DE69116073T2

DE69116073T2 - (CBN)-kristallines-Bornitrid-Schleifwerkzeug

Info

Publication number: DE69116073T2
Application number: DE69116073T
Authority: DE
Inventors: Ajay Kumar Chattopadhyay; Hans Erich Hintermann
Original assignee: Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Current assignee: Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1991-10-08
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: EP0480878A2; GB2249513B; DE69116073D1; EP0480878B1; US5129918A; GB9121390D0; EP0480878A3; ATE132415T1; JPH04256580A; GB2249513A; GB9022191D0

Description

In den vergangenen Jahren hat das Schleifen seine Bedeutung gewonnen als ein Materialabtragprozeß für die Formgebung und Abmessungsbestimmung sowohl harter als auch weicher Materialien im Gegensatz zu dem, was in der Vergangenheit als Metallfinish-Operation realisiert wurde, und als ein Prozeß, der an sehr hartem Material auszuführen ist. Um den immer noch zunehmenden Bedarf an verbesserter Produktivität auf dem Gebiet des Schleifens zu erfüllen, sind verschiedene neue Techniken eingeführt und versucht worden. Diese Prozesse suchten grundsätzlich nach hohen Abtragraten mit verbesserter Werkstückqualität und verlängerter Schleifradlebensdauer.
Eines der wichtigsten von den Schleifrädern zu erfüllenden Erfordernisse ist die freie Schneidwirkung. Dies erfordert die Verfügbarkeit von großen Spanfreiheitsvolumen vor einem einzelnen Kristall, was deutlich macht, daß die Lücke zwischen benachbarten Körnern in Richtung des Abtrags weit genug sein sollte. Gleichzeitig sollte das Herausragen des Korns über die Heftung groß genug sein. Zusammen mit diesen Bedingungen ist ein anderes zu erfüllendes Erfordernis, daß die Heftung zwischen Korn und Matrix fest sein sollte, um das Korn über seine brauchbare Lebensdauer zu halten. Das Heftmaterial sollte wünschenswerte mechanische Eigenschaften, wie Festigkeit, Härte, geringe Adhäsion, geringe Löslichkeit in dem Schleifmaterial und Nachgiebigkeitswiderstand während des eigentlichen Schleifens haben.
Das kostengünstigste Verfahren für die Herstellung einer solchen Arbeitsfläche eines Schleifrades ist der bekannte galvanische Prozeß.
Der Prozeß besteht aus der Einbettung der abrasiven Partikel durch galvanischen Auftrag von Metall, wie Ni oder Co, auf einem Stahlsupport (Stahlnabe oder Stahldorn). Bis heute sind galvanische Schleifräder mit Stahldorn der einzige Typ, der bei sehr hoher Geschwindigkeit aus Sicherheitsgründen verwendet werden kann. Er unterliegt jedoch einigen Nachteilen. Für das wirksame Halten des Korns in der Heftung werden die Körner bis zu 60 bis 80% ihrer Höhe abgedeckt, was den Raum für den Spanabtrag verringert. Darüberhinaus ist die Bildung von Grobmaterial in der Form von Nodulen ein übliches Merkmal in der Oberfläche eines solchen Werkzeugs, was weiter den Raum zwischen den benachbarten Körnern verringert. Demgemäß verfehlt das galvanisch geheftete Werkzeug oft, die freie Schneidwirkung anzubieten.
Es ist verständlich, daß ein effektives Heften selbst mit einer geringeren Menge an Binder erfolgen kann, wenn er in seiner Natur chemisch oder metallurgisch ist, wie in der Flüssigphase Heftung oder Hartlötung erhalten. Ein solcher Prozeß ist offenbart in US-Patent Nr. 4,239,502. Ein geeigneter Prozeß besteht darin, zuerst die CBN-Partikel mit einer auf Silber basierenden Legierung zu beschichten, die Oberfläche des Felgenabschnitts des metallischen Rades zu beschichten, und dann die beschichteten CBN-Partikel auf die beschichtete Felge zu klemmen, während Hitze für das Heften einwirkt. Der Hauptnachteil des Prozesses ist die Kompliziertheit bei der Ausführung des Prozesses der Kombeschichtung und für das Erhalten getrennter Körner. Es ist wichtig, daß die Körner voneinander getrennt sind vor dem Hartlöten und nicht als eine Traube von Körnern bleiben sollten. Darüberhinaus werden metallisch beschichtete Körner hohe Kräfte und Temperatur erzeugen als Ergebnis des metallischen Kontaktes während des Schleifens.
Verfahren zum Aufbringen und metallurgischen Heften harter Karbidpartikel auf die Oberfläche eines metallischen Substrats sind in US-Patenten 3,868,235, 3,378,361, 3,615,309, 3,248 189 offenbart. Die Heftmaterialien sind hauptsächlich auf Ni-Cr-Basis beruhende Legierungen, welche andere Elemente enthalten, wie Fe, B, Si, und in den meisten Fällen im Handel erhältlich sind. Es hat sich gezeigt, daß die Einfügung von Mo und Co in diese Legierungen die Heftung verbessert, die durch die Matrix geschaffen wird (US-Patent 3,248,189). Kobalt-Chrom-Wolframlegierungen vom "Stellite"-Typ sind ebenfalls geeignet (US-Patent 3,615,309).
