DE69303239T2

DE69303239T2 - Werkzeugeinsatz

Info

Publication number: DE69303239T2
Application number: DE69303239T
Authority: DE
Inventors: Andrew Ian Gifford Lloyd; Klaus Tank
Original assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Current assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Priority date: 1992-08-06
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: DE69303239D1; CA2101816A1; ZA935525B; JPH06170612A; EP0699817A3; EP0699817B1; ATE167551T1; KR940003675A; EP0699817A2; ATE139604T1; EP0582484B1; US5370717A; DE69319254T2; AU668964B2; DE69319254D1; AU4440493A; EP0582484A1; AU6196896A; CA2101816C; AU682133B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugeinsatz.
Abrasivkompakte finden beim Schneiden, Fräsen, Schleifen, Bohren und anderen Abrasivarbeitsvorgängen verbreitet Verwendung. Die Abrasivkompakte bestehen aus einer Masse aus Diamantpartikeln oder kubischen Bornitridpartikeln, die in ein kohärentes, polykristallines hartes Konglomerat gebunden sind. Der Abrasivpartikelgehalt von Abrasivkompakten ist hoch, und das Ausmaß an direkter Bindung der Partikel untereinander ist beträchtlich. Abrasivkompakte werden unter Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Drucks hergestellt, bei denen der Abrasivpartikel, gleich ob er aus Diamant oder kubischem Bornitrid ist, kristallographisch stabil ist. Abrasivkompakte neigen zur Sprödigkeit, und bei Verwendung sind sie häufig durch Verbondung mit einem Sinterkarbidsubstrat gestützt. Derartige gestützte Abrasivkompakte sind auf diesem Gebiet als Verbundabrasivkompakte bekannt. Der Verbundabrasivkompakt kann als solcher in der Arbeitsfläche eines Abrasivwerkzeugs verwendet werden.
Diamant-Verbundabrasivkompakte werden im allgemeinen hergestellt, indem eine Diamantpartikelschicht zur Bildung einer nicht-verbondeten Anordnung auf einem Sinterkarbidkörper angeordnet wird, und diese nicht verbundene Anordnung dann Bedingungen erhöhter Temperatur und erhöhten Druckes ausgesetzt wird, bei denen der Diamant kristallographisch stabil ist. Während der Kompaktherstellung dringt Kobalt aus dem Karbidsubstrat in die Diamantmasse ein. Dabei tritt in dem Karbidsubstrat in dem Bereich der Kompakt/Substrat-Grenzfläche eine Abreicherung von Kobalt auf, wodurch in dem Substrat Spannungen verursacht werden. Diese Spannungen können zu einem Versagen des Verbundkompaktes während der Verwendung führen.
U.S.-Patent Nr. 4 592 433 beschreibt einen Schneidrohling mit einem Substrat aus Sinterkarbid, das eine Schneidfläche aufweist. In der Schneidfläche sind mehrere flache Rillen ausgebildet, und in den Rillen sind Diamantkornpaktstreifen angeordnet. Die Streifen können in verschiedenen Mustern angeordnet sein. Bei Verwendung nützt sich das Karbidmaterial ab, wobei die Diamantstreifen freigelegt werden, welche nach Art eines Rechens oder einer Klaue durch das Substrat schneiden. In der der Schneidfläche dominiert das relativ weiche Karbidmaterial, so daß bei Benutzung die härteren Diamantstreifen freigelegt werden können.
U.S.-Patent Nr. 5 154 245 offenbart Felsmeißelknöpfe aus Sinterkarbid, die mehrere polykristalline Diamantkörper enthalten, welche jeweils vollständig von Sinterkarbid umgeben sind. Auf diese Weise befinden sich mehrere Inseln aus polykristallinem Diamant in einer Sinterkarbidarbeitsfläche
