Spanabhebendes Werkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf ein spanabhe bendes Werkzeug und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung. Das Werkzeug kann in seinen verschie denen Ausführungsformen zum Sägen, Abstechen und zum Glätten von Oberflächen benutzt werden.
In der holz-, leder- und plasticverarbeitenden Industrie und in verwandten Industriezweigen kennt man verschiedene Werkzeugtypen zur formverändern den Bearbeitung und glättenden Oberflächenbehand- hing. Ein bekanntes Beispiel der ersten Art ist eine Säge für Holz, die aus Stahl besteht und aus deren Rand eine Reihe spitzer Zähne mit scharfen. Schnei- den ausgeschnitten sind.
Zur Oberflächenglättung benutzt man .anderseits fast ausschliesslich Werkzeuge mit Schleif- oder Scheuerwirkung. Diese Werkzeuge der zweiten Art schleifen, schmirgeln oder scheuern die oberste Werkstoffschicht weg und erreichen so die gewünschte Glätte.
Die vorliegende Erfindung ist auf Werkzeuge beider Arten, sowohl zur formver ändernden als auch der oberflächenveredelnden Be arbeitung anwendbar, aber in beiden Fällen soll dabei auf den Werkstoff eine Schneidwirkung ausgeübt wer den, denn schneidende Werkzeuge sind leistungsfähi ger und eilgelben, Oberflächengüten, die denen eben bürtig sind, die mit bekannten Werkzeugen erhalten wurden.
Bei fast allen Holz-, Leder-, Plastic- und ähn lichen Arbeiten spielt die Lebensdauer der Werk zeuge eine wichtige Rolle für die Bearbeitungskosten. Bisher bekannte formverändernde Werkzeuge sind zufriedenstellend langleibig, obwohl es auch bei ihnen vorkommt, dass sie sich schnell abnützen und un- erwünscht oft erneuert werden müssen. Bei der Ober flächenbehandlung aber macht sich diese Schwierig keit viel unangenehmer bemerkbar.
Für solche Werk zeuge benutzt man vorwiegend zerkleinerten Sand oder Alluminiumoxyd (Korund, Schmirgel), deren Splitter man auf die Arbeitsfläche des Werkzeuges aufstreut und durch Lehn oder ein ähnliches Binde mittel an Ort und Stelle festhält: Sandpapier, Schmir gelleinen, Granatpapier usw. Gleichartige scheuernde oder schleifende Werkzeuge verwendet man auch in Maschinen, wie den bekannten Sandpapier- und Band schleifmaschinen.
Bei all diesen Geräten nützt sich die Schleifmittelfläche schnell ab, mit der Folge eines spürbaren Aufwandes für den Ersatz verbrauchter Werkzeuge oder doch ihres wirksamen Schleifmittel belages, auch wenn Sandpapier und ähnliche Mittel an sich nicht besonders teuer sind, sobald man die gesamten Betriebskosten zusammenstellt. Dazu kommt, dass manche der bekannten Schleifmittel nur wenig leistungsfähig sind, besonders, wenn man mit ihnen zähe oder harte Materialien, z.
B. Hartholz oder einhartes und zähes Plastic, ;glätten will.
Das spanabhebende Werkzeug nach der Erfin- dung soll nun die Nachteile bekannter Werkzeuge vermeiden, durch relativ lange Lebensdauer und hohe Leistungsfähigkeit und,durch die dadurch verbesserte Wirtschaftlichkeit. Es weist einen metallenen Kern auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass dessen Arbeitsfläche mit einer einzigen Lage Metallkarbid körnern als Schneidkörperchen besetzt ist,
und dass diese Körperchen mit der Arbeitsfläche durch eine Hartlotschicht verbunden sind:, deren wirksame Dicke kleiner als die halbe .durchschnittliche Höhe der Kör perchen ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass man auf die Arbeitsfläche des Kernes eine Schicht pulverisierten Hartlotes aufträgt, eine Lage Metallkarbidkörner darauf verteilt und den so vorbereiteten Kern in einer nichtoxydierenden Atmosphäre erhitzt, um die Karbidkörner hart auf den Kern zu löten.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbei spiele des erfindungsgemässen Werkzeuges, dargestellt, und anhand dieser Beispiele und einiger ergänzenden Zeichnungen zur Erläuterung der Befestigung und der Schneidwinkung der Karbidkörner soll im folgen den das Werkzeug und das Verfahren zu seiner Her stellung beschrieben werden.
Fig. 1 ist eine Ansicht eines ersten Werkzeuges. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch ein zweites Werk <I>zeug.</I>
Fig. 3, 4 und 5 sind perspektivische Ansichten dreier weiterer Werkzeuge.
Fig. 6 ist eine stark vergrösserte Draufsicht auf eine Arbeitsfläche mit Schneidkörperchen.
Fig. 7 ist ein vergrösserter Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Werk- zeuges.
Fig. 8 ist ein Fig.7 entsprechender Querschnitt durch ein Werkzeug bekannter Bauart.
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung zum Ver gleich eines erfindungsgemässen Werkzeuges mit einem solchen bekannter Bauart, und Fig. 10 bis 12 sind schematische. Darstellungen zur Erklärung der verschiedenen Wirkungsweisen der Sparabhebung.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemässen. Werkzeuges zur Oberflächenglättung dargestellt. Das Werkzeug 20 ist scheibenförmig mit einer ebenen: Arbeitsfläche 21 und eineng zentralen Loch 22, um: das Werkzeug 20 auf die Welle einer Schleif- oder Schmirgelmaschine aufzusetzen.
Schneid körperchen oder Schleifkörner 23 sind in grosser Zahl auf der Arbeitsfläche 21 mit sehr weiter Streuung verteilt, das heisst die Schneidkörperchen 23 stehen weit voneinander ab und bedecken insgesamt nur einen Bruchteil der Arbeitsfläche 21.
Als Streu dichte kann man das Verhältnis des von den Schneidkörperchen 23 insgesamt bedeckten Teils der Arbeitsfläche 21 zur ganzen Arbeitsfläche 21 defi nieren; diese Streudichte soll eher niedrig sein, um eine gute Schneidwirkunig zu ergeben, wie weiter unten d'arzul'egen sein wird:. Vorzugsweise wählt man die Streudichte zu 200/9 oder niedriger; am besten hat sich eine Verteilung bewährt, deren Streudichte etwas unter 100/a lag.
Die Schneidkörperchen 23 der Scheibe 20 be stehen nicht aus einem Schleifmittel, wie Aluminium oxyd-, Granat oder Sandsplittern, die bisher für Schleifscheiben dieser Art verwendet wunden. Viel mehr verwendet man dafür Schrot eines Metallkar- bides, dessen Körner im Gegensatz zu den eher stumpfen oder albgerundeten Kanten des Aluminium- oxydes oder den unregelmässig gezackten Sand splittern scharfe Schneidkanten und muschelförmige Flächen aufweisen:
. Zum Beispiel Splitter oder Bruch stücke von Wolfram-, Silizium- oder Bonkarbid. Wel ches Karbid man jeweils wählt, hängt weitgehend von der Aufgabe ab, für welche das Werkzeug bestimmt ist, insbesondere von der Härte und Zerspanbarkeit der Werkstücke. Wolframkarbid ist merklich härter als Siliziumkarbid und eignet sich daher zum Be arbeiten härterer Materialien; Bonkarbid ist härter und zäher als beide genannten Karbide, aber schwie riger zu verarbeiten und etwas teurer.
Für die meisten Zwecke erhält man mit Wolframkarbid vorzüglich geeignete Schleifkörner und wird ausser in Sonder fällen zu diesem Material greifen.
Die Schneidkörperchen 23 sind an die Arbeits fläche 21 der Schleifscheibe 20 durch eine dünne Schicht Hartlotmetall gebunden. Wie weiter unten an Hand der Fig. 7 und 8 noch ausführlicher darzulegen sein wird, sind die Körner 23 nicht in das Hartlot eingebettet, sondern die Berührungsfläche und Bin dung des Metallikernes mit den Schleifkörnern 23 be schränkt sich praktisch auf deren Unterseiten; ge nauer gesagt: die wirksame Dicke der Hartlotschicht ist erheblich kleiner als die halbe durchschnittliche Höhe der Schleifkörner 23 und beträgt vorzugsweise weniger als ein Zehntel jener Höhe. Als wirksame Dicke wind dabei die Höhe bezeichnet, Abis zu welcher das Hartlot an den Körnern 23, z.
B. durch Adhäsion, aufsteigt und welche für die Festigkeit der Bindung massgebend ist. Bei den weiter unten beschriebenen, besonderen Anwendungen des Herstellungsverfahrens beträgt die Dicke der Hartlotschicht sogar nur etwa 2 bis 5 0/o der durchschnittlichen Schleifkörnerhöhe und kann in den Zwischenräumen zwischen dien Kör nern 23 überhaupt fehlen. Als Hartlotmetall nimmt man am besten sehr reines Kupfer; aber auch Silber legierungen und andere Hartlote lassen sich verwen den.
Die Schleifkörner 23 können auf der Arbeits fläche 21 ganz willkürlich verteilt sein, wie für den Sektor 24 der Scheibe 20 angedeutet. Man kann sie aber auch nach einem regelmässigen Muster anord nen, wie z. B. aus den Sektoren 25 und 26 ersicht lich. Es versteht sich, d;ass man in aller Regel die Ver teilung der Körner 23 für eine bestimmte Scheibe 20 einheitlich wählen und die für die Sektoren 24, 25 und 26 angedeuteten Anordnungen nicht auf dem gleichen Werkzeug verwenden wird.
Die Schleifscheibe lässt sich für ein herkömm- liches Schleifgerät, z. B. eine sogenannte Schleif- papier- oder Schmirgelschleifmaschine, verwenden. Die Glätte der bearbeiteten Fläche hängt in erster Linie von der Körnung der Schleifkörner 23 ab. Man kann diese nach den bekannten Siebnummern etwa von der Maschenweite Nr. 16 für gröbere bis Nr. 240 für Feinschliffscheiben wählen.
Für eine jede Arbeitsfläche eines bestimmten Werkzeugs verwendet man selbstverständlich vorzugsweise nur Schleifkör per :gleicher Körnung. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass zum Schleifen einer Fläche mit einer beistimmten Oberflächengüte die Schleif körner 23 etwas feiner gewählt werden sollen als die Splitter der herkömmlichen Zusammensetzung, z. B.
für Sand- oder Schmirgelpapier. Fig. 2 zeigt im Querschnitt ein scheibenförmiges Werkzeug 30, das in mancher Hinsicht der in Fig. 1 gezeigten Schleifscheibe ähnelt, aber so ausgebildet ist, dass mann damit sowohl' schleifen als auch sägen kann. Das Werkzeug .besitzt eine Stahlscheibe 31 -als Kern und Trägerin der Arbeitsflächen, nämlich zweier ebenen Flächen 32 und 33 und einer zylin drischen Umfangsfläche 34.