Ein abrasives Diamantwerkzeug mit einer Monoschicht von abrasivem Korn und Verfahren zur Herstellung sind offenbart in US-Patenten 3,894,673 und 4,018,576. Das Verfahren verwendet ohne weiteres erhältliche, sehr harte und dauerhafte Hartlotlegierungen, bei denen sich gezeigt hat, daß sie ohne weiteres unbehandelte Diamantoberfläche benetzen.
Ein anderes Patent (Nr. PCT/US83/01946) lehrt ein Verfahren zum Herstellen eines Einschicht-Abtragwerkzeugs mit Wolfram-Karbidpartikeln. Ein Band von pulverisiertem Hartlotmaterial, gemischt in eine weiche, flexible Matrix, wird zunächst auf einem Stahlsubstrat festgelegt. Später werden abrasive Partikel in das Band eingebettet. Das Werkzeug wird auf eine Temperatur aufgeheizt mindestens gleich der Liquidus-Temperatur des Hartlotmaterials, um die abrasiven Partikel zum Setzen zu bringen, und das Werkzeug wird rapid gekühlt zum Verfestigen des Hartlotmaterials zum Erzeugen einer metallischen Matrix.
Der Nachteil solcher Werkzeuge ist, daß sie nicht für das Schleifen von Stahl verwendet werden können wegen der heftigen Reaktion zwischen dem Arbeitsmaterial und den abrasiven Partikeln, was zu schnellem Verschleiß führt. Darüberhinaus ist das in den genannten Patenten offenbarte Hartlotmaterial offenbar begrenzt auf das Heften von harten Karbid- und Diamantpartikeln. Nichts ist offenbart bezüglich der Verbindung von CBN durch die offenbarten Verfahren oder verwendeten Materialien.
Die gegenwärtigen Forscher haben gefunden, daß Ni-Basislegierungen, welche Cr enthalten, die wirksam unbeschichteten Diamant unter 1200ºC hartlöten, keine feste Heftung für CBN liefern. Die Schleifexperimente zeigten, daß CBN-Werkzeuge versagen wegen vorzeitiger Kornloslösung infolge schwacher Adhäsion zwischen dem Heftmaterial und der Kornoberfläche. Die Situation ändert sich nicht, wenn die Menge an Cr in der Legierung auf 25% angehoben wird, Es wird somit deutlich, daß Ni-Cr-Legierungen CBN-Korn nicht hartlöten können wegen der Tatsache, daß Cr nicht wirksam als ein Benetzungsmittel dienen kann oder mit der CBN-Oberfläche unter den Hartlotbedingungen reagieren kann. Die Unfähigkeit von Cr, mit der CBN-Oberfläche zu reagieren, wurde ebenfalls durch die vorliegenden Erfinder aus der Entdeckung der Tatsache aufgedeckt, daß Cr aus der Gasphasenreaktion auf CBN nicht niedergeschlagen werden kann, während Cr durch denselben CVD-Prozeß auf Diamant niedergeschlagen werden kann durch leichte Bildung von Chrom-Karbid an der Grenzfläche, selbst bei 900ºC.
Ein kürzlich veröffentlichtes Patent (US-Patent 4,776,862) offenbart ein Verfahren der Herstellung eines Einschicht-Diamantwerkzeugs durch Vorabbeschichtung von Diamantpartikeln mit karbidbildendem Metall, beispielsweise Fe, Cr und Mo, welche ein Karbid der genannten Elemente bilden, wenn sie mit Wärme behandelt werden. Dieses Karbid erleichtert die Benetzung von Diamantoberflächen durch die Hartlotlegierung. Das Vorabbeschichten erfolgt durch Benetzen der abrasiven Partikel mit Mineralöl oder organischem Binder und nachfolgendes Einbringen von fein verteilten karbidbildenden Metallpulvern. Dieser Beschichtungsprozeß ist aufwendig in dem Sinne, daß es sehr schwierig ist, diskrete abrasive Partikel nach der Vorabbeschichtung zu erhalten. Dies ist von besonderer Bedeutung für die Herstellung von Werkzeugen mit Einschichtkonfiguration. Die gleichförmige Beschichtung der gesamten Oberfläche der abrasiven Partikel ist auch nicht sehr einfach, wenn feinere Körnungen verwendet werden. Die grundlegende Begrenzung des Verfahrens ist, daß Elemente wie Fe, Cr, Mo nicht mit CBN so wirksam reagieren können, wie sie es mit Diamant tun unter Erzeugung von benetzbaren Karbiden. CBN ist chemisch stabiler als Diamant, und anstelle von Karbiden würden sich Boride oder Nitride bilden, wenn eine Reaktion erfolgt, welche deutlich weniger benetzbar sind als die entsprechenden Karbide. Deshalb ist der obige offenbarte Prozeß in seinem Umfang so begrenzt, daß er nicht verwendet werden kann, um Diamant hartzulöten. Es bleibt demgemäß ein Bedürfnis für ein kostengünstiges praktisches Verfahren für das Hartlöten einer Monoschicht von CBN-Korn auf einem Stahlsubstrat.

