DE69122085T2 - Schleifkörper, insbesondere Honkörper, und Verfahren, um Schleifpartikel auf solch einem Körper anzubringen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Werktückschleifelement, insbesondere ein Honelement, das eine Außenfläche aufweist, an der über einem Teil ihrer Länge Schleifpartikel befestigt sind, wobei die Schleifpartikel den Werkstückeingriffsabschnitt des Elements bilden. Ein Element nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist beispielsweise aus der GB-A-2038214 bekannt.
• Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Verwendung eines Werkstoffes als Beschichtung über der nichtschleifenden Werkstückeingriffsfläche einer Honführungsanordnung.
• Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Befestigung von Schleifpartikeln auf der Oberfläche eines Werkstückschleifelements, insbesondere eines Honelements, durch Befestigen der Schleifpartikel an der Oberfläche des Elements, um zwischen ihnen eine vorher festgelegte Bindung zu schaffen. Ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 10 ist aus der oben genannten Druckschrift bekannt.
• Der Schleifabschnitt eines Honwerkzeugs ist der Arbeitsabschnitt des Werkzeugs, da ebendieser Abschnitt des Werkzeugs während eines Honvorgangs unter Druck an einem bestimten Werkstück angreift und Material von ihm entfernt, bis der gewünschte Enddurchmesser des Werkstücks erreicht ist. Da während eines Honvorgangs Materialabfall von einem Werkstück entfernt wird, lagern oder sammeln sich oftmals Metallsplitter und -späne zwischen den vorstehenden Schleifpartikeln auf dem Honwerkzeug an, wobei eine derartige Ablagerung schließlich zu einem Fressen oder einer Riefenbildung an der gehonten Werkstückoberfläche führt. Dies stellt bei vielen Honvorgängen ein ständiges und unvermindertes Problem dar, und die Ansammlung oder Haftung von derartigem Werkstoffmaterialabfall zwischen den Schleifpartikeln tritt insbesondere bei duktilen Werkstoffen, wie rostfreiem Stahl, auf, bei denen während des Honvorgangs lange, faserige Splitter oder Späne anfallen. Gewöhnlich verschließen oder verstopfen solche langen, faserigen Splitter die Zwischenräume zwischen den vorstehenden Schleifpartikeln auf dem Werkzeug, woraufhin, nachdem sie durch Verdichtung aufgrund des Honvorgangs selbst gehärtet worden sind, schließlich während des Honens genügend Wärme erzeugt wird, daß diese Splitter oder Späne tatsächlich verschweißen und sich an der Bindungsmatrix zwischen den angrenzenden Schleifpartikeln selbst festlegen, wodurch beim Fortsetzen des Honvorgangs ein Fressen oder eine Riefenbildung an der gehonten Werkstückoberfläche auftritt. Die Ablagerung dieses Werkstoffmaterialabfalls vermindert darüber hinaus die Schneidewirksamkeit der Schleifpartikel, und sobald die Schleifpartikel auf das gleiche Oberflächenniveau verschleißen wie die Ablagerung von Materialabfall zwischen diesen Partikeln, wird jegliche wirksame Schneidefunktion ausgeschlossen. Dieses Phänomen mindert also nicht nur die Qualität des fertiggestellten Werkstückerzeugnisses, sondern reduziert auch die Gesamtlebensdauer des Werkzeuges und führt letztendlich dazu, daß ein solches Werkzeug als effektives Schneidelement unbrauchbar wird.
• Bei dem Versuch, das Auftreten einer Ablagerung und Ansammlung von Werkstoffmaterialabfall zwischen den Schleifpartikel eines Honwerkzeuges, wodurch die vorstehend ausgeführten Probleme verursacht werden, zu verringern und zu minimieren, wurden verschiedene Mittel eingesetzt. In der US-A-4,155,721 ist beispielsweise ein duales Bindungsverfahren zur Herstellung von einschichtigen Schleifwerkzeugen offenbart, bei welchem ein Metallsubstrat vorgeätzt wird, um auf der Substratoberfläche vor der Plattierung geeignete Hohlräume zu erzeugen. Ätzen soll in der Substratoberfläche kleine Hohlräume erzeugen, wobei jeder dieser Hohlräume einzeln einen Abschnitt eines Schleifpartikels aufnehmen kann. Diese Anordnung schafft eine stärkere mechanische Bindung zwischen den Schleifpartikeln und der metallplattierten Oberfläche des Substrates, so daß wenigstens ein Abschitt der Schleifpartikel unterhalb der Scherebene mit Ausnehmungen versehen ist. Dieses Verfahren weist weiterhin einen zweiten Plattierungsschritt auf, bei welchem über der ersten Metallbeschichtung anschließend eine zweite metallische Bindungsmatrix aufgebracht werden kann, um eine Ablagerung und Haftung von Materialabfall an der Bindungsmatrix zwischen den Schleifpartikeln zu verhindern. Dieses zweite Plattierungsbad besteht ausschließlich aus Metallionen und, wenn die Art und die Dicke dieser zweiten Metallbeschichtung auf eine für die beabsichtigte Anwendung des Werkzeugs geeignete Weise gewählt werden, trägt diese zweite Metallbeschichtung zwischen den Schleifpartikeln dazu bei, ein Zusetzen der Schneidkante des Werkzeugs aufgrund der gleichen Ablagerung von Materialabfall zwischen den Schleifpartikeln, wie sie vorstehend beschrieben wurde, zu verhindern.