Auf den Flächen 32 und 33 sind Schleifkörner 35 und 36 gleicher Zusammen setzung und Bindung, wie :dies für die Körner 23 der Scheibe 20 beschrieben wurde, mit mehr oder weni ger Zwischenraum angebracht. überdies: ist auf .die Umfangsfläche 34 eine Schicht ziemlich weit ausein anderstehender Schleifkörner 37 gleicher Zusammen setzung hart aufgelötet.
Die Körnung braucht nicht für alle Schleifkörner 35-37 dieselbe zu sein. Vielmehr dürfen z. B. die Körner 36 bedeutend feiner als die Körner 35, und diese können wieder feiner als die Körner 37 sein. Auf diese Weise erhält man ein Werkzeug 30 mit sehr grossem Anwendungsbereich. Wird es mittels der Welle 39 in Drehung versetzt, kann man es als Kreissäge für Holz verwenden, wobei die Körner 37 auf dem Umfang 34 zur Wirkung kommen; die Fläche 32 mit den Körnern 35 kann zum Grob schmirgeln dienen, und für fein zu schleifende Flä chen desselben oder eines anderen Werkstückes eignen sich die feineren Körner 36 auf der Fläche 33.
Die Körner 35 -,und 36 erweisen ich auch beim Sägen als nützlich, indem sie im gleichen Arbeitsgang die Stirnflächen des Schnittes glätten. Das Werkzeug eignet sich auch vorzüglich zum Langlocher und Auskehlen.
Ein weiterer wichtiger Vorteil des kombinierten Säge- und Flachschleifwerkzeuges ist seine geringe Unfallgefährlichkeit für den Arbeiter. Wenn dieser mit einem Finger oder einem andern Körperteil mit den Schleifkörnern 37 auf dem Umfang 34 in Be rührung kommen sollte, entsteht nur eine verhältnis mässig geringfügige Verletzung, weil das Werkzeug 30 einen weichen Gegenstande wegzuschleudern strebt und nur oberflächlich ritzt. Aus diesem Grund ist .das Werkzeug 30 viel sicherer, besonders bei Heimarbei ten oder im Unterricht, als Stahl-Kreissägen, wie sie bisher für Holz, Plastic, Leder und ähnliches ge bräuchlich sind.
Die Werkzeuge 20 und 30 der Fig. 1 und 2 wei sen noch einen Vorteil auf, der für die Arbeitsge schwindigkeit ganz :besonders wichtig ist. Die metal lische Bindung der Karbidkörner mit der Stahlunter lage ergibt eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit zum Abführen der Wärme von den Schleifkörnern zum Tragelement. Dies erlaubt weit höhere Arbeitsge schwindigkeiten als mit bekannten Werkzeugen, ohne dass man das Werkstück ansengt, und ermöglicht beträchtlich grössere Leistungen.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Werkzeuges. Die Vierkantfeile 40 weist ein Vierkant-Stahlprisma 41 mit Arbeits flächen 42 und 43 auf, auf welchem Metallkarbid- Splitter 44 gleich wie die weiter oben beschriebenen Schleifkörner verteilt und befestigt, sind. Die Feile hat wie die bekannten Feilen einen Handgriff 45 und ist auch wie diese zu ,gebrauchen.
Es ist aber zu beachten, dass die Lebensdauer der Feile 40 beträcht lich länger als .die einer herkömmlichen, geriffelten Feile aus Werkzeugstahl ist, und dass die zahlreichen Arbeitskanten, welche die Splitter 44 aufweisen, viel wirksamer als eine Feilen-Riffelung sind, hauptsäch lich :deshalb, weil sie keine bestimmte Schnittrichtung verlangen.
Fig. 4 zeigt ein anderes feilenähnliches Werkzeug mit einem spitz zulaufenden Rotationskörper 51 aus Stahl als Träger der Arbeitsfläche. Wie bei den früher beschriebenen Anwendungsbeispielen ist auch hier die Arbeitsfläche mit hart aufgelöteten Metallkarbid- Splittern 52 besetzt, und das Werkzeug 50 kann mit einem Handgriff 53 versehen sein, um es wie eine Rundfeile, z. B. zum Bearbeiten: gekrümmter Flächen, benutzen zu können.
Als weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 ein Werkzeug 60 dargestellt. Dieses enthält einen federn den Metallstreifen 61, vorzugsweise aus dünnem Stahlblech, der an seinen Enden so gebogen ist, dass er sich auf einem herkömmlichen Schleifklotz, dessen Gesamtumriss durch eine strichpunktierte Linie 62 angedeutet ist, anbringen lässt.
Die Unterseite 63 des Metallstreifens 61 ist Arbeitsfläche und mit einer dünnen Schicht Hartlotmetall, vorzugsweise Kupfer, überzogen, welches :dazu dient" Schleifkörner 64 auf der Arbeitsfläche 63 des Schleifklotzes 61 zu befesti gen; als Schleifkörner kommen wieder Splitter vorn Wolfram" Silizium- oder Bonkarbid! in Betracht, wen= ches durch das Hartlotmetall benetzbar ist.
Die Dicke der Hartlotschicht wird auch hier vorzugsweise zu nur einem kleinen Bruchteil der mittleren Schleif\ körnerhöhe gewählt.
Wie bei den andern Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die einzelnen Schleifkörner 64 mit verhältnismässig grossem Zwischenraum auf der Arbeitsfläche 63 des Werkzeuges 60 verteilt, und zwar wird die Streudichte, wie sie oben, definiert wurde, vorzugsweise zu 15 0/o oder weniger gewählt, was mit anderen Worten etwa besagt, dass die Kör ner mit einem: Abstand, der etwa ihrem doppelten Durchmesser entspricht, voneinander entfernt sein sollen.
Eine solche Verteilung ist in vergrösserter Anr- sieht in Fig. 6 dargestellt, welche einen Ausschnitt irgendeiner Arbeitsfläche 22, 32, 33, 42, 51, 63 der in Fig. 1 Ibis 5 gezeigten Werkzeuge zeigt und Schleif# körner 66 zeigt, die auf eine hier mit 67 bezeichnete Arbeitsfläche hartaufgelötet sind.
Die Verteilung ist hier als willkürliche, also nicht nach einem ibestimm- ten Muster, gewählt, so dass die Abstände eines jeden Kornes von :
den Nachbarkörnern 66 in beträcht lichem Masse schwanken können, doch könnte, wie anl,ässlch der in Fig. 1 därgestellten Schleifscheibe 20 dargelegt wurde, im Rahmen der Erfindung auch ein Flächenmuster mit ,gleichen oder gesetzmässig ber stimmten Abständen benachbarter Körner 66 zur Verteilung der Körner 66 eingehalten werden,
was sich zwar in .der Herstellung etwas teurer stellen, aber mit etwas weniger Körnern 66 auszukommen ge statten würde. Welche Verteilung man wählt, hängt also in erster Linie davon ab, ob die Material- oder die Herstellungskosten schwerer ins Gewicht fallen. Zugunsten einer regelmässigen Anordnung kann in gewissen Fällen auch ihre etwas, kräftigere Schleif wirkung sprechen.
Fig. 6 gibt auch eine Vorstellung von der Gestalt der Schleifkörner 66, deren jedes eine grössere Zahl scharfer Schneidkanten aufweist. Die muschelförmi gen Facetten des Karbidschrotes tragen auch zu einer, hohen Zerspanleistung bei, wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben werden wird.
Fig. 7 ist ein stark vergrösserter Schnitt durch ein erfindungsgemässes Werkzeug und kann als Schnitt irgendeines der in Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungs beispiele betrachtet werden. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, befinden sich die Schleifkörner 70 ober halb der Arbeitsfläche 71 eines, metallenen Werk- zeugkörpers 72.
Durch eine sehr dünne Schicht 73 eines Hartlötmetalls sind die als Schleifkörner 70 dienenden Karbidsplitter sehr fest mit der Arbeits fläche 71 verbunden, ja die Schicht kann in Wirklich- keit im Verhältnis zur Korngrösse der Schleifkörner 70 sogar noch dünner sein, als hier dargestellt, und ihre Dicke beträgt üblicherweise etwa 2 bis 5 % der mittleren Höhe der Schleifkörner 70.
Das, Hartlot muss die Karbidsplitter benetzen, um eine feste Bin dung herzustellen und hat daher die Neigung, ausser der unmittelbar der Oberfläche 71 des Werkzeug körpers<B>72</B> -benachbarten Unterseite der Splitter noch die Seitenflächen bis zu einer gewissen Höhe zu be decken, wie mit der Zahl 74 angedeutet. Aber auch wenn man diese Höhe mitberücksichtigt, ist die Dicke des Hartlotes, 73 viel geringer als die Gesamthöhe der Karbidkörner 70 und kann daher die Wirksamkeit der Schneidflächen und Schneidkanten nicht merklich beeinträchtigen.
Es ist durchaus zulässig, die Hartlot Schicht zwischen den Schleifkörnern zu unterbrechen, wie durch die Lücke 75 angedeutet.
Wie wichtig der in Fig.7 gezeigte Aufbau ist, versteht man leicht durch Vergleich mit Fig. 8, in welcher die bisher .gebräuchliche Bindung für die Arbeitsfläche eines Werkzeuges, meist eines Metalls oder anderen harten Materials, gezeigt wird. Dabei trägt eine Arbeitsfläche 81 eines stählernen Werk- zeugkörpers 80 eine grosse Zahl von Schleif-, Schmir gel- oder Schneidpartikeln 82; aber diese sind durch eine verhältnismässig dicke Schicht eines Bindemetalls 83, in welche die Partikeln 82 bis auf die äussersten Spitzen eingebettet sind, mit der Arbeitsfläche 81 ver bunden.
Ferner sind die Partikeln üblicherweise viel dichter beeinander angeordnet als bei den erfindungs gemässen Ausführungsbeispielen. Ein Werkzeug der bekannten Art ist daher im Gebrauch weniger wirk sam und hat eine kürzere Lebensdauer als ein nach Fig. 7 ausgebildetes Werkzeug. Die enge Anordnung der Partikeln 82 beeinträchtigt deren Wirksamkeit, und bei gewissen Anwendungsformen kann es leicht zu einer Verstopfung der Zwischenräume zwischen den Partikeln 82 kommen.
Die dicke Metallschicht 83 hat ausser der Beschränkung der Schneidfähigkeit auf die äussersten Spitzen der Partikeln 82 den Nach,- teil, die Lebensdauer auf einen Bruchteil derjenigen zu :beschränken, :die erreichbar wäre, wenn die Parti keln 82 mit praktisch ihrer vollen Höhe über die Arbeitsfläche 81 vorstünden, wie es in Fig. 7 für die Körner 70 gegenüber der Fläche 71 der Fall ist.