U.S.-Patent Nr. 4 997 049 offenbart einen Werkzeugeinsatz mit einer Abrasivkompaktschicht, welche eine Arbeitsfläche, die flach ist und eine um ihren gesamten Umfang verlaufende durchgehende Schneidkante aufweist, und eine entlang einer Grenzfläche mit einem Sinterkarbidsubstrat verbondete Gegenfläche aufweist. Der Schneideinsatz weist eine in ihm ausgebildete Vertiefung mit gebogenen Seiten auf, in der Abrasivkompakt angeordnet ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Vertiefung ein in einer der Karbidendflächen angeordneter Kreisring.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Werkzeugeinsatz eine Abrasivkompakt-, insbesondere eine Diamantabrasivkompaktschicht mit einer Arbeitsfläche, welche flach ist und eine um ihren gesamten Umfang verlaufende durchgehende Schneidkante aufweist, und einer entlang einer Grenzfläche mit einem Sinterkarbidsubstrat verbondeten Gegenfläche, und mindestens einen Sinterkarbidvorsprung auf, der sich von der Kompakt/Substrat-Grenzfläche durch die Kompaktschicht zu der Arbeitsfläche erstreckt, in der er eine Paßfläche darstellt, die eine Insel in der Kompaktarbeitsfläche bildet, wobei die Gesamtfläche der Karbidpaßfläche weniger als 20 Prozent derjenigen der Kompaktarbeitsfläche beträgt.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 zeigt eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes;
Figur 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 von Figur 1;
Figur 3 ist eine Draufsicht einer nicht-verbondeten Anordnung zur Verwendung bei der Herstellung des Werkzeugeinsatzes von Figur 1;
Figur 4 ist ein Schnitt entlang der Linie 4-4 von Figur 3.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Arbeitsfläche der Abrasivkompaktschicht ist flach und weist eine um ihren gesamten Umfang verlaufende durchgehende Schneidkante auf.
Die Gesamtfläche der Karbidpaßfläche beträgt weniger als 20 Prozent von derjenigen der Kompaktarbeitsfläche
Die Karbidfläche oder -flächen in der Kompaktarbeitsfläche sind Paßflächen in dem Sinne, daß sie mit der Kompaktarbeitsfläche ein durchgehendes Profil bilden.
Die oder jede Karbidpaßfläche in der Kompaktarbeitsfläche bildet tatsächlich eine Insel. Auf diese Weise bilden die Karbidpaßflächen bei dieser Form der Erfindung diskrete, separate eigenständige Einheiten.
Der Sinterkarbidvorsprung bzw. die Sinterkarbidvorsprünge können mit dem Substrat verbondet sein oder einen einstückigen Teil des Substrates bilden.
Der Sinterkarbidvorsprung und das Substrat können aus demselben Sinterkarbid oder aus unterschiedlichem Sinterkarbid bestehen. Es kann jedes auf diesem Gebiet bekannte Sinterkarbid wie Wolframsinterkarbid, Tantalsinterkarbid, Titansinterkarbid, Molybdänsinterkarbid und Mischungen aus diesen verwendet werden. Wie auf diesem Gebiet bekannt, enthalten Sinterkarbide eine Bindephase, die im allgemeinen in einer Menge von 3 bis 15 % Massenanteil vorhanden ist. Das Bindemittel ist üblicherweise ein Übergangsmetall wie Kobalt, Nickel oder Eisen oder eine Legierung daraus.
Der Sinterkarbidvorsprung kann eine geringe Menge, d.h. weniger als 10 Volumenprozent, an Partikeln aus Diamant oder kubischem Bornitrid enthalten.
Der Abrasivkompakt kann ein beliebiger, auf diesem Gebiet bekannter Abrasivkompakt sein, ist im allgemeinen jedoch ein Kompakt aus kubischem Bornitrid oder Diamant. Diamantkompakte haben einen Diamantgehalt von mindestens 70 Volumenprozent und eine polykristalline Beschaffenheit. Sie enthalten eine einen Diamantkatalysator enthaltende zweite Phase, die üblicherweise Nickel, Kobalt oder Eisen ist.