Ziele

1. Bereitstellung eines Know-how, das ohne weiteres auf einem ökonomisch brauchbaren Niveau praktiziert werden kann für die Herstellung von CBN-Schleifkörpern, welche effizient die Erfordernisse von modernen Schleiftechniken, wie Schleichvorschub/Eilvorschubschleifen, erfüllen.
2. Bereitstellen eines Verfahrens der Heftung von Monoschicht- CBN-Kristallen mit ohne weiteres und im Handel erhältlichen Hartlotfüllmetallen, die am besten bekannt sind für ihre Festigkeit, Härte, Widerstand gegen plastische Deformation, welche jedoch leider chemisch hochstabile Materialien, wie CBN, nicht benetzen und heften können.
3. Bereitstellen eines Verfahrens für die Änderung der Oberflächenchemie von CBN-Partikeln ohne nachteilige Beeinflussung ihrer Schleiffähigkeit.
4. Änderung der Oberflächenchemie von CBN-Kristallen durch Auftrag einer dünnen Schicht von Material oder Materialien, welche an CBN gut haften sollten. Andererseits sollte der aufgebrachte Film die Benetzbarkeit und Heftbarkeit des "chemisch inerten" CBN durch ohne weiteres erhältliche konventionelle Füllmetalle verbessern.
5. Bereitstellen eines ökonomisch brauchbaren Verfahrens des Aufbringens des genannten Films auf CBN-Kristalle, das für die Produktion von beschichtetem Korn mit einem sehr hohen Grad der Verläßlichkeit verwendet werden kann.