• Die US-A-4 832 707, 4 973 338 und 4 868 069 offenbaren jeweils verschiedene Werkzeuge mit Metallbindung sowie Verfahren zu deren Herstellung, unter anderem verschiedene antistatische und abriebfeste Beschichtungen zur Verwendung bei derartigen Schleiferzeugnissen, um das Auftreten einer Ablagerung von Materialabfall zwischen den Schleifpartikeln zu reduzieren und dadurch die Gesamtqualität des fertiggestellten Werkstückerzeugnisses sowie den Schleifwirkungsgrad und die Genauigkeit der Endbearbeitung zu verbessern. Im einzelnen offenbart das US-Patent 4 832 707 ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs mit Metallbindung, bei welchem Diamantpartikel als Schleifwerkstoff für ein Hochleistungsschleifen eingesetzt werden. Dieses Patent geht insbesondere das Problem an, das sich aus der Ansammlung der Schleifsplitter in den Hohlräumen ergibt, welche in der Bindung ausgebildet sind, die ein Haften der Schleifpartikel an dem jeweiligen Substrat bewirkt, und versucht, dieses Problem durch Einstellen der Menge an Kohlenstoff oder Graphit sowie der Größe solcher Ablagerungen in der Bindung zu lösen.
• Die US-A-4 973 338 versucht ebenfalls, das Auftreten einer Ablagerung an oder Verstopfung der Schleifoberfläche zu reduzieren, indem die beschichteten Schleifwerkstoffe mit einer geeigneten Menge an antistatischem, quartären Ammoniumverbundwerkstoff behandelt werden, der etwa 15 bis 35 Kohlenstoffatome bei einem Molekulargewicht von mindestens etwa 300 enthält. Es wurde festgestellt, daß derart behandelte beschichtete Schleifwerkstoffe eine Kombination aus antistatischen, schmierenden und eine Zusetzung verhindernden Eigenschaften aufweisen, die einen verbesserten Schleifwirkungsgrad und eine längere Schleiflebensdauer bewirken.
• Die US-A-4 868 069 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Schleiffestigkeit verschiedener Substrate, bei welchem das Substrat mit einer relativ weichen Metallmatrix beschichtet ist, in der abriebfeste Schleifkornpartikel eingebettet sind. Die Beschichtung weist abriebfeste Partikel auf, die von einer Metallmatrix vorstehen, welche eine bezüglich der Hauptmasse der Metallmatrix gehärtete Oberfläche hat, wobei die Beschichtung metallurgisch mit dem Substrat verbunden wird. Das Einbetten von Schleifkornpartikeln in die gehärtete Beschichtung verhindert ein Verschieben der Schleifkornpartikel sowie das Entstehen von katastrophalen Rissen in der Beschichtung.
• Obwohl sich alle vorstehend genannten Verfahren nach dem Stand der Technik mit einem ähnlich gelagerten Problem zu befassen scheinen, nämlich mit der Ansammlung und Haftung von Materialabfallablagerungen zwischen den Schleifpartikeln im Substrat sowie mit der Zerstörung oder plastischen Verformung der Bindung dazwischen, was zu einer Verschlechterung der Genauigkeit und Qualität bei der Endbearbeitung führt, wird bei keinem der bekannten Verfahren ein Verbundwerkstoff aus Nikkel/Teflon oder anderem Metall oder einer Metalllegierung, in den eine Schmiersubstanz als Antifreßmittel eingeschlossen ist, zum Aufbringen an und Beschichten der Oberfläche der Bindung verwendet, die bereits zwischen den plattierten Schleifpartikeln auf einem Honwerkzeug ausgebildet ist, wie vorstehend ausgeführt wurde. Die Teflonpartikeln oder anderen geeigneten Schmiermitteln zugeordneten Selbstschmier- oder reibungsverringernden Eigenschaften, die nachstehend näher erläutert werden, erzeugen in Kombination mit dem im Verbundbeschichtungswerkstoff enthaltenen Werkstoff aus Nickel oder anderem Metall oder einer Metalllegierung sowohl eine Antihaft- und Antifreß-Beschichtungsfläche als auch eine harte, abriebfeste Beschichtung, die an der darunterliegenden Bindung haftet und ein Teil von ihr wird und die Kräfte und Spannungen eines Honvorgangs aushalten kann, ohne kaputtzugehen und/oder sich zu verformen. Aus diesem und anderen Gründen unterscheidet sich das vorliegende Verfahren sowohl im Hinblick auf die Zusammensetzung als auch im Hinblick auf die Anwendung von den im bekannten Stand der Technik offenbarten Bindungsverfahren.
