Verfahren zur Herstellung von eine verschleissfeste Oberfläche aufweisenden, hauptsächlich auf Gleitung beanspruchten metallischen Geräten bzw. Maschinenelementen Die Erfindung bezieht sich auf ein neu- Verfahren Verfahren zur Herstellung von eine verschleissfeste Oberfläche aufweisenden, hauptsächlich auf Gleitung beanspruchten metallischen Geräten bzw. Maschinenelemen ten.
Die Erfindung geht von der Feststellung au, dass kaliberhaltige Messzeuge, wie Ra chenlehren, Gewindelehren, auch bei vorsich tigem Gebrauch sich auf de Daue=r gering fügig abnutzen und dadurch infolge Ver luste ihrer Masshaltigkeit an Brauchbarkeit einbüssen.
Nach dem Verfahren gemäss der Erfin dung gelingt. es nun, solchen Gegenständen praktisch unbegrenzte Lebensdauer zu ver leihen.
Diesel Aufgabe wird .erfindungsgemäss da durch gelöst, dass auf die Oberfläche feine, wenigstens nach aussen mit stumpfen Kanten versehene Diamantkörner aufgebracht werden.
Während es bei der Herstellung spanab hebender Diamant-Werkzeuge darauf an kommt., Diamanten mit scharfen Kanten zu verwenden, ist für die Erfindung wesentlich, dass mindestens an der Arbeitsfläche Dia manten, mit stumpfen Kanten zur Bildung einer verschleissfesten Schicht verwendet wer den. Dabei können von vornherein stumpf kantige Diamantkörner Verwendung finden. Besonders zweckmässig ist die Verwen dung sogenannten toten Diamantkorns, das heisst eines Korns, das an sich schon seiner griffigen Kristallkanten beraubt ist.
Totes Korn fällt zum Beispiel in Diamant- und Edelstein-Schleifereien nach langem Schleifen und Polieren an und ist dort dann praktisch wertlos. Die Erfindung hat also über ihren rein technischen Fortschritt hinaus noch eine nicht zu unterschätzende wirtschaftliche Be deutung, da sie einem praktisch fast als Ab fall zu wertenden Stoff eine wertvolle Ver wendung zuweist.
Man kann aber auch scharfkantige Dia mantkörner verwenden, deren Kanten nach dem Aufbringen an der Arbeitsfläche abge stumpft werden.
Die Diamantkörner können mit der Unter lage durch ein Bindematerial verbunden werden.
Die erfindungsgemäss hergestellten Geräte bzw. Maschinenelemente zeigen in erster Linie hohe Abriebfestgkeit.
Das Erfordernis reiner mechanischer Ver schleissfestigkeit ist wesentlich für: Arbeitsgeräte, wie Gewinderollen, das heisst Rollen, mit denen man Gewinde herstellt, Führungs- und Druckrollen, Pinzetten, Dü sen, insbesondere für Sandstrahlgebläse;
lYless- <I>und</I> Prüfgeräte, wie Lehrdorne, Ge windelehren, Rachenlehren, Tastorgane, Fühl- Nebel, Taster, Kopierrollen, Kopierstifte, Na deln für Sprechmaschinen aller Art; auf Druck beanspruchte Elemente von Apparaten und Maschinen, wie Waagenlager, Uhrensteine, Kugel- und Wälzlagerteile (La gerschalen, Rollen und Kugeln), Gleitflächen und -lager sowie Lagerzapfen, Wellen und Achsen;
Werkzeuge, beispielsweise zum Pressen und Stanzen sowie für spanlose Verformung, Ziehringe, Walzrollen, ausserdem Bohrkronen, beispielsweise für Gesteinsbohrungen, bei denen das Fassungsmaterial für die eigent lichen Arbeitselemente (Hartmetallstücke, grobe Diamanten und dergleichen) durch die Einwirkung des im Druckwasser mitgeführ ten Gesteinstaubs im allgemeinen stark an gegriffen wird, so dass häufig die genannten Elemente, wie Hartmetallstücke oder Diamant,
aus ihrer Fassung herausfallen, bevor sie überhaupt nennenswert ausgenutzt worden sind. Eine weitere wichtige Anwendung bei Bohrwerkzeugen für Tiefbohrungen besteht in der Bewehrung des an die Bohrkrone all schliessenden Schaftteils, der bisher häufig unter der Erosionswirkung des Gesteinstaubs durchfressen wurde, so dass die ganze Bohr krone stecken blieb und deshalb bisweilen die gesamte Bohrung aufgegeben werden masste.