Zusammenfassung

Während der Entwicklung der Erfindung wurde erkannt, daß ein dünner Film von TiC, der hauptsächlich verwendet wird bei schneidenden Werkzeugen und anderen tribologischen Anwendungsfällen und der hauptsächlich auf zementierte Karbide, Keramik und Stahlsubstrate aufgetragen wird mittels des bekannten CVD-Prozesses, auf CBN-Partikel mit demselben gut etablierten CVD-Prozeß aufgebracht werden kann im Hinblick auf die Änderung der Oberflächenchemie von CBN, wodurch ermöglicht wird, es mit Legierungen auf Ni-Basis zu heften. In ähnlicher Weise können auch Karbide von Elementen, wie Zr oder Hf, mittels CVD aufgebracht werden.
In ähnlicher Weise kann eine Sekundärbeschichtung von Karbid von Elementen der Gruppe VI A, wie Cr, Mo, W, oder von Elementen der Gruppen IV A oder V A ebenfalls mittels CVD aufgebracht werden, um eine Änderung in der Oberflächenchemie herbeizuführen und die Oberfläche metallurgisch kompatibel mit der Hartlotlegierung zu machen. Der Vorteil der Verwendung von CVD für eine solche Beschichtung kann ohne weiteres realisiert werden wegen dessen besserer Auftragleistung, Fähigkeit der Beschichtung von Korn, wie Substrat, mit unregelmäßiger Form, mit viel besserer Gleichförmigkeit als jeder andere Prozeß, und vor allem wegen der Wirtschaftlichkeit. Die beschichteten Partikel können als diskrete Partikel erhalten werden und können ohne weiteres für die Heft verwendet werden.
Da der aufgebrachte Film kein Metall ist, sondern stattdessen Karbid eines übergangsmetalls, kann ein solcher Film von 1-2 µm (Mikron) Dicke nicht nachteilig die Schleifähigkeit von CBN-Partikeln beeinflussen, und solche dem Schleifen vorausgehendenarbeitsgänge, wie das Abrichten eines Schleifkörpers oder Abtrag einer Beschichtung von der Oberfläche, sind nicht erforderlich.
Es ist interessant, festzustellen, daß die Legierungen, die versagen beim Benetzen und Heften unbeschichteter CBN-Kristalle, ohne weiteres an der Oberfläche von karbidbeschichteten CBN-Körnern haften, wenn das Hartlöten unter 1200ºC gerade für 5-10 Minuten unter Argonatmosphäre ausgeführt wird.
Der Fabrikationsprozeß kann in zwei Teile unterteilt werden: A. Beschichten der CBN-Partikel mit Hartmetallkarbiden, vorzugsweise nicht über 1200ºC, zum Vermeiden irgendwelcher thermischer Verschlechterung von CBN-Korn.
B. Hartlöten der beschichteten CBN-Partikel mit Legierungen, vorzugsweise auf Nickel basierenden Legierungen und vorzugsweise unter 1200ºC.
Aus den folgenden Beispielen läßt sich ein weiteres Verständnis der vorliegenden Erfindung gewinnen.

Beschichten von CBN-Korn mittels CVD

Beispiel I

CBN-Partikel der Größen B251, B126 und B91 werden in Siebe eingesetzt mit Maschengrößen, die kleiner sind als die entsprechende Korngröße. Die Siebe werden innerhalb eines vertikalen CVD-Reaktors plaziert. Die Temperatur des Reaktors wird bei 1100ºC gehalten. Um TiC aufzubringen, läßt man ein Gemisch aus H&sub2;, TiCl&sub4; und CH&sub4; über das CBN-Korn streichen. Typische Prozeßparameter sind: H&sub2;-Strömungsrate 10 l/min, CH&sub4;-Strömungsrate 250 ml/min. Die Konzentration von TiCl&sub4; beträgt 2%. Der Systemdruck beträgt 133.10² Pa (100 Torr). Der Auftrag wird bei 1100ºC während 60 Minuten ausgeführt. Nach Beendigung des Niederschlags wird der Reaktor unter Argonatmosphäre auf 50ºC heruntergekühlt. Einzelne beschichtete Körner werden erhalten. Die mikroskopische Untersuchung ergibt, daß die Beschichtung sowohl adhärent als auch kohärent ist.
Die in diesem Beispiel verwendeten Prozeßparameter sind typisch jene eines Standard-CVD-Prozesses und sind nur illustrativ und sollten nicht als eine Beschränkung des Prozesses angesehen werden. Viele andere erhältliche Prozeßparameter und Bedingungen, wie sie für CVD von TiC standardisiert sind, können für den Niederschlag auf CBN-Korn verwendet werden im Hinblick auf eine Änderung der Oberflächenchemie zusammen mit einer festen Film-Korn-Grenzfläche ohne Abweichung von dem Grundziel der Erfindung.