• Ziel der Erfindung ist es, das Werkstückschleifelement zu verbessern und ein Verfahren bereitszustellen, mit dem eine im wesentlichen glatte Antihaft- und Antifreß-Bindungsfläche gebildet wird, die verhindert, daß während eines Schleifvorgangs erzeugte Metallsplitter und -späne sich an der Oberfläche ablagern und ansammeln.
• Dieses Ziel wird mit dem Werkstückschleifelement nach Anspruch 1, der Verwendung eines Verbundwerkstoffes nach Anspruch 9 sowie einem Verfahren nach Anspruch 10 erreicht.
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
• Die Erfindung wird in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
• Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines üblichen Hondorns mit einem rohrförmigen Honelement und einem darin gleitend bewegbaren Aufweitelement;
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht, die den bei der vorliegenden Erfindung vorgenommenen ersten Plattiervorgang darstellt;
• Fig. 3 ist eine Seitenansicht, die den bei der vorliegenden Erfindung vorgenommenen zweiten Plattiervorgang darstellt;
• Fig. 4 ist eine Seitenansicht, die den bei der vorliegenden Erfindung vorgenommenen dritten Plattiervorgang darstellt;
• Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilseitenansicht, die die Bindungsmatrix zwischen zwei benachbarten Schleifpartikeln von Fig. 4 zeigt;
• Fig. 6 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht entlang Linie 6-6 von Fig. 1, die die Bindung eines Schleifwerkstoffes auf dem Arbeitsabschnitt eines Honwerkzeuges gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
• Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines anderen Hondorns, bei welchem die vorliegende Erfindung sich ebenfalls besonders zur Verwendung eignet, wobei der Hondorn in Arbeitsstellung in einem zu honenden Zylinder dargestellt ist.
• Fig. 1 zeigt ein übliches Honwerkzeug oder einen Dorn 10, der herkömmlich zur Befestigung an einer Honmaschine verwendet wird, um einen Honvorgang durchzuführen. Das Honwerkzeug oder der Dorn 10 weist ein längliches, im wesentlichen rohrförmiges Honelement 12 mit einem Durchgang oder einer Bohrung (nicht gezeigt) auf, der bzw. die von seinem einen zu seinem anderen Ende verläuft und ein Aufweitelement oder einen Aufweitdorn 14, der bzw. das durch ihn hindurch verlaufend angeordnet ist, in gegenseitiger Zusammenwirkung aufnehmen kann. Das Honelement 12 weist eine vorzugsweise im wesentlichen zylindrische Außenfläche 16 auf, von der ein Abschnitt 18 gewöhnlich mit einem superschleifenden Material plattiert ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Derartige superschleifende Werkstoffe sind gewöhnlich Diamantpartikel oder Partikel aus kubischem Bornitrid in einem geeigneten Bindemittel oder ähnliche harte Werkstoffe. Die Verwendung solcher superschleifender Werkstoffe ist im Fachgebiet des Honens bekannt. Gewöhnlich ist nur ein Abschnitt des Honwerkzeugs mit solchen Schleifpartikeln plattiert, wobei die genaue Anordnung dieser Schleifpartikel und die Größe der durch sie abgedeckten Fläche auf einem bestimmten Honwerkzeug gewöhnlich von der speziellen Anwendung und der nach dem Honen gewünschten Oberflächenbeschaffenheit abhängen. Obwohl in Fig. 1 eine bestimmte Schleifkonfiguration dargestellt ist, kann selbstverständlich eine große Vielzahl von verschiedenen Schleifmustern verwendet werden, die von der speziellen gewünschten Anwendung und der Art des benutzten Schleifwerkstoffs abhängen. Dennoch ist die vorliegende Erfindung unabhängig von der speziellen Anordnung eines bestimmten superschleifenden Werkstoffs sowie der dadurch abgedeckten Fläche ausdrücklich und insbesondere auf ein verbessertes Verfahren zum Plattieren derartiger superschleifender Partikel auf den Arbeitsabschnitt des Honwerkzeugs, wie den in Fig. 1 dargestellten Schleifabschnitt 18, gerichtet. Andere Hohwerkzeug- oder Hondornkonstruktionen, bei denen die vorliegende Erfindung ebenfalls besonders nützlich ist, sind die in der US-A 4 197 680 und der US-A 4 253 279 offenbarten Honwerkzeugkonstruktionen für einen einmaligen Durchgang, sowie eine Vielzahl von radial aufweitbaren Dornkonstruktionen, wie die in Fig. 7 dargestellte Konstruktion. Weitere radial aufweitbare Dornkonstruktionen, die für die vorliegende Erfindung besondere Nutzanwendung haben, sind unter anderem die in der US-A 3 216 155, der US-A 4 524 549 und der US-A 4 555 875 offenbarten Konstruktionen.