Die bisher übliche Bindung, wie sie in Fig. 8 angedeutet isst, bei welcher -die spanabhebenden Parti- keln 82 in der Metallschicht 83 oder auch im Werk zeugkörper 80 selbst fast ganz eingebettet sind, hält die Partikeln 82 nicht etwa fester, als es bei der Bin dung gemäss Fig. 7 der Fall ist, am Grundkörper fest. Zumindest in manchen Fällen kann die Einbettung der Partikeln 82 zur ungedämpften Übertragung von ,stossartigen Beanspruchungen führen und dadurch das Lockerwerden und den Verlust der Partikeln 82 beschleunigen.
In manchen Anwendungsfällen erweist sich die Bindung, zwischen dem Werkzeugkörper 72 und dem Körper 70 eines gemäss Fig. 7 hergestellten Werkzeuges als widerstandsfähiger als die Körner 70 selbst, so dass es =bei einer Überlastung eher zu einem Bruch der Karbidkörner 70 als zu ihrem. Abreissen vom Werkzeugkörper 72 kommt. Daraus ist leicht einzusehen, dass die Herstellungsart nach Fig. 7 eine wesentlich längere Lebensdauer als gemäss Fig.8 ergibt, was dann noch mit einer merklichen Verbesse rung der Zerspanleistung einhergeht.
Fig. 9 zeigt einen Vergleich der Zerspanleistung und der Lebensdauer von Schleifwerkzeugen, welche gemäss der Erfindung ausgebildet wurden, mit Gra nat-, Aluminiumoxyd- und Siliziumkarbidüberzügen, wie sie bisher verwendet wurden. Die graphisch dar gestellten Messergebnisse wurden mit scheibenförmi gen Schleifwerkzeugen, ähnlich der Scheibe 20 der Fig.1, gewonnen. Alle miteinander verglichenen Werkzeuge hatten Schleifkörner annähernd gleicher Korngrösse, und bei allein Versuchen wurde mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 23 m/sec und mit einem Druck von etwa 1,7 kg/cm2 Eichenholz bear beitet. In Fig.9 ist der sekundliche Vorschub als Funktion des jeweils erreichten Gesamtvorschubes aufgetragen..
Man sieht aus der Kurve 90, dass die Vorschubgeschwindigkeit des üblichen Aluminium oxyd-Überzuges im Verlauf des Versuches schnell sinkt; dabei befindet sich die Scheibe im Punkt 91 in einem Zustand, der praktisch das Ende ihrer Standi- zeit bedeutet. Ähnlich verläuft die Kurve 92, die den Einfluss der vorwärtsschreitenden Abnützung auf die Vorschwbgeschwindigkeit einer herkömmlichen Scheibe mit einem Granat-Schleifüberzug darstellt.
Der Punkt 93 zeigt dabei das Ende der praktisch verwertbaren Lebensdauer an. Die Kurve 94 zeigt den Verlauf eines Versuches mit einer entsprechen den, mit Siliziumkarlbid-Splittern bewehrten Scheibe, deren Lebensdauer beim Punkt 95 praktisch zu Ende war. Die Kurve 96 zeigt dagegen das Verhalten einer erfindungsgemässen Schleifscheibe, wie in Fig. 1 als Scheibe 20 dargestellt. Das Ende der praktisch ver wertbaren Lebensdauer ist durch einen Punkt 97 angedeutet.
Wie aus dieser Kurve 96 hervorgeht, ist die anfängliche Zerspanleistung der Scheibe 20 viel grösser als der vorstehend erwähnten, bekannten Schmirgelscheiben, nämlich annähernd doppelt so gross. Im Verlaufe des Versuches sank die Vorschub- geschwindigkeit viel langsamer als bei den bekannten Scheiben, und der Zuwachs an Lebensdauer betrug das 100- !bis 500fache.
Man erkennt aus diesen Ver suchen., dass die gemäss der Erfindung ausgebildete Scheibe trotz dien höheren Anschaffungskosten wegen ihrer verlängerten Lebensdauer im, Betrieb viel billi- ger war. Dies wird noch dadurch begünstigt, dass die Betriebskosten durch die Wartezeiten zurr Auswech seln der Werkzeuge vielfach, ebenso sehr beeinflusst werden wie durch die durchschnittliche Lebensdauer und die Anschaffungskosten dieser Werkzeuge.
Die Fig. 10 bis 12 zeigen schematisch die Ober flächenbehandlungsarten durch Schleifen, Scheuern und Schneiden. Bei der Anordnung gemäss Fig. 10 befinden sich lose Schleifkörner 100 zwischen einer Druckplatte 101 und einem Werkstück 102 mit rau, her Oberfläche 103. Die Körner<B>100</B> werden durch Druck auf die Platte 10e1 mit der Fläche 103 in Be rührung gehalten; und die Platte <B>101</B> und das: Werk stück 102 führen relativ zueinander eine Bewegung aus, die die Schleifwirkung erzeugt.
Die Verbindung von Druck und, Bewegurig bewirkt ein oberflächliches Ausbrechen kleiner Stücke des Werkstückes 103, wie durch die gestrichelte Linie 104 angedeutet. Diese Späne sind meist grösser als die Schleifkörner 100.
Das Abscheuern gemäss Fig. 11 kommt durch, einen scharfen Splitter 110 zustande, der unter Druck quer zur rauhen Bearbeitungsfläche<B>111</B> eines Werk stückes 112 geführt wird. Man erhält eine ziemlich glatte Oberfläche, wenn die Splitter 110 eine grosse Streudichte aufweisen, um das Linienmuster, das sonst auf der fertigen Fläche stehen bliebe, zu ver wischen. Diese Bearbeitungsart ergibt sich mit Sand papier und ähnlichen Schleifmittelträgern. Verwen det man statt der Splitter 110 Körper mit eher run dem Korn, z.
B. ein Schleifmittel aus Aluminium, oxyd, kann sich die Wirkung einstellen, dass abge scheuerte Teilchen des Werkstückes von den Zacken abgehoben und, wie durch die Pfeile 113 angedeutet, in die Ausbuchtungen zwischen den Zacken ;befördert werden, wodurch dann; Stücke aus der Bearbeitungs fläche 111 herausgerissen werden können.
Fig. 12 zeigt dagegen zwei Schneidkörner 120, deren jedes mindestens eine Schneidkante oder Schneidfläche 121 aufweist, die auf die rauhe Bear beitungsfläche 122 eines Werkstückes 123 einwirkt. Wenn sich die Schneidflächen 121 an der Fläche 122 vorbei bewegen, schneiden oder scheren sie die Spitzen der Vorsprünge .der Bearbeitungsfläche 122 ab, wie durch die Linien 124 angedeutet, und glätten dabei das Werkstück 123 in kürzerster Zeit mit äusserst wenig Materialverlust und höchstem Arbeits- ertrag.
Bei den Werkzeugen nach dieser Erfindung besteht nun die Möglichkeit, diese Schneidwirkung auf die Werkstücke auszuüben, statt sie abzuschleifen oder abzuscheuern, wie in Fig. 10 und 11 gezeigt, was nicht ausschliesst, dass damit auch eine gewisse Schleifwirkung einhergeht. Man darf annehmen, dass die Verschiedenheit in der Art des Abtragens der Oberflächenrauhigkeit in vielen Fällen der Haupt grund ist, warum die vorliegenden Werkzeuge soviel wirksamer als bisher bekannte sind.
Zur Herstellung der erfindungsgemässen Werk zeuge geht man zweckmässigerweise wie folgt vor: Man abringt zunächst eine äusserst dünne Schicht Hartlot auf einen Werkzeugkörper, der üblicherweise aus Stahl besteht, auf. Durch Entfetten und Sand strahlen wird dessen Oberfläche ;gründlich gereinigt und von allen Oxydspuren befreit, die das Hartlöten beeinträchtigen könnte. Das Hartlot kann als Metall oder zunächst als Metalloxyd aufgetragen. werden. Einen Teil oder das ganze Hartlotmetall kann man z.
B. durch galvanische Abscheidung oder als chemi schen Niederschlag aufbringen. Vorzugsweise wird man das Hartlot als Metall- oder Metalloxyddisper sion sehr feiner Partikeln in einem flüchtigen Träger, z. B. Polyvinylacetat, Glycerin, Äthylenclocyl oder Methylcellulose, auftragen.
Nunmehr kann man das Metallkarbidschrot auf die Arbeitsfläche dies Werkzeuges aufstreuen. Es gibt dazu mehrere Möglichkeiten, z. B. mittels einer Schüttel- oder Vibrationsvorrichtung, durch Auf saugen und Ablagern mittels; eines Luftstromes, durch ein elektrostatisches Verfahren oder eine Kombina- tion dieser Verteilmethoden. Das einfachste und in jeder Hinsicht, zumindest bei der Herstellung in klei nen Serien, bewährte Verfahren besteht darin, die Karbidteilchen aus einer Streudose auf die Arbeits fläche aufzustreuen; so lässt sich z.
B. ein gewöhn licher Sallzstreuer recht gut verwenden. Für die Massenproduktion wird es sich selbstredend lohnen, eine leigtungsfähijgere Einrichtung aufzustellen, um das Schrot in einer einzigen Lage auf der Arbeitsfläche zu verteilen.
Ist auch das Schrot aufgebracht, muss man es durch den Hartfotüberzug hindurchpressen, bis es mit dem Werkzeugkörper in Berührung kommt, etwa .durch Walzen oder Drückern unter leichtern: Druck.
Dieser Verfahrensschritt hat einen doppelten Zweck: man planiert dadurch das Schrot aus, soi dass eine einheitliche Arbeitsfläche entsteht, und bringt flache Facetten der einzelnen Körner, die sich als.
Stand flächen eignen, dazu:, sich auf dem Werkzeugkörper abzustützen. Es versteht sich, d'ass man beim Walzen oder Drücken darauf Bedacht nehmen muss, keine Schrotkörner abzuheben oder zu beschädigen. Mit einem mit leichtem Druck über das Schrott geführten Wellhosz oder durch leichtes Eindrücken mittels eines steifen Papiers erhält man durchaus befriedigende Ergebnisse.
Es ist nicht wesentlich, dass die Schicht aus Hart- lotmetall oder Metalloxyd zuerst aufgetragen wird, und man kann auch so vorgehen, dass man zuerst das Schrot aufstreut und die Arbeitsfläche erst an schliessend mit einer das Metall oder Metalloxyd ent haltenden Suspension überzieht. In; .diesem Falle emp fiehlt .es sich aber, vor dem Aufstreuen des, Schrotes zunächst ein wenig haftfähiges, flüchtiges Material, z.
B. Äthylenglycol oder Polyvinylacetat als dünnen Film aufzutragen, um das Schrot festzuhalten. Wenn man die Metall- oder Metalloxydsuspension vor dem Aufstreuen des Schrotes aufbringt, erfüllt es zugleich. auch diesen Zweck.
