EP1436121B1

EP1436121B1 - Verfahren zur Herstellung eines Abrasivelementes, insbesondere für Bohrkronen von Hohlbohrern

Info

Publication number: EP1436121B1
Application number: EP02801868A
Authority: EP
Inventors: Götz BRÄUNINGER
Original assignee: CEDIMA DIAMANTWERKZEUG- und MASCHINENHANDELSGESELLSCHAFT mbH
Current assignee: CEDIMA DIAMANTWERKZEUG- und MASCHINENHANDELSGESELLSCHAFT mbH
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: WO2003035326A1; EP1436121A1; DE10151802B4; DE10151802A1; ATE295246T1; DE50203112D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Abrasivelementes, insbesondere für Bohrkronen von Hohlbohrern, aus einer Schneidstoffe aufweisenden Sintermetallmatrix, bei dem die Schneidstoffe in die Sintermetallmatrix eingebunden bzw. eingebettet werden und eine Anschnittfläche an der mit den Schneidstoffen versehenen Sintermetallmatrix durch eine Wasserstrahlbehandlung oder durch ein Wasserstrahlschneidverfahren hergestellt wird.

Derartige Abrasivelemente werden insbesondere in Bohrkronen für die Steinbearbeitung, z. B. bei Kernbohrern, verwendet. Die EP 0 857 552 B1 zeigt ein derartiges Abrasivelement, bei dem Diamantkristalle als Schneidstoffe in einer Sintermetallmatrix aufgenommen sind.

Die WO 01 41974 A offenbart ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Sinterproduktes, bei dem eine Sintermaterialmatrix hergestellt wird mit einem ersten Bereich mit eingebetteten Schleifpartikeln und einem zweiten Bereich ohne Schleifpartikel. Beide Bereiche sind entlang einer Grenzfläche miteinander verbunden. Aus diesem abrasivem Sinterprodukt werden dann Schleifprodukte bestimmter Form ausgeschnitten und zwar mittels Laserstrahl oder Wasserstrahl entlang der Grenzfläche oder durch den zweiten keine Schleifpartikel aufweisenden Bereich.

Aus der WO 99 28088 A ist ein Schleifwerkzeug für eine Schleifmaschine bekannt mit abrasiven Segmenten, die auf einer Montageplatte angebracht sind. Die abrasiven Segmente werden aus einem Schichtstoffplattenrohling ausgeschnitten, welcher durch Sintern einer Schleifpartikelschicht und einer Bindemittelschicht hergestellt wird.

Die WO 00 30808 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Schleifproduktes, bei dem aus mehreren Schleifpartikel aufweisenden Einzelblöcken aus Sintermatrixmaterial in einer Form unter Druck ein einzelnes Schleifprodukt hergestellt wird. Aus diesem Schleifprodukt können dann einzelne Schleifsegmente bestimmter Form ausgeschnitten werden.

Bei Abrasivelementen, bei denen die Schneidstoffe in einer Metallmatrix gebunden sind, weist die für die Materialbearbeitung vorgesehene Oberfläche vor ihrer Benutzung in der Regel eine glatte Oberfläche auf. Beim Anschnitt weisen die Abrasivelemente aufgrund der glatten Oberfläche zunächst ein schlechtes Bohrverhalten bzw. Anschnittverhalten auf, das sich erst im Laufe der Zeit verbessert, wenn Metall abgerieben und Schneidstoffe teilweise freigelegt werden. Diese Problematik ist als Anschnitt- bzw. Anbohrproblematik bekannt.

Die EP 0 857 552 zeigt ein Abrasivelement der eingangs genannten Art, das in einer Anschnittzone mit einem Dachprofil ausgebildet ist, durch das das Anschnittverhalten gegenüber einer rechteckförmigen Oberfläche verbessert ist. Hierbei wird an der Anschnittzone eine unterschiedliche Zusammensetzung mit erhöhtem Verschleiß gegenüber dem regulären Teil des Abrasivelementes ausgebildet.

Durch einen derartigen besonderen geometrischen Aufbau kann zwar ein besseres Anschnittverhalten erreicht werden; die Herstellung eines derartigen Schneidsegmentes ist jedoch relativ aufwendig und kostenträchtig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung eines Abrasivelementes anzugeben, durch das mit relativ geringem Aufwand ein Abrasivelement mit verbessertem Anschnittverhalten kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei dem gemäß Anspruch 1 Verfahren gelöst, indem die Schneidstoffe aufweisende Sintermetallmatrix durch einen Trennschnitt mittels des Wasserstrahlschneidverfahrens in zwei Abrasivelemente mit komplementären Anschnittflächen getrennt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer Wasserstrahlbehandlung oder einem Wasserstrahlschneidvorgang die Metallmatrix selektiv entfernt werden kann, ohne daß hierbei die Schneidstoffe, insbesondere Diamantkristalle, beschädigt werden. Die so beim erfindungsgemäßen Abrasivelement erzeugte Anschnittfläche weist Vorteile gegenüber durch andere Herstellungstechniken erzeugte Anschnittflächen auf.

Gegenüber einer Herstellung von Abrasivelementen durch ein Sinterverfahren ohne Nachbearbeitung weisen die Anschnittflächen einen erhöhten Anteil an überstehenden Diamantkörnern auf. Weiterhin kann eine kostengünstigere Ausbildung erreicht werden, wenn mittels eines Schneidvorganges ein Sinterkörper in zwei Abrasivelemente getrennt wird, bei denen die jeweilige Trennschnittfläche unmittelbar als Anschnittfläche genutzt werden kann.