Bei diesen Anwendungsbeispielen kommt es nur auf mechanische Abriebfestigkeit an. Nachstehend werden einige Anwendungen er wähnt, für die es ausser auf mechanische Ab riebfestigkeit auch noch auf eine chemische oder thermische Verschleissfestigkeit ankommt.
Für diese letzteren Arten der Verschleiss festigkeit spielt auch die Natur des Binde materials der feinen Diamantkörner eine we sentlicbe Rolle. Während es bei dem Erfor dernis der reinen mechanischen Verschleiss festigkeit lediglich darauf ankommt, als Bindematerial ein solches hoher Druckfestig- keit, wie eine Stahl- oder Hartlegierung (Wolfram-Karbid-Legierlung), zu wählen, ist eine gleichzeitige chemische Festigkeit durch Verwendung zum Beispiel von Chrom-Nickel stählen, Stelliten oder gechromten Hartmetal len und zur Erzielung einer bemerkenswerten thermischen Verschleissfestigkeit durch Ver wendung von Chromstählen zu erreichen.
Zum Beispiel ist mechanische und che mische Festigkeit wichtig bei Presswerkzeugen für Batteriepuppen sowie Fadenführern für Kunstfasern, wo durch Druck und chemische Einwirkung selbst härteste Schichten aus Hartmetallen oder Borkarbid in kürzester Zeit zerstört werden.
Gleichzeitig auf mechanische und ther mische sowie chemische Verschleissfestigkeit kommt es zum Beispiel. an bei Ventilsitzen und Ventiltellern, Kolbenringen, Zylinder wandungen von Verbrennungskraftmaschinen, die, mit einer Diamant-Armierung bzw. -Be wehrung versehen, eine wesentlich erhöhte Lebensdauer erhalten.
Ausser Metall bzw. Metall-Legierungen können als Bindematerial ebensogut auch Metalloxyde (Aluminiumloxyd), Karbide (Sili ciumkarbid) oder keramische Werkstoffe ver wendet werden.
Ähnliche Gesichtspunkte wie bei der Wahl der Bindemasse gelten auch für die Wahl des Materials der mit Diamantkörnern zu ver- sehenen Gegenstände bzw. deren Ober fläclien.
Die Korngrösse der Diamantkörner spielt eine besondere Rolle. Es hat sich überraschen derweise herausgestellt, dass die mechanische Abriebfestigkeit bei gleichem spezifischem Dia- ma.ntgehalt mit abnehmender Korngrösse rasch ansteigt.
Die untere Grenze der Korngrösse liegt praktisch in der Grössenordnung von 0;00.5 mm; für gewisse Zwecke, zum Beispiel für Grenzlehrdorne, haben sich jedoch auch gröbere Körnungen, zum Beispiel voll 0,01:5 mm Teilchengrösse, gut bewährt.
Die Abstumpfung der Diamantkörner hat im übrigen den Vorteil, dass sich keine Ein griffsmögliehkeiten bei Berührung mit an dern Gegenständen geben; scharfkantige Dia manten werden dabei leicht aus der Armie- r@ingssehicht herausgerissen. Auch aus diesem Grunde ist eine möglichst weitgehende Ab stumpfung der Diarnantkörner anzustreben. Sie kann entweder auf chemischem Wege (Be- handlung mit schmelzflüssigen Karbonaten) oder auf thermischem Wege (Erhitzung auf etwa, 1000 ) oder in einfachster Weise durch Massschleifen bewirkt werden.