Nach dem Auftrag des Hartlotes und der Schneid körperchen auf :der Arbeitsfläche wird :der Werkzeug körper erhitzt. Dabei verdampft der flüchtige Träger nach und nach, his das Dispersionsmittel ganz ver schwunden ist. Um Verrutschungen der Karbidkör ner relativ zur Arbeitsfläche des Werkzeuges auch nach dem Verdampfen des Dispersionsmittels zu ver meiden, .soll dieses Mittel erst bei ziemlich hoher Temperatur verdampfen, wenn sich auch das Kupfer, Kupferoxyd oder sonstiges Hartlot schon auf entspre chend hoher Temperatur befindet. So kann man einen Sinterprozess in dem Hartlot erfolgreich einlei ten, durch den eine gesinterte Metall- oder Metall oxydstruktur entsteht, welche die Karbidteilchen in der gewünschten Stellung festhält.
Wenn man das Werkzeug weiter erhitzt, bringt man das Hartlot auf Schmelztemperatur. Wenn das Hartlot seinen flüssigen Zustand erreicht, netzt es :den Werkzeugkörper und das Karbidschrot und stellt beim Abkühlen eine wirksame Hartlötverbindung zwischen diesen her, die sehr fest ist und, wie oben dargelegt wurde, stärker als die Karbidteilchen selbst sein kann.
Weil das Hartlot die Karbidteilchen be netzt, kann es dazu neigen, sich in den diesen Teil chen unmittelbar benachbarten Bezirken anzusam- meln. Diese Wirkung kann dazu führen, dass das Lot auf Teilen der Arbeitsfläche dünner wird oder dass sich der Hartlotfilm sogar ganz von diesen Teilen zurückzieht. Übermässiges Zusammenballen :oder Puddeln des Hartlotes soll man aber vermeiden, denn es ist nicht anzustreben, dass grössere Lotanhäu fungen die Schleifkörner umgeben.
Es ist deshalb wichtig, nur so viel Hartlot auf .den Werkzeugkörper aufzutragen, dass keine zu dicke Hartlotschicht auf der Arbeitsfläche entsteht.
Der Heizprozess, welcher das Suspensionsmittel für das Hartlot austreibt, und das anschliessende Weiterheizer, welches das Harttot einerseits mit dem Werkzeugkörper und anderseits mit den Karbidkör nern verbindet, soll in einer nichtoxydierenden Atmo- Sphäre vor sich .gehen. Wenn man metallisches Kupfer verwendet, ist es geradezu notwendig, ein reduzie rendes Schutzgas zu verwenden, und eine solche Mass nahme empfiehlt .sich auch bei der Wahl eines ande ren Hartlotes für diesen Abschnitt des Herstellungs verfahrens.
Verwendet man metallisches Kupfer als Ausgangsmaterial für das Hartlöten, empfiehlt es- sich sehr, der Suspension ein Flussmittel beizufügen, z. B. ein wenig Boraxanhydrit. Mit Vorzug verwendet man einen kontinuier lichen oder mit einem Transportband versehenen Brennofen, welcher eine Vorwärmzone (200 bis 1040 C), eine Hartlötzone (über 1100 C) und eine Nachglüh- oder Kühlzone (z. B. 95 C) aufweist. Im Ofen unterhält man eine nichtoxydierende oder redu zierende Atmosphäre, um die Dekarburisierung der Karbidkörner und das Oxydieren eines metallischen Hartlotes zu vermeiden. Zum Hartlöten mit Kupfer arbeitet man zweckmässig bei Temperaturen über 1080' C (z. B. bei<B>1090</B> bis 1120 C).
In einem kon tinuierlichen Ofen wird die Geschwindigkeit nach der Länge der einzelnen Zonen, dem Brenngut und sei ner Güteklasse sowie nach dem Hartlot so eingestellt, dass man in jeder Zone die richtige Behandlung bewirkt.
Wie man die Kupfer-, Kupferoxyd- oder sonstige Hartlotsuspension auf die Arbeitsfläche des Werk- zeuges aufträgt, ist: nicht weiter von Belang. So wurde z. B. bei der gewerblichen Herstellung die Suspension mittels einer Spritzpistole schnell und mit gutem Erfolg aufgesprüht; doch kann man auch ein anderes Auftragverfahren verwenden, wie das Seidensiebver fahren, Bürsten, Rollen, Spachteln oder Eintauchen. Man hat überdies die Wahl unter zahlreichen Suspen sionsmitteln, solange nur gewisse Erfordernisse be achtet werden. Das Suspensionsmittel muss sich ohne Rückstand verflüchtigen, wenn es erhitzt wird, denn es soll vollständig ausgetrieben sein., bevor das Hart löten beendigt ist.
Wenn man es vorzieht, kann man einen Träger verwenden, welcher sich in dampfför- mige Komponenten zersetzt. Zudem darf es zu keiner chemischen Reaktion zwischen dem Hartlot und dem Suspensionsmittel oder einer von diesem unter der Hitzeeinwirkung entwickelten Komponente kommen, welche den Hartlötvorgang irgendwie stören könnte. Äthylenglykol und Polyvinylacetat z. B. sind typisch geeignete Suspensionsmittel.
Das Mengenverhältnis der Suspensionsbestand teile ist nicht allzu wichtig. So erhielt man gute Werk zeuge mit Suspensionen, in denen ungefähr 70 Gew.% Kupfermetall- oder Kupferoxydpulver in 30 Gew.% Äthylenglykol aufgeschwemmt waren, und diese An teile konnten in weitem Rahmen geändert werden, z. B. im Verhältnis von 80 zu 40 oder 60 zu 40 Gew.% Hartlotpulver zu Suspensionsmittel.
Es folgen einige Rezepte für die Hartlotpulver- Suspension:
EMI0006.0057
Rezept <SEP> 1 <SEP> Gew.%
<tb> Kupferoxydpulver <SEP> 78,8
<tb> Äthylenglykol <SEP> 21,2
<tb> <I>Rezept <SEP> 2</I>
<tb> Kupferoxydpulver <SEP> 67,5
<tb> Äthylenglykol <SEP> 32,5
<tb> <I>Rezept <SEP> 3</I>
<tb> Kupferoxydpulver <SEP> 67,5
<tb> Äthylenglykol <SEP> 21,2
<tb> Wasser <SEP> 11,3
EMI0007.0000
Rezept <SEP> 4 <SEP> Gew.%
<tb> Kupfer <SEP> (rein <SEP> metallisches <SEP> Pulver,
<tb> Körnung <SEP> 0,3 <SEP> mm <SEP> und <SEP> feiner) <SEP> 70
<tb> Polyvinylacetat <SEP> 30
<tb> <I>Rezept <SEP> 5</I>
<tb> Kupfer <SEP> (renn <SEP> metallisches <SEP> Pulver,
<tb> Körnung <SEP> 0,3 <SEP> mm <SEP> und <SEP> feiner)
<SEP> 60
<tb> Polyvinylacetat <SEP> 40 Nach diesen Rezepten zusammengesetzte Suspen sionen sind teilweise handelsüblich und gelben sehr brauchbare Ergebnisse. Durch Zusatz von Wasser oder einer Wasser-Äthylenglykolmischung kann man sie leicht verdünnen. So kann z. B. eine Suspension, die eine für grobes Korn richtige Zähigkeit aufweist, verdünnt werden müssen:, wenn man sie für extrem feines Korn verwenden will. Zum Aufsprühen braucht man glieichfalls Suspensionen mit kleinerer Zähigkeit als zum Auftrag durch Spachteln.
Man kann das Hartlot auch mit den Karbidkör nern verbinden, bevor man diese Körner über die Arbeitsflüche des Werkzeuges verteilt. Zu diesem Zweck mischt man die Karbidteilchen gründlich mit dem pulverisierten Hartlot und einem geeigneten, flüchtigen Suspensionsmittel, z. B. Äthylenglykol, worauf man das Gemisch von in der Regel teigiger Beschaffenheit trocknet. Die überzogenen Körner können nunmehr über die Arbeitsfläche eines Werk zeugkörpers gestreut oder auf andere Weise verteilt wenden, vorzugsweise in pulvrigem Zustand, worauf man das Werkzeug erwärmt, um die Karbidteilchen hart mit der Arbeitsfläche zu verlöten, wie weiter oben beschrieben.
Im Verlaufe dieses Vorgangs wird der grösste Teil des Lotes flüssig und läuft von den Karbidteilchen herab, wodurch zuletzt ein Erzeugnis zustande kommt, das im wesentlichen mit dem, wel ches man nach den vorher dargelegten Verfahren erhält, übereinstimmt. Auf den freien Flächen der Karbidteilchen kann ein ganz dünner Kupferfilm, zu- rückbleiben, aber der wird schon beim ersten Ge brauch des Werkzeuges abgerieben. Wenn; man zuerst die Karbidteilchen mit Lot überzieht, kann es sich empfehlen, zuerst die Arbeitsfläche :
des Werkzeuges. mit einer haftfähigen und flüchtigen Schicht zu be decken, um die Teilchen während des Lötvorganges an Ort und Stelle festzuhalten. Auch hier darf man zu diesem Zweck nur ein Mittel verwenden, das sich beim Heizen im Verlaufe des Herstellungsprozesses völlig verflüchtigt.
Das Schrot aus gesintertem und zementiertem Wolframkarbid, welches man für die Karbidkörner bevorzugt, sieht stumpfgrau oder schieferähnlich aus,, und die Oberflächen der Splitter zeichnen sich durch zahlreiche, scharf gezackte Kanten, Facetten und Spitzen aus, während glatte oder runde Partien fehlen. Solches Wolframkarbid ist hart, zäh und abriebfest, und dank den scharfen Schneidkanten hat es vorzüg liche Zerspanungseigenschaften.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung hat sich Schrot aus gesintertem und zementiertem Wolf ramkarbid bewährt, welches 4 bis 20 Gew.% Kobalt als Bindung oder Bindemittel enthält. Man erhält solches Material, indem Wolframkarbidpulver mit pulverisiertem Kobalt oder Kobaltoxyd oder einem Gemisch dieser beiden Zusätze mischt, etwa in einer Kugelmühle, bis eine vollständige Durchmischung erreicht und jedes Wolframkarbidkorn mit einem Kobaltüberzug bedeckt ist.
Diese innige Mischung wird gesiebt, um Klumpen aufzulösen, und das ge- siebte Pulver wird in Formen gepresst, in welchen man es während des Sinterns behandelt. Dies ge schieht in einem Sinterofen in einer Wasserstoff atmosphäre bei Temperaturen über 1500 C. Nach dem Sintern werden die Sintenkörper grob gemahlen, und das Schrot wird gesiebt und nach Korngrössen oder Siebnummern sortiert. Je weniger Kobalt man bei der Herstellung des Schrotes verwendet, um so härter wird das Schleifmittel und umgekehrt; es ent steht dadurch eine ,ganze Skala von Härtegraden; nach welcher man für den jeweiligen Zweck am. besten geeignetes Schrot auslesen kann. Beabsichtigt man z.