• Insbesondere verwendet das vorliegende verbesserte Verfahren oder die vorliegende verbesserte Methode einen Verbundwerkstoff aus Nickel/Phosphor/Teflon (Ni-P-PTFE) oder einen anderen Metall- oder Metallegierungswerkstoff mit darin eingeschlossenem oder anderweitig damit verbundenem reibungsverringernden oder oberflächenschmierenden Werkstoff als Antifreßmittel zum Aufbringen auf und Beschichten der zwischen den plattierten Schleifpartikeln und dem Honwerkzeug ausgebildeten Bindung, sobald die Partikel mit bekannten Techniken an dem Werkzeug festgelegt sind. Obwohl jedes beliebige geeignete Mittel zur Festlegung oder Befestigung der Schleifpartikel an dem Werkzeugsubstrat verwendet werden kann, ohne die Lehre der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen, wird insgesamt ein Elektroplattierverfahren bevorzugt. Hierzu werden Mehrfachschichten eines superschleifenden Materials, wie etwa Diamantpartikel und/oder Partikel aus kubischem Bornitrid an dem Werkzeugsubstrat angeordnet und an ihm gehalten, und eine erste dünne Schicht eines elektroplattierten Materials wird unter Verwendung bekannter Vorgehensweisen darauf aufgebracht, um die angrenzende erste Partikelschicht an dem Substrat zu halten und daran festzulegen. Die Ergebnisse dieses ersten Plattierungsvorgangs oder -bades sind in Fig. 2 dargestellt, in der Mehrfachschichten eines superschleifenden Schleifkorns 20 gegen das Werkzeugsubstrat 22 gehalten werden und eine erste dünne Bindung aus elektroplattiertem Material 24 durch die und zwischen der ersten angrenzenden Schicht aus schleifenden Schleifkornpartikeln 21 und dem Werkzeugsubstrat 22 gebildet wird. Zur Durchführung dieses Arbeitsschrittes stehen bekannte Elektroplattierverfahren zur Verfügung. Zu den üblicherweise für diese Art von Bindungsaufbringung verwendeten elektroplattierten Werkstoffen gehören Metalle wie Nickel, Kupfer, Kobalt und Chrom, Metalllegierungen wie Nickelphosphor, Nickelbor und Messing und andere Werkstoffe mit autokatalytischer oder nichtelektrischer Plattierung. Autokatalytische Plattierung bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem das Abscheidungsmaterial selbst die Reduktionsreaktion an der Werkzeugoberfläche katalysiert.
• Nachdem dieser erste Elektroplattierungsvorgang oder nichtelektrische Plattierungsvorgang an den jeweiligen Schleifpartikeln und dem zugeordneten Substrat durchgeführt ist, ist die angrenzende erste Partikelschicht, wie etwa die in Fig. 2 veranschaulichten Partikel 21, nur lose an dem Substrat 22 festgelegt oder mit ihm verbunden. Anders ausgedrückt bedeckt diese erste Bindung 24 nur einen sehr kleinen Abschnitt der Gesamthöhe der einzelnen Schleifpartikel, die die angrenzende Schicht bilden. Sobald dieser erste Plattiervorgang abgeschlossen ist, werden anschließend die überschüssigen Schichten von Schleifpartikeln 20 (Fig. 2) mit bekannten Mitteln entfernt, der Plattiervorgang oder das Plattierbad wird wiederaufgenommen, und auf der in Fig. 2 dargestellten ursprünglichen Bindung 24 wird eine dicker plattierte Abscheidung aufgebracht, wodurch die erste Schicht aus Schleifpartikeln 21 stärker an das Substrat 22 gebunden wird. Diese Wiederaufnahme des Plattiervorgangs (zweiter Plattiervorgang) ermöglicht das Aufbringen von zusätzlichem elektroplattierten Werkstoff 26 auf der vorherigen Bindung 24, um die Bindung zwischen den Partikeln und dem Substrat 22 aufzubauen. Die Verwendung des Begriffs "Bindung" zur Beschreibung des vorliegenden Verfahrens bezieht sich in diesem Zusammenhang nicht auf eine chemische oder metallurgische, sondern auf eine mechanische Bindung. Das plattierte Abscheidungsmaterial bildet einen eng anliegenden Sockel, der die unregelmäßige Schleifkornoberfläche auffüllt, um die Schleifkörner an dem Werkzeugsubstrat festzulegen. Die Ergebnisse dieses zweiten Plattierungsvorgangs sind in Fig. 3 dargestellt.
• Durch den zweiten Plattierungsvorgang werden die Leerräume zwischen den Schleifpartikeln 21 und dem Substrat 22 ausgefüllt, so daß dazwischen die in Fig. 3 und 5 dargestellte Bindung aufgebaut wird. Gewöhnlich wird eine geeignete Bindung zwischen den Schleifpartikeln und dem Substrat erzielt, wenn der Zwischenraum zwischen aneinandergrenzenden Partikeln in einer Größenordnung von zwischen 50 % und 90 % der Partikelhöhe mit dem Bindemittel gefüllt ist. Aus einer Betrachtung von Fig. 2 und 3 wird ersichtlicht, daß die Gesamthöhe der Bindung (24 und 26) zwischen den in Fig. 3 veranschaulichten Schleifpartikeln 21 größer ist als die Gesamthöhe der in Fig. 2 gezeigten ursprünglichen Bindung 24. Es ist erkennbar, daß der vorstehend erläuterte Plattierungsvorgang wiederaufgenommen und fortgesetzt werden kann, bis die gewünschte Gesamthöhe der Bindung erreicht ist. Dieser soeben beschriebene Teil des vorliegenden Verfahrens ist eines der bekannten Verfahren, die gegenwärtig zur Festlegung von superschleifenden Partikeln an einem bestimmten Honwerkzeug verwendet werden.