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, weist ein Werkzeugeinsatz einen Abrasivkompakt 10 mit ebenen Flächen 12 und 14 auf seinen voneinander abgewandten Seiten auf. Die Fläche 12 bildet die Arbeitsfläche für den Werkzeugeinsatz, während die Fläche 14 mit einem Sinterkarbidsubstrat 16 verbondet ist. Dieses Sinterkarbidsubstrat kann ein beliebiges, auf diesem Gebiet bekanntes sein. Das Sinterkarbidsubstrat 16 weist einen Vorsprung 18 auf, der von der Fläche 14 durch den Kompakt 10 zu der Arbeitsfläche 12 des Kompakts ragt. Der Vorsprung 18 bildet eine Insel 20 aus Karbid in der Arbeitsfläche 12 des Kompakts. Die Karbidinsel 20 liegt in derselben Ebene wie die Arbeitsfläche 12 des Kompakts. Ein Umfangsrand 22 des Abrasivkompaktes bildet eine durchgehende Schneidkante, die vollständig aus Abrasivkompakt besteht.
Der Vorsprung 18 verringert die Spannungen, die während der Herstellung des Werkzeugeinsatzes in dem Karbidsubstrat 16 entstehen, wodurch die Möglichkeit eines Versagens des Werkzeugeinsatzes während der Verwendung verringert ist.
Der Werkzeugeinsatz der Figuren 1 und 2 kann aus einer nicht-verbondeten Anordnung gemäß den Figuren 3 und 4 hergestellt werden. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, weist die Anordnung einen Sinterkarbidkörper 30 mit einer in seiner Oberseite 34 ausgebildeten Vertiefung 32 auf. In der Vertiefung 32 um die Karbidmasse 36 herum befindet sich eine gebundene Masse 38 aus Diamantpartikeln. Üblicherweise sind die Partikel gleichmäßig in einem geeigneten organischen Bindemittel dispergiert in den Massen 36,38 enthalten.
Die nicht-verbondete Anordnung wird erwärmt, damit der größte Teil des organischen Bindemittels verdampft. Ein geringer Teil des Bindemittels bleibt, um die Verbondung in den Massen 36,38 aufrechtzuerhalten. Danach wird die nicht-verbondete Anordnung in einer Reaktionskapsel angeordnet, die ihrerseits in der Reaktionszone eines Hochtemperatur/Hochdruck-Gerätes angeordnet ist. Der Inhalt der Reaktionskapsel wird Diamantsynthesebedingungen ausgesetzt, z.B. einer Temperatur der Ordnung von 1400-1600ºC und einem Druck der Ordnung von 50 bis 60 Kilobar, und diese Bedingungen werden über einen Zeitraum von 10 bis 15 Minuten beibehalten. Bindemittel wie Kobalt aus dem Karbidkörper 30 dringt sowohl in die Diamant- als auch in die Karbidmasse ein. Aus der Diamantmasse 38 wird ein Diamantkompakt (10 in den Figuren 1 und 2) hergestellt, während aus der Karbidmasse 36 ein Sinterkarbideinsatz oder -vorsprung (20 in den Figuren 1 und 2) hergestellt wird. Sowohl der Diamantkompakt als auch der Sinterkarbidvorsprung sind fest mit dem Karbidsubstrat 30 und miteinander verbondet.
Zur Herstellung eines Werkzeugeinsatzes der in Figur 1 gezeigten Art werden die Seiten des Substrates 30 durch Abschleifen oder ein anderes geeignetes Mittel bis zurück zu den in Figur 4 gezeigten gestrichelten Linien entfernt.

Claims

1. Werkzeugeinsatz mit einer Abrasivkompaktschicht (10), welche eine Arbeitsfläche (12), die flach ist und eine um ihren gesamten Umfang verlaufende durchgehende Schneidkante (22) aufweist, und eine entlang einer Grenzfläche mit einem Sinterkarbidsubstrat (16) verbondete Gegenfläche (14) aufweist, wobei sich mindestens ein Sinterkarbidvorsprung (18) von der Kompakt/Substrat-Grenzfläche durch die Kompaktschicht (10) zu der Arbeitsfläche (12) erstreckt, in der er eine Paßfläche (20) darstellt, die in der Kompaktarbeitsfläche (12) eine Insel bildet, wobei die Gesamtfläche der Karbidpaßfläche (20) weniger als 20 Prozent derjenigen der Kompaktarbeitsfläche beträgt.

2. Werkzeugeinsatz nach Anspruch 1, bei dem der Abrasivkompakt (10) ein Diamantkompakt ist.

3. Verwendung eines Werkzeugeinsatzes nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 als Bohrmeißeleinsatz.

4. Bohrmeißel mit einem Einsatz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2.