Beispiel II

Um eine weitere Schicht von Chromkarbid über dem auf das CBN aufgebrachten TiC-Beschichtung zu erhalten, wird der Prozeß in folgender Weise ausgeführt. An der Oberseite des Reaktors werden Cr-Körner gehalten, und HCL-Dampf wird über diese Körner geführt in einem Argonstrom zum Erzeugen von CrCl&sub2;. CH&sub4; wird mittels H&sub2; geführt, und sein Einlaßpunkt in den Reaktor wird unter dem Pegel gehalten, wo die Cr-Körner plaziert sind. Chromkarbid wird gebildet als Ergebnis der Reaktion zwischen CrCl&sub2; und CH&sub4; und wird auf dem TiC-Film des CBN-Korns niedergeschlagen. Der exakte Typ des Chromkarbids hängt ab von der Konzentration von CrCl&sub2; und der Strömungsrate von CH&sub4;. Eine typische Auftragbedingung kann wie folgt festgestellt werden.
Reaktortemperatur: 1000ºC
Strömungsrate von HCl: 0,25 l/min
Strömungsrate von Argon: 5 l/min
Strömungsrate von H&sub2;: 1 l/min
Strömungsrate von CH&sub4;: 0,25 l/min
Niederschlagszeit: 30 min.

Hartlöten von CBN-Korn auf einem Stahlsubstrat

Die geeigneten Hartlotmaterialien sind prinzipiell Legierungen auf Ni- und Co-Basis, die handelsüblich sind, beispielsweise von Wall Colmonoy Corporation in Detroit, Michigan, oder von Degussa AG, Hanau in Westdeutschland. Es kann andere Hersteller von Hartlotlegierungen geben. Es ist verständlich, daß in den folgenden Beispielen des Hartlötens die verwendeten Legierungen handelsüblich sind und die Zusammensetzung der Legierungen nur illustrativ ist und nicht als eine Beschränkung des Verfahrens verstanden werden sollte. Viele Abwandlungen in der Lotzusammensetzung können möglich sein, ohne von den Grundzielen der Erfindung oder dem Prinzip des erfundenen Verfahrens abzuweichen. Im Prinzip können alle auf Ni basierenden Legierungen mit Schmelzpunkt von 1200ºC verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie in der Lage sind, die äußerste Karbidbeschichtung auf CBN-Korn zu benetzen und zu heften. Die Auswahl einer bestimmten Hartlotlegierung kann von den spezifischen Erfordernissen eines Werkzeugs abhängen, wie mechanische Festigkeit der Heftung, Verschleißfestigkeit usw.
In ähnlicher Weise können die Auswahl der Löttemperatur- und -zeit abhängen von seinem Schmelzpunkt, Fluidität, Reaktivität mit dem auf das CBN-Korn aufgebrachten Film. Es ist offensichtlich, daß nur Hartlotparameter gewählt werden sollten zum Ermöglichen einer beschränkten Reaktion an der Lot-Film-Grenzfläche, so daß das erforderliche Benetzen und Heften erreicht wird und keine nachteilige spröde Phase an der Grenzfläche als Ergebnis einer heftigen Reaktion zwischen der Hartlotlegierung und dem Filmmaterial unter einer Löttemperatur-/-zeit-Kombination gebildet wird.

Beispiel 1

Das Hartlotmaterial mit 76% Ni, 14% Cr und 10% P (Nicrobraz 50/Degussa 897) erhältlich in Form einer Paste, wird auf das Stahlsubstrat aufgebracht. Das CBN-Korn, beschichtet mit einer Beschichtung aus TiC, wird dann auf die Lotschicht gleichförmig in einer einzigen Lage aufgebracht. Das Ganze wird in einer Ofenkammer plaziert, die dann auf 13,33 Pa (10&supmin;¹ Torr) mittels einer Rotationspumpe evakuiert wird. Die Pumpe wird dann zum Stillstand gebracht, und das System wird rückgefiillt mit Argon, bis der Druck über Atmosphärendruck liegt. Dem folgt das öffnen des System gegen Atmosphäre. Die Strömungsrate von Argon beträgt 5 l/min, und 10% H&sub2; wurde der Gasströmung zugefügt. Der Ofen wird auf 1040ºC erhitzt und bei dieser Temperatur während 5 Minuten gehalten. Dem folgt Abkühlen unter derselben Atmosphäre. Das so hergestellte Werkzeug besteht aus einer Monoschicht aus CBN-Kristallen, die fest an dem Stahlsubstrat haften.