• Die bedeutendste Verbesserung des vorliegenden Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren zum Plattieren von superschleifenden Werkstoffen auf ein bestimmtes Substrat besteht in der Verwendung eines Werkstoffes aus Nickel/Phosphor/Teflon (Ni-P-PTFE) oder eines anderen gleichwertigen Werkstoffes als Antifreßmittel, der über die geeignete fertige und zum Befestigen der superschleifenden Partikel an dem jeweiligen Substrat erforderliche Bindung als Schicht aufgebracht oder plattiert wird. Das vorliegende Verfahren zum Plattieren der superschleifenden Partikel auf ein bestimmtes Substrat modifiziert das vorstehend erläuterte Verfahren somit wie folgt: Der Plattierungs- und Bindungsvorgang wird nicht bis zur gewünschten Bindungshöhe fortgesetzt, sondern der vorstehend beschriebene Plattierungsvorgang wird spätestens bei einer Beschichtungsdicke von gewöhnlich etwa 5 µm bis etwa 13 µm vor der gewünschten Bindungsdicke eingestellt, und an diesem Punkt wird ein dritter Plattierungsvorgang in Gang gesetzt, bei dem, wie nachstehend ausgeführt wird, eine relativ dünne Abscheidung aus einem Nickel/Phosphor/Teflon-Werkstoff oder einem anderen gleichwertigen Werktstoff über die bereits zwischen den Schleifpartikeln 21 und dem Substrat 22 von Fig. 3 ausgebildete Bindung plattiert oder aufgebracht wird. Die Ergebnisse dieses dritten Plattierungsvorgangs sind in Fig. 4 und insbesondere in der in Fig. 5 gezeigten vergrößerten Teilseitenansicht dargestellt. Wie am besten in Fig. 5 zu erkennen ist, weist diese zusätzliche Schicht oder Beschichtung 28 aus einem Werkstoff aus Nickel/Phosphorlegierung darin eingeschlossene Teflonpartikel in Mikrongröße auf, um der Bindung Antihaft- und Antifreßeigenschaften zu verleihen. Die über die bekannte Bindung (24 und 26) aufgebrachte Antifreß-Verbundbeschichtung 28 ist gewöhnlich etwa 5 µm bis etwa 13 µm dick, so daß die Gesamtdicke der Bindung im Vergleich zu bekannten Bindungstechniken ungefähr gleich bleibt.
• Es ist wichtig anzumerken, daß je nach Aufbau des jeweiligen Honwerkzeuges und je nach den Eigenschaften der Honanwendung eine breitgefächerte Vielfalt von anderen Metallen und Metalllegierungen sowie andere die Oberflächenreibung reduzierende oder schmierende Werkstoffe als Antifreß-Verbundbeschichtungswerkstoff verwendet werden können. Beispielsweise können jedes bekannte Metall und jede bekannte Legierung, die mit einem Metallsubstrat verbunden werden können, bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Legierungen wie Nickel-Phosphor-Verbindungen, Nickel-Bor-Verbindungen, Nickel- Chrom-Verbindungen, Nickel-Wolfram-Verbindungen und andere Legierungen auf der Basis von Nickel sind besonders geeignet. Verschiedene metallische Karbide, wie etwa Wolframkarbid, Chromkarbid und andere metallische Karbide können ebenfalls verwendet werden. Für bestimmte Anwendungen können auch reine Metalle, wie etwa Chrom, Nickel, Kupfer, Kobalt oder Aluminium benutzt werden.
• Was das Schmiermittel oder reibungsverringernde Mittel in dem Antifreß-Verbundwerkstoff betrifft, so kann dieses Mittel eine beliebige Verbindung sein, die in Metall oder Metalllegierungen eingeschlossen werden und wenigstens eine halbkontinuierliche Schmieroberfläche bilden kann, an der sich der abgeschliffene Werkstoffmaterialabfall von einem Honvorgang nicht ansammelt. Solche Verbindungen können Polymere, wie etwa das bevorzugte Polymer Polytetrafluorethylen (Teflon) oder beispielsweise Silikonpolymere, Acrylnitrilpolymere und Copolymere, Polyamide, Polykarbonate, Polymere und Copolymere von Polyolefinen sein, wie etwa Ethylen, Propylen und Butylen, Butadien-Styrol-Copolymere und andere bekannte Polymermaterialien. Es können auch natürliche Schmierstoffe wie Graphit, Glimmer und so weiter verwendet werden. Auch Molybdendisulfid ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Somit können für die Zwecke der vorliegenden Erfindung Partikel eines beliebigen Werkstoffs, der zusammen mit Metallpartikeln aus einer Plattierlösung abgeschieden werden kann und der den Reibungskoeffizienten der Beschichtungsfläche senkt, um eine glatte, rutschige Oberfläche zu bilden, die hier manchmal als Schmierfläche bezeichnet wird, verwendet werden.