Für die Aufbringung der Diamantkörner kann grundsätzlich jedes Verfahren Anwen dung finden, das sich auch zur Herstellung von Arbeits-Diamantschichten eignet.
Besondere Bedeutung haben solche Verfah ren, mit denen man dünne und trotzdem widerstandsfähige Armierungsschichten aus Diamantstaub herstellen kann.
Die an sich bekannte galvanische Bin dung von Diamantfeinstaub ist zwar sehr be quem und diamantsparend, hat aber den Nach teil, dass diese Bindungen meist zu weich sind. Eine Abwandlung der galvanischen Bindung sowie andere Methoden zum Auf bringen der Diamantkörner werden nun an Hand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt grobschematisch einen Schnitt der auf den Gegenstand t aufgebrachten Schicht s zur Bewehrung der Arbeitsfläche mit den Diamantkörnern d. Die Figur veran schaulicht die durch Schleifen bewirkte Ab stumpfung der Diamantkörner an der Ober seite der Arbeitsschicht.
Fig. 2 zeigt im einzelnen eine zweckmässige Ausgestaltung der galvanischen Bindung von Diamantstaub. Zunächst werden auf den Ge genstand t die Diamantkörner d bis etwa über die Hälfte ihrer Grösse durch eine galvanisch aufgebrachte Schicht s gebunden. Da, diese galvanischen Schichten im allgemeinen zwar zäh, aber wenig fest sind, wird in einem besonderen Verfahren, zum Beispiel durch Aufdampfung, in die Lücken zwischen den Diamanten und zum Teil die Diamanten über deckend, eine weitere Schicht aus hartem, ver schleissfestem Material m, zum Beispiel aus Korund oder einem Hartkarbid, wie Silicium karbid, Borkarbid oder Wolframkarbid, auf gebracht.
Ein anschliessendes Beschleifen emp fiehlt sich hier auf jeden Fall, um etwa mit dem Material m abgedeckte Diamantkörner freizulegen. Entsprechend der geringen Dicke des Diamantstaubes ist auch die zur Lücken auffüllung benötigte Menge an Material m, gering und auch bei dem an sich kostspieli gen Aufdampfverfahren tragbar. Verwendet man zum Beispiel ein Diamantkorn von 0,005 mm Teilchengrösse, so ist eine galva nisch aufgebrachte Schicht s von etwa 0,003 bis 0;004 mm zur zähen. Befestigung ausrei chend, so dass nur noch 0y001 bis 0,002, mm zur Bildung der Schicht 7n. aufzudampfen sind.
Selbst gröbere Diamantkörnungen von etwa 0,01'5 mm Grösse, die sich für die Be wehrung von Grenzlehrdornen nach Beschlei- fen der Arbeitsfläche ohne Kratzwirkung auf zu prüfende Bohrungen vorzüglich bewährt haben, erfordern nur etwa 0,002 bis 0,00'3 mm Aufdampfung bei entsprechend gehaltener galvanischer Schicht. Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zur Aufbringung der Armierungsschicht ist in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht, die schema tisch die Herstellung zum Beispiel von Ge winde- oder Führungsrollen, Fadenführern oder andern aus Rotationskörpern bestehen den Arbeitsgeräten oder Werkzeugen zeigen.
Die zum Beispiel aus Stahl oder Hartbronze bestehende Fadenführerrolle f kämmt mit einer Druckrolle r mit Gegenprofil aus einem Material hoher Festigkeit. Während beide langsam umlaufen, wird von oben Diamant pulver d zwischen sie gestreut, das sich zum Teil in das Profil des Fadenführers einpresst, zum Teil durchfällt. Das Einstreuen wird ab gebrochen, wenn das gesamte Arbeitsprofil des Fadenführers befriedigend mit Diamant staub armiert ist.