B. ein hartes Material mit kleinem Anpress- druck oberflächlich zu behandeln, verwendet man Schrot mit grosser Härte; will man d'age'gen von zähen Materialien ;grössere Beträge entfernen, nimmt man besser weicheres und dafür zäheres Wolframkarbid@ Schrot.
In den folgenden Tabellen 1 und 2 ist angegeben, wie das Verhältnis des Kupfergewichts zum Schrot gewicht am besten gewählt wird.
EMI0007.0044
<I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb> Gewichtsverhältnis <SEP> zwischen <SEP> Kupfer <SEP> und <SEP> Schrot
<tb> aus <SEP> zementiertem <SEP> Wolfraankarbid
<tb> Lockere <SEP> Verteillung <SEP> .(weite <SEP> Streuung)
<tb> Schrot <SEP> Kupfer <SEP> Schrot <SEP> Gewichtsverhältnis
<tb> Nr. <SEP> g/dm2 <SEP> g/dm2 <SEP> Schrot<B>:</B> <SEP> Kupfer
<tb> 16 <SEP> 0,713 <SEP> 4,03 <SEP> 5,65
<tb> 24 <SEP> 0,589 <SEP> 3,10 <SEP> 5,27
<tb> 30 <SEP> 0,496 <SEP> 2,56 <SEP> 5,16
<tb> 36 <SEP> 0;
418 <SEP> 2,02 <SEP> 4,83
<tb> 46 <SEP> 0,356 <SEP> 1,425 <SEP> 4,00
<tb> 60 <SEP> 0,294 <SEP> 0,945 <SEP> 3,21
<tb> 80 <SEP> 0,264 <SEP> 0,760 <SEP> 2,88
<tb> 100 <SEP> 0,24.8 <SEP> 0,558 <SEP> 2,25
<tb> 120 <SEP> 0,217 <SEP> 0,480 <SEP> 2,21
<tb> 150 <SEP> 0,202 <SEP> 0,434 <SEP> 2,15
<tb> 180 <SEP> 0,202 <SEP> 0,403 <SEP> 2,00
<tb> 220 <SEP> 0,186 <SEP> 0,372 <SEP> 2;00
<tb> 240 <SEP> 0,170 <SEP> 0,341 <SEP> 2,00
EMI0008.0000
Tabelle <SEP> 2
<tb> Gewichtsverhältnis <SEP> zwischen <SEP> Kupfer <SEP> und <SEP> Schrot
<tb> aus <SEP> zementiertem <SEP> Karbid
<tb> Dichte <SEP> Verteilung <SEP> (enge <SEP> Streuung)
<tb> Schrot <SEP> Kupfer <SEP> Schrot <SEP> Gewichtsverhältnis
<tb> Nr. <SEP> g/dm2 <SEP> g/dm2 <SEP> Schrot:
<SEP> Kupfer
<tb> 24 <SEP> 1,150 <SEP> 6,20 <SEP> 5,40
<tb> 30 <SEP> 1,005 <SEP> 5,27 <SEP> 5,24
<tb> 36 <SEP> 0,868 <SEP> 4,03 <SEP> 4,65
<tb> 46 <SEP> 0,744 <SEP> 2,98 <SEP> 4,00
<tb> 60 <SEP> 0,651 <SEP> 2,10 <SEP> 3,22
<tb> 80 <SEP> 0,590 <SEP> <B>1</B>,705 <SEP> 2,90
<tb> 100 <SEP> 0,496 <SEP> 1,120 <SEP> 2,25
<tb> 120 <SEP> 0,465 <SEP> 1,025 <SEP> 2,20
<tb> 150 <SEP> 0,434 <SEP> 0,968 <SEP> 2,18 Wie man aus diesen Tabellen ersieht, stimmen die Gewichtsverhältnisse Schrot: Kupfer für dieselben Korngrössen jeweils überein oder liegen: doch nahe beieinander.
Diese Verhältnisse brauchen nicht etwa genau eingehalten zu werden, um gute Werkzeuge zu ergeben, sondern es hat sich bei Versuchen gezeigt, dass es genügt, wenn die Verhältnisse innerhalb der in Tabelle 3 angegebenen Grenzen liegen.
EMI0008.0008
<I>Tabelle <SEP> 3</I>
<tb> Grenzwerte <SEP> des <SEP> Gewichtsverhältnisses
<tb> <U>Schrot:</U> <SEP> Kupfer
<tb> Körnung <SEP> des <SEP> Schrotes <SEP> Gewichtsverhältnis
<tb> (Siebnummer) <SEP> Schrot <SEP> : <SEP> Kupfer
<tb> Höchstwert <SEP> Mindestwert
<tb> sehr <SEP> fein <SEP> und <SEP> fein
<tb> (240-100) <SEP> 2,5 <SEP> 1,7
<tb> mittelfein:
<SEP> (80-60) <SEP> 3,5 <SEP> 2;6
<tb> mittel <SEP> (46) <SEP> 6,0 <SEP> 3,2
<tb> grob <SEP> bis <SEP> sehr <SEP> grob
<tb> (36-16) <SEP> 6,3 <SEP> 4,3 <I>Beispiel 1</I> Eine 0,8 mm dicke Scheibe aus weichem Stahl mit 213 mm Durchmesser wurde auf einer Seite gleichmässig mit 6,7g Hartlot gemäss obigem Rezept 2 besprüht. Sodann wurden etwa 14 g Schrot aus gesintertem und zementiertem Wolframkarbid mit Siebnummer 36 gleichmüssig über die besprühte Fläche gestreut und mittels einer hölzernen Scheibe eingedrückt.
Die Stahlscheibe wurde sodann durch einen Brennofen geschickt, in dessen Vorwärmzone die Temperatur von 200 bis 1040 C anstieg, in dessen Hartlötzone die Temperatur 1120 C und in dessen Kühlzone sie 95 C betrug. Die Durchsatzzeit betrug etwa 16 Minuten, deren grösster Teil auf die Kühlzone entfielen. Während des Hartlötvorganges wurde im Ofen eine exotherme Schutzatmosphäre bekannter Zusammensetzung aufrechterhalten. Man liess die Scheibe nunmehr bis auf Zimmertemperatur abkühlen., und nachdem sie noch gerichtet worden war, war sie gebrauchsfertig.
<I>Beispiel 2</I> Eine 3,2 mm dicke Scheibe mit 200 mm Durch messer erhielt auf ihren Rand- 0,4 g Hartlot aufge bürstet. Sodann wurde etwa 1 g Schrot mit Siebnum mer 36 aus zementiertem, gesintertem Wolfram karbid gleichmässig über die so vorbereitete Umfangs fläche verteilt und mittels einer weichen Holzrolle eingedrückt. Alsdann wurde die eine Seite der Scheibe unter Aussparung eines zur Scheibe konzen trischen Kreises mit 76 mm Durchmesser mit etwa 3,7 g Hartlot gemäss obigem Rezept 2 besprüht. Nun mehr wurden etwa 11 g Schrot mit Körnung Nr. 36 über die so vorbereitete Fläche gestreut, und die Splitter wurden mittels eines steifen Papiers einge drückt.
Die Scheibe wurde alsdann durch einen Brennofen mit gleicher Temperaturverteilung wie beim Beispiel 1 geschickt. Die Durchsatzzeit betrug etwa 28 Minuten, die grösstenteils auf die Kühlzone entfielen, und auch hier arbeitete man mit einem exo thermen Schutzgas während des Hartlötprozesses. Nachdem die Scheibe auf Zimmertemperatur abge kühlt war, wurde ihre zweite Seite bis auf einen Innenkreis mit 76 mm Durchmesser mit etwa 3 g eines Hartlotes nach Rezept 2 besprüht, und über diese Fläche wurden alsdann etwa 4,8 g Schrot eines zementierten und gesinterten Wolframkarbides Nr. 80 gestreut.
Nach dem Eindrücken der Splitter wurde die Scheibe nochmals, wie oben beschrieben, durch den Ofen geschickt und nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur gerichtet. Die so erhaltene kombi nierte Säge-, Grob- und Feinschmirgelscheibe ist damit fertig zum Gebrauch zum Bearbeiten von Werkstücken aus Holz, Sperrholz oder Plastic.
Folgende Arten Werkzeuge wurden gemäss dieser Erfindung hergestellt: Schwingplatten für maschinelle Verwendung und Schleifklötze für Gebrauch von Hand, rotierende und schwingende Stäbe und Rohre für maschinellen Gebrauch, Feilen für maschinellen und Handgebrauch, Sägedraht für Laubsägen, ein seit!,- bestreute Scheiben zum Aufkleben auf eine maschinell angetriebene Grundplatte einer Teller- schleifmaschine, zweiseitig und am Rand mit Split tern gleicher oder verschiedener Korngrössen besetzte Scheiben, biegsame Schmirgelscheiben (grob, fein oder kombiniert),
Bänder und Streifen verschiedener Breiten und Längen zum Aufspannen auf zylindrische Trommeln für Holz-, Leder-, Plastncbearbeitung und dergleichen und endlose Schleifbänder. Es lassen sich somit al!l.e bekannten Werkzeuge zur Holzbearbeitung durch Schmirgeln und, Schleifen nach dieser Erfin dung herstellen.
Cutting tool and method for its production The invention relates to a cutting tool and a method for its production. The tool can be used in its various embodiments for sawing, parting and smoothing surfaces.
In the wood, leather and plastic processing industry and in related branches of industry, there are different types of tools for shape-changing processing and smoothing surface treatment. A well-known example of the first type is a saw for wood, which is made of steel and the edge of which is a series of pointed teeth with sharp edges. Cutting are cut out.
For surface smoothing, on the other hand, tools with a grinding or scouring effect are used almost exclusively. These tools of the second type grind, sand or scrub away the top layer of material and thus achieve the desired smoothness.
The present invention is applicable to both types of tools, both for form-changing and surface-finishing Be processing, but in both cases a cutting effect is to be exerted on the material, because cutting tools are more powerful and yellow, surface finishes that match those that were obtained with known tools.
In almost all wood, leather, plastic and similar work, the service life of the tools plays an important role in the processing costs. Shape-changing tools known to date are satisfactorily long-lived, although it also happens with them that they wear out quickly and often have to be replaced, undesirably. When it comes to surface treatment, however, this difficulty becomes much more unpleasant.
For such tools one mainly uses crushed sand or aluminum oxide (corundum, emery), the splinters of which are sprinkled on the work surface of the tool and held in place by leaning or a similar binding agent: sandpaper, emery cloth, garnet paper, etc. Similar abrasive or grinding tools are also used in machines such as the well-known sandpaper and belt grinding machines.