Beispiel II

Der Hartlötprozeß, der ausgeführt wird, ist derselbe wie jener des Beispiels I mit der Ausnahme, daß TiC-beschichtete CBN-Körner der Größe B251 auf die Lotschicht in einem gleichförmigen Muster aufgebracht werden. Nach dem Löten erkannt man, daß das beschichtete Korn nicht nur fest von der Festmatrix gehalten wird, sondern eine bessere Gleichförmigkeit des Haftniveaus in dem Raum zwischen den Körnern, als im Beispiel 1 erhalten wird.

Beispiel III

Der Hartlötprozeß wird in ähnlicher Weise ausgeführt, wobei das Hartlotmaterial chromfrei ist und 90% Ni und 10% P enthält (Nicrobraze10/Degussa 876). Nach dem Löten werden die beschichteten CBN-Körner fest von der Heftmatrix gehalten.

Beispiel IV

Der Hartlotprozeß wird in gleicher Weise wie in Beispiel I ausgeführt, doch enthält das Hartlotmaterial 25% Cr, 65% Ni und 10% P (Nicrobraze51). Die Löttemperatur wurde bei 1050ºC gehalten. Nach dem Löten werden die beschichteten CBN-Körner von dem Lot auf dem Stahlteil eng gehalten.

Beispiel V

Die Schritte des Beispiels I werden ausgeführt mit der Ausnahme, daß die äußerste Schicht der Kompositbeschichtung Chromkarbid ist und die Hartlotlegierung aus 82,4% Ni, 7% Cr, 3% Fe, 4,5% Si, 3,1% B besteht (Nicrobraz LM/Degussa 1002). Die Hartlöttemperatur ist 1050ºC. Die Lotlegierung benetzt ohne weiteres den Chromkarbidfilm und bindet die CBN-Kristalle sehr fest.

Beispiel VI

Beschichtetes CBN-Korn des Beispiels V wird verwendet mit der Hartlotlegierung, die 74% Ni, 14% Cr, 4,5% Fe, 4,5% Si, 3% B enthält (Nicrobaz 125/Degussa 104). Die Schritte des Beispiels 1 werden durchlaufen bei einer Löttemperatur von 1080ºC. Befriedigende Benetzung ist nach dem Verlöten erzielt.

Beispiel VII

Beschichtetes CBN-Korn des Beispiels V wird verwendet mit einer Cr-freien Hartlotlegierung mit 92,5 Ni, 4,5% Si und 3% B (Nicrobraz 130/Degussa 1041). Die Schritte des Beispiels I werden durchlaufen bei einer Löttemperatur von 1080ºC, was zu einer befriedigenden Benetzung und Heftung des beschichteten CBN-Korns führt.

Anwendung I

Das Produkt, das aus der Anwendung der Erfindung resultiert, repräsentiert einen signifikanten Fortschritt im Aufbau von Monoschicht-CBN-Werkzeugen. Diese Fortschritt kann ohne weiteres realisiert werden, wenn das Verhalten des Prototyp-Werkzeugs verglichen wird mit jenem von galvanischen Werkzeugen ähnlichen Typs. Resultate von vergleichenden Schleiftests Zustellung Galvanisches Werkzeug B Korngröße 250/212 µm Befriedigendes Schleifen Kraft und Leistung stetig zunehmend gefolgt von Abnahme und schließlich erreichtem stetigen Wert Normalkraft= 22 N Leistung= 150 W Kraft und Leistung nahmen sehr schnell zu inerhalb 1 mm Schnitt. Ernsthafte Schleifradbelastung indiziert Versagen Galvanisches Werkzeug B Kraft und Leistung stetig zunehmend mit dem Schleifen gefolgt von Abnahme und schließlich erreichtem stetigen Wert Prototyp-Werkzeug Kraft und Leistung waren sehr stabil von Beginn an. Größen von kraft und Lesitung waren niedriger als jene, entwickelt von galvanischen Werkzeugen A und B Stetiges Schleifen Normalkraft= 20 N Leistung- 156 W des Schleifrades Schleifrad wurde nichtr benutzt Stetiges Schleifen 60mm wurden vom Werkstück abgetragen. Normalkraft= 34 B Leistung= 228 W Arbeitsgang: Flächenschleifen Werkstückmaterial: 10 Cr6 Stahl (Härte: 290 HV) Schnittgeschwindigkeit: 30 m/s Tischgeschwindigkeit: 2 m/min Schleifflüssigkeit: 5% lösliches Öl Castrol Syntillo DC 28212/1

