nach Anspruch 20 oder Ansprach 21, bei dem wenigstens einige der Hilfsvertiefungen (40) den Außenumfang des Substrats schneiden, so daß die Überstände aus superhartem Material, die in die Vertiefung hineinreichen, am Außenumfang des Vorformelements teilweise freiliegen.

23. Vorformelement nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem die Hilfsvertiefungen (39, 40, 42, 43, 44) einen runden Querschnitt haben.

24. Vorformelement nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem die Tiefe der Hilfsvertiefungen (39, 40, 42, 43, 44) über der Oberfläche des Substrats unregelmäßig oder zufällig variiert.

25. Vorformelement nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei dem die Hilfsvertiefungen (39, 40, 42, 43, 44) in einer regelmäßigen Anordnung über der Oberfläche des Substrats angeordnet sind.

26. Vorformelement nach einem der Ansprüche 20 bis 25, bei dem die Hilfsvertiefungen mit unregelmäßigen oder zufälligen Zwischenräumen auf dem Substrat angeordnet sind.

27. Vorformelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Element eine runde Konfiguration und eine im wesentlichen konstante Dicke hat.