With all these devices, the abrasive surface wears out quickly, resulting in a noticeable effort in replacing used tools or their effective abrasive coating, even if sandpaper and similar materials are not particularly expensive as soon as the total operating costs are put together. In addition, some of the known abrasives are not very effective, especially if you are using tough or hard materials, e.g.
B. hardwood or hard and tough plastic,; wants to smooth.
The cutting tool according to the invention is now intended to avoid the disadvantages of known tools, through a relatively long service life and high performance, and through the resulting improved economy. It has a metal core and is characterized in that its working surface is covered with a single layer of metal carbide grains as a cutting body,
and that these corpuscles are connected to the working surface by a brazing layer, the effective thickness of which is less than half the average height of the corpuscles.
The method according to the invention is characterized in that a layer of powdered brazing solder is applied to the working surface of the core, a layer of metal carbide grains is spread over it and the core prepared in this way is heated in a non-oxidizing atmosphere in order to braze the carbide grains hard onto the core.
In the drawing, some Ausführungsbei games of the tool according to the invention are shown, and based on these examples and some additional drawings to explain the attachment and the cutting angle of the carbide grains will be described in the following the tool and the method for its manufacture.
Fig. 1 is a view of a first tool. Fig. 2 is a cross section through a second work <I>. </I>
Figures 3, 4 and 5 are perspective views of three other tools.
6 is a greatly enlarged plan view of a work surface with cutting bodies.
7 is an enlarged cross section through an exemplary embodiment of the tool according to the invention.
FIG. 8 is a cross-section corresponding to FIG. 7 through a tool of known type.
Fig. 9 is a graph for comparing a tool according to the invention with such a known type, and Figs. 10 to 12 are schematic. Illustrations to explain the various ways in which savings withdrawals work.
In Fig. 1 is an embodiment of the inven tion according to the invention. Tool for surface smoothing shown. The tool 20 is disc-shaped with a flat work surface 21 and a central hole 22 in order to: place the tool 20 on the shaft of a grinding or emery machine.
Cutting bodies or abrasive grains 23 are distributed in large numbers on the working surface 21 with a very wide spread, that is to say the cutting bodies 23 protrude far from one another and cover only a fraction of the working surface 21 overall.
As a scatter density, the ratio of the total covered by the cutting bodies 23 part of the work surface 21 to the entire work surface 21 can be defined; this spreading density should be rather low in order to produce a good cutting effect, as will be explained below :. The scattering density is preferably chosen to be 200/9 or lower; A distribution with a spreading density of slightly less than 100 / a has proven to be best.
The cutting bodies 23 of the disc 20 are not be made of an abrasive, such as aluminum oxide, garnet or sand splinters that were previously used for grinding discs of this type wound. Much more is used for this purpose, shot of a metal carbide, the grains of which have sharp cutting edges and shell-shaped surfaces in contrast to the more blunt or rounded edges of the aluminum oxide or the irregularly jagged sand:
. For example, splinters or fragments of tungsten, silicon or bon carbide. Which carbide you choose depends largely on the task for which the tool is intended, in particular on the hardness and machinability of the workpieces. Tungsten carbide is noticeably harder than silicon carbide and is therefore suitable for working harder materials; Boncarbide is harder and tougher than both of the carbides mentioned, but more difficult to process and somewhat more expensive.
For most purposes, tungsten carbide is the ideal abrasive grain and, except in special cases, this material is used.
The cutting bodies 23 are bound to the working surface 21 of the grinding wheel 20 by a thin layer of hard solder metal. As will be explained in more detail below with reference to FIGS. 7 and 8, the grains 23 are not embedded in the braze, but the contact surface and binding of the metallic core with the abrasive grains 23 be practically limited to their undersides; To be more precise: the effective thickness of the brazing layer is considerably smaller than half the average height of the abrasive grains 23 and is preferably less than a tenth of that height. The effective thickness wind refers to the height Abis to which the hard solder on the grains 23, z.
B. by adhesion, and which is decisive for the strength of the bond. In the special applications of the manufacturing process described below, the thickness of the brazing layer is only about 2 to 5% of the average abrasive grain height and can be absent in the spaces between the grains 23 at all. The best hard solder metal is very pure copper; however, silver alloys and other hard solders can also be used.
The abrasive grains 23 can be distributed quite arbitrarily on the work surface 21, as indicated for the sector 24 of the disc 20. But you can also arrange them according to a regular pattern, such as. B. from sectors 25 and 26 ersicht Lich. It goes without saying that, as a rule, the distribution of the grains 23 will be chosen to be uniform for a specific disc 20 and the arrangements indicated for the sectors 24, 25 and 26 will not be used on the same tool.
The grinding wheel can be used for a conventional grinding device, e.g. B. use a so-called sandpaper or emery sanding machine. The smoothness of the machined surface depends primarily on the grain size of the abrasive grains 23. You can choose these according to the known sieve numbers from mesh size No. 16 for coarser to No. 240 for fine grinding wheels.
For each work surface of a particular tool, it is of course preferable to use only abrasive bodies: the same grain size. In this context, it should be noted that for grinding a surface with a certain surface quality, the abrasive grains 23 should be chosen to be somewhat finer than the splinters of the conventional composition, e.g. B.
for sand or emery paper. FIG. 2 shows in cross section a disk-shaped tool 30 which in some respects is similar to the grinding wheel shown in FIG. 1, but is designed in such a way that it can be used for both grinding and sawing. The tool possesses a steel disk 31 as the core and support of the working surfaces, namely two flat surfaces 32 and 33 and a cylindrical peripheral surface 34.
On the surfaces 32 and 33 abrasive grains 35 and 36 are the same composition and bond, as: this was described for the grains 23 of the disc 20, attached with more or less space. In addition, a layer of abrasive grains 37 of the same composition standing quite far apart is brazed on .the circumferential surface 34.
The grain size does not have to be the same for all abrasive grains 35-37. Rather, z. B. the grains 36 significantly finer than the grains 35, and these can again be finer than the grains 37. In this way, a tool 30 with a very wide range of applications is obtained. If it is set in rotation by means of the shaft 39, it can be used as a circular saw for wood, the grains 37 coming into effect on the circumference 34; The surface 32 with the grains 35 can be used for coarse sanding, and the finer grains 36 on the surface 33 are suitable for surfaces of the same or another workpiece that are to be finely ground.
The grains 35 -, and 36 also prove useful when sawing, in that they smooth the end faces of the cut in the same operation. The tool is also ideally suited for elongating holes and grooving.
Another important advantage of the combined saw and surface grinding tool is its low risk of accidents for the worker. If this should come into contact with the abrasive grains 37 on the circumference 34 with a finger or another part of the body, only a relatively moderate injury occurs because the tool 30 tries to throw away a soft object and only scratches the surface. For this reason, the tool 30 is much safer, especially when working at home or in class, than steel circular saws that have been used up to now for wood, plastic, leather and the like.
The tools 20 and 30 of FIGS. 1 and 2 have another advantage that is very important for the Arbeitsge speed: is particularly important. The metallic bond of the carbide grains with the steel base results in very good thermal conductivity for dissipating the heat from the abrasive grains to the support element. This allows much higher Arbeitsge speeds than with known tools, without scorching the workpiece, and enables considerably greater performance.
3 shows a further embodiment of the tool according to the invention. The square file 40 has a square steel prism 41 with working surfaces 42 and 43, on which metal carbide splinters 44 are distributed and attached the same as the abrasive grains described above. Like the known files, the file has a handle 45 and can also be used like this.
It should be noted, however, that the life of the file 40 is considerably longer than that of a conventional serrated tool steel file, and that the numerous working edges that the splinters 44 have are much more effective than file serrations, mainly : because they do not require a specific cutting direction.
Fig. 4 shows another file-like tool with a tapered rotary body 51 made of steel as a support for the work surface. As in the application examples described earlier, the work surface is covered with brazed metal carbide splinters 52, and the tool 50 can be provided with a handle 53 to use it like a round file, e.g. B. to edit: curved surfaces to be able to use.
As a further exemplary embodiment, a tool 60 is shown in FIG. 5. This contains a resilient metal strip 61, preferably made of thin sheet steel, which is bent at its ends so that it can be attached to a conventional sanding block, the overall outline of which is indicated by a dot-dash line 62.
The underside 63 of the metal strip 61 is the working surface and is coated with a thin layer of brazing metal, preferably copper, which: serves to fasten abrasive grains 64 to the working surface 63 of the sanding block 61; the abrasive grains are again fragments of tungsten, silicon or bon carbide ! into consideration who = ches is wettable by the brazing metal.
Here, too, the thickness of the brazing layer is preferably chosen to be only a small fraction of the average abrasive grain height.
As in the other exemplary embodiments of the invention, the individual abrasive grains 64 are distributed with a relatively large gap on the working surface 63 of the tool 60, namely the scattering density, as defined above, is preferably selected to be 15% or less, which is with In other words, it says, for example, that the grains should be separated from one another by a distance that corresponds to about twice their diameter.
Such a distribution is shown in an enlarged view in FIG. 6, which shows a section of any working surface 22, 32, 33, 42, 51, 63 of the tools shown in FIG. 1 and shows abrasive grains 66 which have a work surface designated here by 67 are brazed on.
The distribution is chosen here as an arbitrary one, i.e. not according to a specific pattern, so that the distances of each grain from:
the neighboring grains 66 can fluctuate to a considerable extent, but could, as has been explained in connection with the grinding wheel 20 shown in FIG. 1, within the scope of the invention also a surface pattern with, equal or regular intervals between neighboring grains 66 for distributing the grains 66 are complied with,
which is a bit more expensive to manufacture, but would make do with a little less grain 66. Which distribution you choose depends primarily on whether the material or manufacturing costs are more significant. In certain cases, the somewhat stronger grinding effect can speak in favor of a regular arrangement.
Fig. 6 also gives an idea of the shape of the abrasive grains 66, each of which has a large number of sharp cutting edges. The shell-shaped facets of the carbide shot also contribute to a high cutting performance, as will be described in more detail below.
Fig. 7 is a greatly enlarged section through a tool according to the invention and can be viewed as a section of any of the embodiments shown in FIGS. 1 to 5. As can be seen from the drawing, the abrasive grains 70 are located above the working surface 71 of a metal tool body 72.
The carbide splinters serving as abrasive grains 70 are very firmly bonded to the working surface 71 by a very thin layer 73 of brazing metal, and indeed the layer can actually be even thinner than shown here in relation to the grain size of the abrasive grains 70 The thickness is typically about 2 to 5% of the mean height of the abrasive grains 70.
The hard solder must wet the carbide splinters in order to establish a firm bond and therefore has the inclination, apart from the underside of the splinters directly adjacent to the surface 71 of the tool body 72, and the side surfaces up to a certain height to cover, as indicated by the number 74. But even if this height is taken into account, the thickness of the brazing alloy 73 is much less than the total height of the carbide grains 70 and therefore cannot noticeably impair the effectiveness of the cutting surfaces and cutting edges.