• Obwohl der dritte Plattiervorgang vorzugsweise ein nichtelektrischer Plattiervorgang ist, kann jedes beliebige geeignete Mittel, auch ein Elektroplattiervorgang, zum Plattieren des Antifreßmittels auf die bereits zwischen den Schleifpartikeln und dem Substrat erzeugte Bindung verwendet werden. Es sei auch vermerkt, daß über der bekannten Bindung eine beliebige Anzahl von Beschichtungen des reibungsverringernden Antifreßmittels aufgebracht werden kann, um eine beliebige gewünschte Höhe der Bindung zu erzielen.
• Versuche haben gezeigt und bestätigt, daß das vorliegende verbesserte Verfahren zum Plattieren von superschleifenden Werkstoffen auf ein Honwerkzeug eine Ablagerung und Ansammlung der während eines Honvorgangs erzeugten Metallsplitter und - späne zwischen den Schleifpartikeln verhindert. Dies ist auf die reibungsverringernden oder schmierenden Eigenschaften zurückzuführen, die die in der Nickel/Phosphorlegierung oder einem anderen geeigneten, gleichwertigen Antihaft- und Antifreß-Beschichtungswerkstoff eingeschlossenen Teflonpartikel aufweisen. Die jeweilige Größe der Metall- und Schmierpartikel in der vorliegenden Beschichtung sowie ihre jeweiligen Proportionen zueinander führen zu einer Oberfläche mit einer wenigstens halbkontinuierlichen Ebene aus Schmiermaterial, welche als Schmierfläche dient, an der die während eines Honvorgangs erzeugten Metallsplitter und -späne nicht haften. Im allgemeinen liegt die Durchmessergröße der Metallpartikel zwischen etwa 0,5 Mikron und etwa 80 Mikron, während die Durchmessergröße der Schmierpartikel oder reibungsverringernden Partikel von etwa 0,1 Mikron bis etwa 10 Mikron reicht, wobei die bevorzugte Durchmessergröße der Partikel etwa 1 bis 2 Mikron beträgt. Die besten Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Schmierpartikel oder reibungsverringernden Partikel etwa 10 % bis etwa 25 % der gesamten Antifreß-Beschichtungszusammensetzung ausmachen, die die abgeschiedenen Metall- oder Metalllegierungspartikel und die abgeschiedenen Schmierpartikel oder reibungsverringernden Partikel einschließt. Die Verwendung und der Einsatz ebendieser spezifischen Verbundwerkstoffbeschichtung, wie sie oben beschrieben wurde, löst die vorstehend erläuterten Probleme des Fressens und der Riefenbildung an dem jeweiligen Werkstück und der Schleifverbindung während des Honens weitgehend.
• Fig. 6 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht durch den Arbeitsabschnitt 18 des Honelements 12 von Fig. 1, die die zwischen den superschleifenden Partikeln 21 und dem Honelement 12 ausgebildete Bindung 30 zeigt, welche gemäß den Lehren des vorliegenden Verfahrens erzeugt wurde. Die in der Beschichtung 28 (Fig. 5) eingeschlossenen Teflonpartikel in Mikrongröße schaffen eine im wesentlichen glatte Antihaft- und Antifreßfläche, die verhindert, daß die während eines Honvorgangs erzeugten Metallsplitter und -späne sich an dieser Oberfläche zwischen den Schleifpartikeln ablagern, ansammeln und mit ihr verschweißen oder anderweitig verbinden. Obwohl das vorliegende Verfahren als ein drei Schritte umfassendes Bindungs- und Beschichtungsverfahren beschrieben wurde, bei dem der dritte Beschichtungsvorgang das Aufbringen einer Nickel/Phosphor/Teflon-Verbundbeschichtung oder einer anderen, gleichwertigen Verbundbeschichtung auf die Oberfläche der zwischen den Schleifpartikeln und dem Honwerkzeug ausgebildeten Doppelverbindung umfaßt, ist weiterhin anzumerken, daß eine beliebige Anzahl von Plattierschritten vorgenommen werden kann, um die gewünschte Bindung zwischen den Schleifpartikeln und dem jeweiligen Substrat zu schaffen, und daß eine beliebige Anzahl von Plattiervorgängen ausgeführt werden kann, um die gewünschte Dicke der Antihaft- und Antifreßbeschichtung zu erzielen. Darüber hinaus kann das vorstehend erläuterte Verfahren selbstverständlich ebenso zum Plattieren eines beliebigen Schleifwerkstoffs, der nicht unbedingt ein superschleifender Werkstoff sein muß, auf ein Honwerkzeug oder ein anderes Substrat eingesetzt werden.