Anwendung II

Beim Schleifen mit Rändern mit galvanisch geheftetem CBN ist ein preisgünstiges Verfahren der Verbesserung des Oberflächenfinish und der Genauigkeit des Werkstücks das Abrichten der Kornspitzen mittels eines Diamantwerkzeugs. Es gilt jedoch, "Es ist wichtig, daß die Kornspitzen nur im Mikrometerbereich entfernt werden, so daß adäquate Spanzwischenräume nach wie vor auch nach dem Abrichten zur Verfügung stehen." Im Hinblick auf dieses Zitat aus der Veröffentlichung von K. Yegenoglu und M. Roth, erschienen auf S. 116 der Industrial Diamond Review, Band 3/87, ist es verständlich, daß ein Abrichtprozeß nur in sehr beschränkter Weise bei einer galvanisch CBN-gebundenen Schleifscheibe ausgeführt werden kann, so daß der notwendige Spanzwischenraum nicht verringert wird. Man mag angenommen haben, daß ein solches restriktives Abrichten eine Voraussetzung für lastfreien Schnitt bei galvanisch geheftetem CBN ist.
Andererseits bietet das Produkt, erhalten als Ergebnis der vorliegenden Erfindung, signifikante Vorteile in diesem Zusammenhang. Genauer gesagt, kann gesagt werden, daß eine hohe Kornabrichttoleranz bei dem Produkt vorgesehen ist, um ein besseres Oberflächenfinish und Genauigkeit des Werkstücks zu erzielen, jedoch ohne das Risiko der Verringerung des Spanzwischenraums.
Der oben erwähnte Vorteil des erfundenen Erzeugnisses kann durch das folgende Experiment demonstriert werden. Zwei CBN-Scheiben wurden genommen, eine mit galvanischer Heftung, und die zweite mit hartgelöteter Heftung. Die Kornspitzen der beiden Räder waren mit einem Diamantwerkzeug um 10 µm abgerichtet. Beide Scheiben wurden zum Schleifen von ungehärtetem 10 Cr6 Stahl unter den folgenden Bedingungen eingesetzt.
Betrieb: Flächenschleifen
Scheibengeschwindigkeit: 30 m/s
Tischgeschwindigkeit: 2 m/s
Zustellung: 20 µm
Schnittflüssigkeit: 5% lösliches Öl Castrol Syntillo DC 282
Abgerichtete hartgelötete Scheiben zeigten verbessertes Oberflächenfinish des Werkzeugs, und die Schleifkraft und -leistung waren sehr stabil vom Beginn des Schnitts an. Die abgerichtete galvanische Scheibe zeigte progressiven Kraft- und Leistungsanstieg mit den Schleifdurchgängen,und am Ende von 1 mm Abtrag ergab sich eine starke Scheibenbelastung, was das Versagen der Schleifscheibe andeutet.

Claims

1. Ein abrasives CBN-Werkzeug für Schleifen, Sägen, Fräsen, Honen verschiedener Arten von Gußeisen und Stahl, umfassend ein metallisches Substrat und eine einzige Schicht von CBN-Korn, das an dem Metallsubstrat mittels einer Hartlotlegierung anhaftet, wobei die Oberflächenchemie des CBN-Korns modifiziert ist durch Auftrag mindestens eines Films aus Carbid, ausgewählt aus den Übergangselementen der Gruppe IV A, V A oder VI A, das an der CBN-Kristalloberfläche zum festen Anhaften gebracht ist.

2. Das abrasive CBN-Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem die Hartlotlegierungen konventionelle Legierungen auf Ni-Basis sind, gekennzeichnet durch deren Unfähigkeit, unbehandeltes CBN-Korn wirksam unter 1200ºC zu benetzen und zu heften, jedoch in der Lage sind, das CBN-Korn bei Temperaturen unter 1200ºC zu benetzen und zum Haften zu bringen nur wegen der Oberflächenmodifikation.

3. Das abrasive CBN-Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem der Film mittels konventionellem CVD bei Temperaturen nicht über 1200ºC aufgebracht ist.

4. Das abrasive CBN-Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Film TiC ist.

5. Das abrasive CBN-Werkzeug nach Anspruch 4, bei dem das oberflächenmodifizierte CBN-Korn zusätzlich mit einem zweiten Film aus Chromcarbid beschichtet ist.