It is entirely permissible to interrupt the brazing layer between the abrasive grains, as indicated by the gap 75.
The importance of the structure shown in FIG. 7 can be easily understood by comparing it with FIG. 8, in which the previously. Customary bond for the working surface of a tool, mostly a metal or other hard material, is shown. A work surface 81 of a steel tool body 80 carries a large number of grinding, emery or cutting particles 82; but these are connected to the working surface 81 by a relatively thick layer of a binding metal 83 in which the particles 82 are embedded except for the outermost tips.
Furthermore, the particles are usually arranged much closer to one another than in the embodiments according to the invention. A tool of the known type is therefore less effective sam in use and has a shorter life than a tool designed according to FIG. The close arrangement of the particles 82 impairs their effectiveness and, in certain applications, the spaces between the particles 82 can easily become clogged.
The thick metal layer 83 has the disadvantage of restricting the cutting ability to the outermost tips of the particles 82, the service life to a fraction of that which would be achievable if the particles 82 practically their full height above the Working surface 81 would protrude, as is the case in FIG. 7 for the grains 70 opposite the surface 71.
The previously usual bond, as indicated in FIG. 8, in which the cutting particles 82 are almost completely embedded in the metal layer 83 or in the tool body 80 itself, does not hold the particles 82 more firmly than it does the binding according to FIG. 7 is the case, firmly on the base body. At least in some cases, the embedding of the particles 82 can lead to the undamped transmission of shock-like loads and thereby accelerate the loosening and loss of the particles 82.
In some applications, the bond between the tool body 72 and the body 70 of a tool manufactured according to FIG. 7 proves to be more resistant than the grains 70 themselves, so that when overloaded, the carbide grains 70 break rather than theirs. Tearing off the tool body 72 comes. From this it is easy to see that the production method according to FIG. 7 results in a significantly longer service life than according to FIG. 8, which is then accompanied by a noticeable improvement in the machining performance.
Fig. 9 shows a comparison of the cutting performance and the service life of grinding tools, which were designed according to the invention, with Gra nat-, aluminum oxide and silicon carbide coatings, as they have been used previously. The measurement results presented graphically were obtained with disk-shaped grinding tools, similar to disk 20 in FIG. All tools compared with one another had abrasive grains of approximately the same grain size, and in tests alone, oak wood was processed at a circumferential speed of around 23 m / sec and a pressure of around 1.7 kg / cm2. In Fig. 9, the secondary feed is plotted as a function of the total feed achieved in each case.
It can be seen from curve 90 that the feed rate of the usual aluminum oxide coating decreases rapidly in the course of the experiment; the disk is in a state at point 91 which practically means the end of its service life. The curve 92 is similar, which shows the influence of the advancing wear on the sweeping speed of a conventional wheel with a garnet abrasive coating.
The point 93 indicates the end of the useful life. Curve 94 shows the course of an experiment with a corresponding disk reinforced with silicon carbide fragments, the service life of which was practically over at point 95. In contrast, curve 96 shows the behavior of a grinding wheel according to the invention, as shown in FIG. 1 as wheel 20. The end of the useful life that can be used in practice is indicated by a point 97.
As can be seen from this curve 96, the initial cutting performance of the disk 20 is much greater than that of the known emery disks mentioned above, namely approximately twice as great. In the course of the experiment, the feed rate fell much more slowly than with the known disks, and the increase in service life was 100 to 500 times.
It can be seen from these tests that the disk designed according to the invention was, despite the higher acquisition costs, much cheaper because of its extended service life in operation. This is further promoted by the fact that the operating costs are influenced by the waiting times for changing the tools in many ways, just as much as by the average service life and the acquisition costs of these tools.
10 to 12 schematically show the surface treatment types by grinding, scrubbing and cutting. In the arrangement according to FIG. 10, there are loose abrasive grains 100 between a pressure plate 101 and a workpiece 102 with a rough, rough surface 103. The grains <B> 100 </B> are brought into Be by pressure on the plate 10e1 with the surface 103 held; and the plate <B> 101 </B> and the: workpiece 102 perform a movement relative to one another that produces the grinding effect.
The combination of pressure and movement causes small pieces of the workpiece 103 to break out superficially, as indicated by the dashed line 104. These chips are usually larger than the abrasive grain 100.
The abrasion according to FIG. 11 is caused by a sharp splinter 110, which is guided under pressure across the rough processing surface 111 of a workpiece 112. A fairly smooth surface is obtained if the splinters 110 have a high scatter density in order to smudge the line pattern that would otherwise remain on the finished surface. This type of processing results from sandpaper and similar abrasive carriers. Use instead of the splinters 110 body with more of the grain, z.
B. an abrasive made of aluminum oxide, the effect can be set that abraded particles of the workpiece are lifted from the prongs and, as indicated by the arrows 113, transported into the bulges between the prongs, which then; Pieces from the processing surface 111 can be torn out.
In contrast, FIG. 12 shows two cutting grains 120, each of which has at least one cutting edge or cutting surface 121 which acts on the rough Bear processing surface 122 of a workpiece 123. When the cutting surfaces 121 move past the surface 122, they cut or shear off the tips of the projections of the machining surface 122, as indicated by the lines 124, and in the process smooth the workpiece 123 in the shortest possible time with very little loss of material and the greatest possible amount of work. yield.
With the tools according to this invention, there is now the possibility of exerting this cutting action on the workpieces instead of grinding or scraping them off, as shown in FIGS. 10 and 11, which does not rule out that a certain grinding effect is also associated with it. It can be assumed that the variation in the manner in which the surface roughness is removed is in many cases the main reason why the present tools are so much more effective than previously known.
To produce the tools according to the invention, one proceeds appropriately as follows: First, an extremely thin layer of hard solder is applied to a tool body, which is usually made of steel. Degreasing and sandblasting are used to; thoroughly clean the surface and remove all traces of oxide that could impair brazing. The braze can be applied as a metal or initially as a metal oxide. will. A part or all of the brazing metal can be z.
B. apply by electrodeposition or as a chemical precipitation rule. Preferably you will use the braze as a metal or Metalloxyddisper very fine particles in a volatile carrier, eg. B. polyvinyl acetate, glycerine, ethyleneclocyl or methyl cellulose apply.
You can now sprinkle the metal carbide shot onto the work surface of this tool. There are several ways to do this, e.g. B. by means of a shaking or vibration device, by sucking up and depositing means; an air flow, an electrostatic process or a combination of these distribution methods. The simplest and in every respect, at least in the production in small NEN series, proven method is to sprinkle the carbide particles from a shaker on the work surface; so z.
B. use an ordinary salt spreader quite well. For mass production it will of course be worthwhile to set up an efficient device to distribute the shot in a single layer on the work surface.
If the shot has also been applied, it must be pressed through the hard photo coating until it comes into contact with the tool body, for example by rolling or pressing under light pressure.
This process step has a double purpose: it levels out the shot so that a uniform work surface is created, and brings out flat facets of the individual grains, which can be seen as.
Stand surfaces are suitable for: leaning on the tool body. It goes without saying that when rolling or pressing one must be careful not to lift or damage any pellets. With a Wellhosz run over the scrap with light pressure or with a light push in with a stiff piece of paper, you get quite satisfactory results.
It is not essential that the layer of hard solder or metal oxide is applied first, and you can also proceed in such a way that you first scatter the shot and only then cover the work surface with a suspension containing the metal or metal oxide. In; In this case, however, it is advisable to use a slightly adhesive, volatile material, e.g.
B. apply ethylene glycol or polyvinyl acetate as a thin film to hold the shot in place. If you apply the metal or metal oxide suspension before sprinkling the shot, it fulfills at the same time. also this purpose.
After the hard solder and the cutting bodies have been applied to: the work surface, the tool body is heated. The volatile carrier gradually evaporates until the dispersant has completely disappeared. In order to avoid slipping of the carbide grains relative to the working surface of the tool even after the dispersion medium has evaporated, this medium should only evaporate at a fairly high temperature when the copper, copper oxide or other braze is already at a correspondingly high temperature. So you can successfully initiate a sintering process in the braze, which creates a sintered metal or metal oxide structure that holds the carbide particles in the desired position.
If you continue to heat the tool, the braze will be brought to the melting temperature. When the braze reaches its liquid state, it wets: the tool body and the carbide shot and, on cooling, creates an effective brazed joint between them which is very strong and, as stated above, can be stronger than the carbide particles themselves.
Because the braze wets the carbide particles, it can tend to collect in the areas immediately adjacent to these particles. This effect can lead to the solder becoming thinner on parts of the work surface or the brazing film even pulling back completely from these parts. Excessive agglomeration: or puddling of the hard solder should, however, be avoided, because it is not desirable that larger piles of solder surround the abrasive grains.
It is therefore important to only apply enough hard solder to the tool body so that the hard solder layer on the work surface is not too thick.
The heating process, which drives out the suspension medium for the hard solder, and the subsequent further heater, which connects the hard dead on the one hand with the tool body and on the other hand with the carbide grains, should take place in a non-oxidizing atmosphere. If you use metallic copper, it is absolutely necessary to use a reducing shielding gas, and such a measure is recommended, even when choosing a different braze for this section of the manufacturing process.
If metallic copper is used as the starting material for brazing, it is highly recommended to add a flux to the suspension, e.g. B. a little borax anhydrite. It is preferable to use a continuous furnace or a furnace with a conveyor belt, which has a preheating zone (200 to 1040 C), a brazing zone (above 1100 C) and an afterglow or cooling zone (e.g. 95 C). A non-oxidizing or reducing atmosphere is maintained in the furnace in order to avoid the decarburization of the carbide grains and the oxidation of a metallic brazing alloy. For brazing with copper, it is advisable to work at temperatures above 1080 ° C (e.g. at <B> 1090 </B> to 1120 C).
In a continuous furnace, the speed is set according to the length of the individual zones, the material to be fired and its quality class, as well as according to the hard solder so that the correct treatment is achieved in each zone.
How you apply the copper, copper oxide or other hard solder suspension to the working surface of the tool is of no further importance. So was z. B. in commercial production, the suspension is sprayed on quickly and with good success by means of a spray gun; but you can also use a different application method, such as driving the silk screen, brushing, rolling, spatula or dipping. There is also a choice of numerous suspending agents, as long as certain requirements are met. The suspension medium must evaporate without residue when it is heated, because it should be completely expelled before the brazing is finished.
If you prefer, you can use a carrier which breaks down into vaporous components. In addition, there must be no chemical reaction between the brazing agent and the suspending agent or a component developed by the latter under the action of heat, which could somehow interfere with the brazing process. Ethylene glycol and polyvinyl acetate e.g. B. are typically suitable suspending agents.