• Fig. 7 stellt eine Ausführungsform 32 von vielen möglichen Ausführungsformen eines typischen, radial aufweitbaren Hondornaufbaus dar, bei jem die vorliegende Erfindung ebenfalls besonders sinnvoll einzusetzen ist. Der Hondorn 32 verwendet eine Vielzahl von am Umfang im Abstand angeordneten Werkstückeingriffselementen, wie die Steinanordnungen 34 und die Gleit- oder Führungsanordnungen 36, wobei eines oder mehrere dieser Werkstückeingriffselemente 34 und 36 während eines bestimmten Honvorgangs radial einstellbar sind, um die Stein- und/oder Führungsanordnungen unter Druck in Kontakt mit einer Werkstückoberfläche, wie dem zylindrischen Werkstück 40, die gerade gehont wird, zu halten. Bei derartigen Konstruktionen führen die Steinanordnungen die Hon- oder Schleifvorgänge aus, während die Gleit- oder Führungsanordnungen den Dorn stabilisieren und den Steinanordnungen als Abstützung dienen. Zur Erfüllung dieser Aufgabe wurden viele bekannte Stein- und Führungsanordnungen und Einrichtungen zur Bewegung der Stein- und Führungsanordnungen entworfen und verwendet. Bei der in Fig. 7 veranschaulichten Dornkonstruktion 32 wird die Radialbewegung der Werkstückeingriffselemente 34 und 36 durch eine Zahnstangen- und Ritzelanordnung 42 ausgeführt. Die Steinanordnungen 34 weisen jeweils ein Werkstückeingriffselement 44 mit einem zugehörigen Schleifabschnitt 46 auf, wobei das Werkstückeingriffselement 44 auf einem Stützelement 48 angebracht ist, das wiederum an einem Tragaufbau 50 befestigt oder angebracht ist. Bei einem solchen Hondornaufbau könnte die vorliegende Antifreß-Verbundbeschichtung 28 über der bereits zwischen dem Schleifabschnitt 46 und dem Element 44 ausgebildeten Bindung aufgebracht werden, um die vorstehend ausgeführten Ziele zu erreichen.
• Aus Fig. 7 wird ersichtlich, daß die Führungsanordnungen 36 jeweils einen Stütz- oder Tragabschnitt 52 mit einem relativ nichtschleifenden, hochstehenden Werkstückeingriffselement 54 aufweisen, welches wie gezeigt nach oben von dem Stützelement 52 vorsteht. Da die Führungsanordnungen 36 dazu dienen, die Honahlen auf dem Dorn 32 während eines Honvorgangs zu stabilisieren und abzustützen, sind die an dem Werkstück angreifenden Führungselemente 54 vorzugsweise aus einem relativ günstigen schmiedbaren oder leitenden Werkstoff, wie etwa Zink oder Zinklegierungen, hergestellt, der sich dadurch auszeichnet, daß er relativ nichtschleifend ist und somit eher auf einer Werkstückoberfläche gleitet als sie schleift. Zink läßt sich darüber hinaus relativ einfach gießen und wird insgesamt bevorzugt, obwohl andere relativ nichtschleifende Werkstoffe wie Bronze, Messing und bestimmte Kunststoffe für diese Anwendung benutzt werden könnten. Da Gleit- oder Führungsanordnungen mit der zu honenden Werkstückoberfläche in Berührung kommen und da diese Anordnungen spezifisch so ausgelegt sind, daß sie so wenig schleifen wie möglich, ist ersichtlich und naheliegend, daß die vorliegende Antifreß-Verbundbeschichtung 28 auch auf der Oberfläche der Werkstückeingriffsfläche der Führungselemente 54, wie beispielsweise den am Werkstück angreifenden Führungsflächen 56 (Fig. 7), aufgebracht werden könnte, um den Reibungskoeffizienten dieser Flächen noch weiter zu senken. Dies schafft eine glatte Antihaft- und Antifreßbeschichtung über der Werkstückeingriffs-Führungsanordnung und unterbindet darüber hinaus die Probleme des Fressens und der Riefenbildung auf der gehonten Werkstückoberfläche. Weitere Verwendungsmöglichkeiten und Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung zur Schaffung von Antihaft- und Antifreßeigenschaften an einer Werkstückeingriffsfläche während eines Honvorgangs fallen in den Bereich der vorliegenden Erfindung.

Claims (18)

1. Werkstückschleifelement, insbesondere Honelement (10, 32), das eine Außenfläche (16, 22) mit Schleifpartikeln (21) und einem Bindemittel (24, 26) aufweist, mit dem die Schleifpartikel auf einem Teil ihrer Länge an ihr befestigt werden, wobei die Schleifpartikel (21) den Werkstückeingriffsabschnitt (18) des Elementes bilden, sich eine Schicht (28) aus einem Verbundwerkstoff über einem vorher bestimmten Abschnitt der Oberfläche des Elements zwischen den daran befestigten Schleifpartikeln (21) erstreckt und daran befestigt ist, und der Verbundwerkstoff einen Metallwerkstoff enthält, der sich mit dem Bindemittel und einem nichtschleifenden schmierenden Antihaftwerkstoff verbinden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ungefähr 1 µm bis ungefähr 50 µm dünn ist und der nichtschleifende schmierende Antihaftwerkstoff einen Anteil von ungefähr 10% bis 25% in dem Verbundwerkstoff hat, um eine im wesentlichen glatte, fortlaufende reibungsfreie Oberfläche zwischen den Schleifpartikeln (21) zu bilden, die einen Aufbau und eine Ansammlung von Metallsplittern und -spänen, die während des Schleifens erzeugt werden, auf einer solchen Oberfläche zwischen den Schleifpartikeln verhindert, wobei die Gesamtdicke des Bindemittels und der Schicht aus Verbundwerkstoff zusammen zwischen 50% und 90% der Schleifpartikelhöhe beträgt.