Durch allmähliche Zustel lung der beiden Rollen zueinander kann nun an den eigentlichen Eindrückprozess eine weit gehende, Feinprofilierung, Egalisierung und vor allem Verfestigung der Diamantschicht durch eine Art Pressfinishverfahren ange schlossen werden. Die Vorteile Hegen auf der Hand: Schleifarbeit, die bei Diamantbearbei- tiing sehr zeitraubend und kostspielig ist, fällt weg oder kann auf die Abstumpfung scharf kantiger Körner beschränkt werden. Ferner besteht die Diamantschicht nach diesem Ver fahren praktisch nur aus einer einzigen Korn lage. Der besseren Übersicht halber ist ixt den Abbildungen auf die Darstellung von Gegen druckrollen, Lagern usw. verzichtet worden.
Besonders vorteilhaft. ist die Kombination dieses Einroll-, Formungs-, Egalisierungs und Pressfinishverfahrens mit einer der mo dernen Fertigungsmethoden besonders fester Diamantschichten, zum Beispiel durch Giessen, auf metallkeramischem Wege oder durch gal vanische Bindung. Die Diamantschicht wird zunächst nach einem dieser Verfahren her gestellt. Danach ist die.
Genauigkeit besonders von Profilen mit einspringenden Winkeln wie an Führungsrollen oder Fadenführern für stark verschleissende Werkstoffe, wie Kunstfasern, harte Metalle und dergleichen, für Gewindelehren und Gewinderollen noch wenig befriedigend, so dass es zu einer mass gerechten Profilierung erheblicher Nacharbeit durch Schleifen bedurfte, das an sich bei derart konkaven Flächen wegen der schnellen Abnutzung scharfprofiliger Schleifscheiben recht schwierig und zeitraubend war. Auch verteuerte die Schleifzugabe an Schichtstärke das Werkzeug erheblich.
Durch die Kombination mit dem vorer wähnten Einrollverfahren kann von vorn herein die Stärke der Diamantschicht weit geringer angesetzt und Schleifarbeit entweder überhaupt erspart oder nur auf Kornabstump fung beschränkt werden. Gegenüber den be kannten Bindeverfahren hat dies dazu noch den Vorteil der erhöhten Verdichtung der Arbeitsschicht durch Pressfinish.
Erwähnt sei die Möglichkeit, die Festig keit der Oberfläche der Gegenstände bzw. des Bindemittels während des Einrollens durch Erhitzung zu senken.
Nenn als Bindewerkstoffe für den Dia ma.ntstaub Metalle, Legierungen, Oxyde oder dergleichen dienen, die mit Endstadium einer Sinterung oder einer Diffusion verschiedener Legierungsbestandteile, zum Beispiel bis zur durchgehenden Bildung von Mischkristallen oder chemischen Verbindungen, für eine Ein- rollverformung zu hart sind, so empfiehlt es sich, den Fertigungsprozess der Diamant schicht bereits in einem Vorstadium gerin gerer Festigkeit. abzubrechen und dafür an den Einrollvorgang einen Erhitzungsprozess anzuschliessen, der zur gewünschten Endhärte führt. Auch zur Ausscheidungshärtung emp fiehlt sieh eine anschliessende Erhitzung.
Diamant ist. ein teurer Werkstoff. Deshalb empfiehlt es sich, Werkzeuge, an die nicht gerade höchste Ansprüche gestellt werden, oder bei denen eine grosse Fläche zu beweh ren ist, mit einer Schicht. zu versehen, bei der ein Teil des Diamantstaubes durch an dere Hartkörper, wie Korund oder ein Hart karbid, in etwa. der Bleiehen Korngrösse er setzt ist. Wie weit. man mit dem Ersatz der Diamanten durch andere Hartkörper gehen kann, hängt von der Flächengrösse der Be wehrung und dem Zweck der bewehrten Fläche ab.