The proportion of the suspension components is not too important. So you got good work tools with suspensions in which about 70 wt.% Copper metal or copper oxide powder in 30 wt.% Ethylene glycol were suspended, and these parts could be changed widely, for. B. in the ratio of 80 to 40 or 60 to 40 wt.% Brazing powder to suspending agent.
Here are some recipes for the brazing powder suspension:
EMI0006.0057
Recipe <SEP> 1 <SEP> wt.%
<tb> copper oxide powder <SEP> 78.8
<tb> ethylene glycol <SEP> 21.2
<tb> <I> Recipe <SEP> 2 </I>
<tb> copper oxide powder <SEP> 67.5
<tb> ethylene glycol <SEP> 32.5
<tb> <I> Recipe <SEP> 3 </I>
<tb> copper oxide powder <SEP> 67.5
<tb> ethylene glycol <SEP> 21.2
<tb> water <SEP> 11.3
EMI0007.0000
Recipe <SEP> 4 <SEP> wt.%
<tb> copper <SEP> (pure <SEP> metallic <SEP> powder,
<tb> grain size <SEP> 0.3 <SEP> mm <SEP> and <SEP> finer) <SEP> 70
<tb> polyvinyl acetate <SEP> 30
<tb> <I> Recipe <SEP> 5 </I>
<tb> copper <SEP> (run <SEP> metallic <SEP> powder,
<tb> grain size <SEP> 0.3 <SEP> mm <SEP> and <SEP> finer)
<SEP> 60
<tb> Polyvinyl acetate <SEP> 40 Suspensions composed according to these recipes are partly commercially available and yellow very useful results. They can be easily diluted by adding water or a mixture of water and ethylene glycol. So z. B. a suspension that has the right viscosity for a coarse grain, must be diluted: if you want to use it for extremely fine grain. For spraying on you also need suspensions with a lower viscosity than for application by spatula.
You can also connect the brazing material with the carbide grains before distributing these grains over the working surfaces of the tool. For this purpose, the carbide particles are mixed thoroughly with the powdered braze and a suitable, volatile suspending agent, e.g. B. ethylene glycol, whereupon the mixture of usually pasty texture is dried. The coated grains can now be scattered over the work surface of a work tool body or otherwise distributed, preferably in a powdery state, whereupon the tool is heated to braze the carbide particles hard to the work surface, as described above.
In the course of this process, most of the solder becomes liquid and runs down from the carbide particles, which ultimately results in a product which essentially corresponds to that which is obtained by the previously described method. A very thin copper film can remain on the free surfaces of the carbide particles, but this is rubbed off the first time the tool is used. If; if you first coat the carbide particles with solder, it may be advisable to first cover the work surface:
of the tool. be covered with an adhesive and volatile layer to hold the particles in place during the soldering process. Here, too, one may only use an agent that is completely volatilized during the course of the manufacturing process when heated.
The shot of sintered and cemented tungsten carbide, which is preferred for the carbide grains, looks dull gray or slate-like, and the surfaces of the splinters are characterized by numerous, sharply jagged edges, facets and points, while smooth or round areas are missing. Such tungsten carbide is hard, tough and wear-resistant, and thanks to its sharp cutting edges it has excellent machining properties.
For the purposes of the present invention, shot made of sintered and cemented tungsten carbide, which contains 4 to 20% by weight of cobalt as a binding or binding agent, has proven itself. Such material is obtained by mixing tungsten carbide powder with pulverized cobalt or cobalt oxide or a mixture of these two additives, for example in a ball mill, until complete mixing is achieved and each tungsten carbide grain is covered with a cobalt coating.
This intimate mixture is sieved to break up lumps, and the sieved powder is pressed into molds in which it is treated during sintering. This is done in a sintering furnace in a hydrogen atmosphere at temperatures above 1500 C. After sintering, the sintered bodies are coarsely ground and the grist is sieved and sorted according to grain size or sieve number. The less cobalt you use to make the shot, the harder the abrasive becomes and vice versa; This creates a whole range of degrees of hardness; according to which one can select the most suitable shot for the respective purpose. If one intends z.
If, for example, a hard material is to be treated superficially with low contact pressure, shot with a high degree of hardness is used; if you want to d'age'gen from tough materials; remove larger amounts, it is better to use softer and therefore tougher tungsten carbide @ shot.
In the following tables 1 and 2 it is indicated how the ratio of the copper weight to the shot weight is best chosen.
EMI0007.0044
<I> Table <SEP> 1 </I>
<tb> Weight ratio <SEP> between <SEP> copper <SEP> and <SEP> shot
<tb> made of <SEP> cemented <SEP> Wolfraan carbide
<tb> Loose <SEP> distribution <SEP>. (wide <SEP> distribution)
<tb> shot <SEP> copper <SEP> shot <SEP> weight ratio
<tb> No. <SEP> g / dm2 <SEP> g / dm2 <SEP> shot <B>: </B> <SEP> copper
<tb> 16 <SEP> 0.713 <SEP> 4.03 <SEP> 5.65
<tb> 24 <SEP> 0.589 <SEP> 3.10 <SEP> 5.27
<tb> 30 <SEP> 0.496 <SEP> 2.56 <SEP> 5.16
<tb> 36 <SEP> 0;
418 <SEP> 2.02 <SEP> 4.83
<tb> 46 <SEP> 0.356 <SEP> 1.425 <SEP> 4.00
<tb> 60 <SEP> 0.294 <SEP> 0.945 <SEP> 3.21
<tb> 80 <SEP> 0.264 <SEP> 0.760 <SEP> 2.88
<tb> 100 <SEP> 0.24.8 <SEP> 0.558 <SEP> 2.25
<tb> 120 <SEP> 0.217 <SEP> 0.480 <SEP> 2.21
<tb> 150 <SEP> 0.202 <SEP> 0.434 <SEP> 2.15
<tb> 180 <SEP> 0.202 <SEP> 0.403 <SEP> 2.00
<tb> 220 <SEP> 0.186 <SEP> 0.372 <SEP> 2; 00
<tb> 240 <SEP> 0.170 <SEP> 0.341 <SEP> 2.00
EMI0008.0000
Table <SEP> 2
<tb> Weight ratio <SEP> between <SEP> copper <SEP> and <SEP> shot
<tb> made of <SEP> cemented <SEP> carbide
<tb> density <SEP> distribution <SEP> (narrow <SEP> spread)
<tb> shot <SEP> copper <SEP> shot <SEP> weight ratio
<tb> No. <SEP> g / dm2 <SEP> g / dm2 <SEP> shot:
<SEP> copper
<tb> 24 <SEP> 1.150 <SEP> 6.20 <SEP> 5.40
<tb> 30 <SEP> 1.005 <SEP> 5.27 <SEP> 5.24
<tb> 36 <SEP> 0.868 <SEP> 4.03 <SEP> 4.65
<tb> 46 <SEP> 0.744 <SEP> 2.98 <SEP> 4.00
<tb> 60 <SEP> 0.651 <SEP> 2.10 <SEP> 3.22
<tb> 80 <SEP> 0.590 <SEP> <B> 1 </B>, 705 <SEP> 2.90
<tb> 100 <SEP> 0.496 <SEP> 1.120 <SEP> 2.25
<tb> 120 <SEP> 0.465 <SEP> 1.025 <SEP> 2.20
<tb> 150 <SEP> 0.434 <SEP> 0.968 <SEP> 2.18 As you can see from these tables, the weight ratios of shot: copper for the same grain sizes are the same or are close to one another.
These relationships do not need to be strictly adhered to in order to produce good tools, but tests have shown that it is sufficient if the relationships are within the limits given in Table 3.
EMI0008.0008
<I> Table <SEP> 3 </I>
<tb> Limits <SEP> of the <SEP> weight ratio
<tb> <U> shot: </U> <SEP> copper
<tb> Grain size <SEP> of the <SEP> shot <SEP> weight ratio
<tb> (sieve number) <SEP> shot <SEP>: <SEP> copper
<tb> maximum value <SEP> minimum value
<tb> very <SEP> fine <SEP> and <SEP> fine
<tb> (240-100) <SEP> 2.5 <SEP> 1.7
<tb> medium fine:
<SEP> (80-60) <SEP> 3.5 <SEP> 2; 6
<tb> medium <SEP> (46) <SEP> 6.0 <SEP> 3.2
<tb> coarse <SEP> to <SEP> very <SEP> coarse
<tb> (36-16) <SEP> 6,3 <SEP> 4,3 <I> Example 1 </I> A 0.8 mm thick disc made of soft steel with a diameter of 213 mm was evenly cut with 6 on one side , 7g hard solder sprayed according to recipe 2 above. About 14 g of sintered and cemented tungsten carbide with sieve number 36 were then sprinkled evenly over the sprayed area and pressed in with a wooden disc.
The steel disc was then sent through a kiln, in the preheating zone of which the temperature rose from 200 to 1040 C, in the brazing zone the temperature was 1120 C and in the cooling zone it was 95 C. The throughput time was around 16 minutes, most of which was spent on the cooling zone. During the brazing process, an exothermic protective atmosphere of known composition was maintained in the furnace. The pane was then allowed to cool down to room temperature, and after it had been straightened it was ready for use.
<I> Example 2 </I> A 3.2 mm thick disc with a 200 mm diameter was brushed on its edge with 0.4 g of hard solder. Then about 1 g of meal with sieve number 36 made of cemented, sintered tungsten carbide was evenly distributed over the circumferential surface prepared in this way and pressed in with a soft wooden roller. Then one side of the disc was sprayed with about 3.7 g of hard solder according to recipe 2 above, leaving out a circle concentric to the disc with a diameter of 76 mm. Now about 11 g of no. 36 grit was scattered over the surface prepared in this way, and the splinters were pressed in using stiff paper.
The disk was then sent through a kiln with the same temperature distribution as in Example 1. The throughput time was around 28 minutes, most of which was spent in the cooling zone, and here, too, an exothermic protective gas was used during the brazing process. After the disc had cooled to room temperature, its second side was sprayed with about 3 g of a brazing alloy according to recipe 2, except for an inner circle with a diameter of 76 mm, and about 4.8 g of shot of a cemented and sintered tungsten carbide No. 80 scattered.
After the splinters had been pressed in, the pane was passed through the oven again as described above and, after cooling to room temperature, was straightened. The combined saw, coarse and fine sanding disc obtained in this way is ready to be used for processing workpieces made of wood, plywood or plastic.
The following types of tools were manufactured according to this invention: vibrating plates for machine use and sanding blocks for hand use, rotating and vibrating rods and tubes for machine use, files for machine and hand use, saw wire for jigsaws, one side!, - sprinkled disks to stick on a machine-driven base plate of a disc grinding machine, discs with splitters of the same or different grain sizes on both sides and on the edge, flexible emery discs (coarse, fine or combined),
Belts and strips of various widths and lengths for clamping on cylindrical drums for wood, leather, plastic processing and the like and endless sanding belts. All known tools for woodworking by sanding and grinding can thus be produced according to this invention.