2. Element nach Anspruch 1, bei dem die Schicht aus einem Verbundwerkstoff eine Dicke von ungefähr 5 µm bis ungefähr 13 µm hat.

3. Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Metallwerkstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Nickel, Nickelphosphor, Nickelbor, Nickelchrom, Kupfer, Kobalt, Chrom und Aluminium enthält.

4. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der nichtschleifende schmierende Antihaftwerkstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polytetrafluorethylen, Molybdändisulfid, Glimmer und Graphit enthält.

5. Element nach Anspruch 3 und 4, bei dem der Verbundwerkstoff ein Metall/Poytetrafluorethylen-Werkstoff ist.

6. Element nach Anspruch 3 und 4, bei dem der Verbundwerkstoff eine Nickel/Phosphorlegierung ist, in der Polytetrafluorethylenpartikel in Mikrometergröße eingeschlossen sind.

7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Schleifpartikel (21) Partikel aus einem superschleifenden Material enthalten.

8. Element nach Anspruch 7, bei dem die Schleifpartikel Diamantpartikel und/oder Partikel aus kubischem Bornitrid enthalten.

9. Verwendung eines Verbundwerkstoffs, der einen Metallwerkstoff enthält, der sich mit einem Bindemittel und einem nichtschleifenden schmierenden Antihaftwerkstoff verbinden kann, der in dem Verbundwerkstoff in einer Größenordnung von ungefähr 10% bis ungefähr 25% enthalten ist, um eine im wesentlichen glatte, fortlaufende reibungsfreie Oberfläche zu bilden, wobei der Verbundwerkstoff vorzugsweise ein Metall/Polytetrafluorethylenwerkstoff oder eine Nickel/Phosphorlegierung ist, in der Polytetrafluorethylenpartikel in Mikrometergröße eingeschlossen sind, als Beschichtung über der nichtschleifenden Werkstückeingriffsfläche (56) einer Honführungsanordnung (36), wobei die Beschichtung eine Dicke von ungefähr 1 µm bis ungefähr 50 µm, vorzugsweise ungefähr 5 µm bis ungefähr 13 µm hat.

10. Verfahren zur Befestigung von Schleifpartikeln (21) auf der Oberfläche (16, 22) eines Werkstückschleifelements (10, 32), insbesondere eines Honelements, bei dem die Schleifpartikel (21) so auf der Oberfläche (16, 22) des Elements (10, 32) befestigt werden, daß eine vorher bestimmte Bindung (24, 26) zwischen ihnen hergestellt wird, wobei die Oberseite der Bindung (24, 26) mit einer Schicht (28) aus einem Verbundwerkstoff beschichtet wird, der einen Metallwerkstoff und einen nicht schleifenden schmierenden Antihaftwerkstoff enthält, und der Metallwerkstoff sich mit der vorher bestimmten Bindung (24, 26) verbinden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ungefähr 1 µm bis ungefähr 50 µm dünn ist und daß der nichtschleifende schmierende Antihaftwerkstoff in einer Größenordnung von ungefähr 1Q% bis ungefähr 25% in dem Verbundwerkstoff enthalten ist, um eine im wesentlichen glatte, fortlaufende, reibungsfreie Werkstoffebene auf der Oberseite der Bindung (24, 26) zwischen den Schleifpartikeln zu bilden, die als Schmierfläche zur Schaffung von Antihaft- und Antifresseigenschaften in dem Verbundwerkstoff dient, damit ein Haften von Metallsplittern und Metallspänen, die während eines Schleifbetriebs erzeugt werden, auf einer solchen Oberfläche verhindert wird, wobei die Gesamtdicke der vorher bestimmten Bindung und der Schicht aus Verbundwerkstoff zusammen zwischen 50% und 90% der Schleifpartikelhöhe beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Oberseite der Bindung (24, 26) durch stromloses Plattieren mit dem Verbundwerkstoff beschichtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem ein Metall/Polytetrafluorethylen-Verbundwerkstoff als Verbundwerkstoff verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem ein Nickel/Polytetrafluorethylen-Verbundwerkstoff als Verbundwerkstoff verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem als Nickel/Polytetrafluorethylen-Verbundwerkstoff eine Nickel/Phosphorlegierung verwendet wird, in der Polytetrafluorethylenpartikel in Mikrometergröße eingeschlossen sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem Polytetrafluorethylen als nichtschleifender schmierender Antihaftwerkstoff verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem Diamantpartikel und/oder Partikel aus kubischem Bornitrit als Schleifpartikel verwendet werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem die Schleifpartikel (21) auf der Oberfläche (16, 22) des Elements (10, 32) mittels eines Metallplattierungsverfahrens befestigt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Metallplattierverfahren ein Elektroplattierverfahren ist.