Gegenüber einem Laserschneidverfahren werden die Schneidstoffe, insbesondere Diamantkristalle, durch das Wasserstrahlschneidverfahren schonender behandelt. Während bei einem Laserschneidverfahren aufgrund der hohen lokalen Hitzeeinwirkung eine Beschädigung der Diamantkristalle auftreten kann, erfolgt eine derartige Beschädigung beim Wasserstrahlschneiden, das selektiv die weichere Metallmatrix entfernt, nicht. Durch das selektive Entfernen der weichen Metallmatrix werden Anschnittflächen mit hohem Überstand der Schneidstoffe, insbesondere der Diamantkristalle, erzeugt, die ein erheblich verbessertes Anschnitt- bzw. Anbohrverhalten aufweisen. Diese Schneidstoffe (Diamantkristalle) sind hierbei weiterhin fest in der Metallmatrix aufgenommen, da die Metallmatrix im Bereich der Schnittfläche keine Gefügeverschlechterung erfährt, wie dies z. B. bei einem Laserschneidverfahren erfolgt.

Es können grundsätzlich auch andere Schneidstoffe, z. B. Bohrkarbid- oder Siliziumkarbid-Kristalle anstelle von Diamantkristallen oder in Mischungen mit Diamantkristallen eingesetzt werden. Bei dem Wasserstrahlschneidverfahren können dem Wasser Abrasivstoffe zugesetzt werden.

Die Anschnittfläche kann eben oder uneben, z. B. mit konkaven und konvexen Bereichen, insbesondere wellenförmig ausgebildet sein, um hierdurch vorstehende Bereiche zur Verbesserung des Anschnittverhaltens zu erreichen. Zur Ausbildung einer wellenförmigen Schnittfläche muss lediglich der Wasserstrahl in einer entsprechenden Kurve anstelle einer geraden Linie geführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittansicht eines Abrasivelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2: einen Sinterkörper, aus dem das in Fig. 1 gezeigte Abrasivelement gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird;
Fig. 3: eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungsform.

Gleiche Teile in den Figuren der Zeichnung sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt ein Abrasivelement 2 für Bohrkronen von Hohlbohrern mit einer Sintermetallmatrix 4, die z. B. pulvermetallurgisch hergestellt ist und in der Schneidstoffe, insbesondere Diamantkristalle 6 eingebettet sind. Eine Außenfläche des Abrasivelementes 2 weist eine durch ein Wasserstrahlschneidverfahren hergestellte oder durch Wasserstrahlen behandelte Anschnittfläche 8 auf, die aus der Oberfläche hervorstehende durch das Wasserstrahlschneidverfahren oder durch die Wasserstrahlbehandlung teilweise freigelegte Diamantkristalle 6 aufweist.

Zur Herstellung eines solchen Abrasivelementes 2 wird gemäß Fig. 2 zunächst ein Sinterkörper 12 mit der Sintermetallmatrix 4 und den eingebetteten Diamantkristallen 6 hergestellt. Anschließend wird der Sinterkörper 12 durch ein Wasserstrahlschneidverfahren entlang der gezeigten Schnittlinie S1 in zwei Teile getrennt, die je für sich ein Abrasivelement 2, 2' bilden, die jeweils eine Schnittfläche 8, 10 aufweisen. Die in der Schnittlinie S1 liegenden Diamantkristalle 6 werden in der Regel in einem der beiden Abrasivelemente 2, 2' verbleiben und somit aus der betreffenden Anschnittfläche 8, 10 hervorstehen, da beim Wasserstrahlschneiden das weichere Metall bevorzugt herausgelöst wird, die Diamanten jedoch aufgrund ihrer größeren Härte und Verschleißfestigkeit von dem Wasserstrahl praktisch nicht beeinflusst werden. Die in Fig. 2 gezeigte Schnittlinie S1 ist gerade ausgeführt, so dass sich ebene Anschnittflächen 8, 10 bilden.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird der Sinterkörper 12 durch eine wellenförmige Schnittlinie S2 in zwei Abrasivelemente 11, 11' unterteilt, die entsprechend jeweils gewellte bzw. wellenförmige Anschnittflächen 14, 16 mit konvexen Bereichen 18 und konkaven Bereichen 17 aufweisen. Hierdurch wird die Flächenpressung erhöht. Auch bei dieser Ausführungsform ragt ein Teil der in der Schnittlinie S2 liegenden Diamantkristalle 6 nach dem Schneidvorgang aus der betreffenden Anschnittfläche heraus. Insgesamt ergibt sich dadurch ein weiter verbessertes Anschnittverhalten. Ein derartiges gutes Anschnittverhalten wird insbesondere durch hervorstehende Diamantkristalle in den konvexen, d. h. nach außen gewölbten Bereichen 18 erreicht.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Abrasivelementes (2), aus einer Schneidstoffe (6) aufweisenden Sintermetallmatrix (4), bei dem die Schneidstoffe (6) in die Sintermetallmatrix (4) eingebunden bzw. eingebettet werden und eine Anschnittfläche (8) an der mit den Schneidstoffen (6) versehenen Sintermetallmatrix (4) durch eine Wasserstrahlbehandlung oder durch ein Wasserstrahlschneidverfahren hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidstoffe (6) aufweisende Sintermetallmatrix (4) durch einen Trennschnitt (S1, S2) mittels des Wasserstrahlschneidverfahrens in zwei Abrasivelemente (2, 2', 11, 11') mit komplementären Anschnittflächen (8, 10, 14, 16) getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschnitt (S2) wellenförmig durchgeführt wird zur Erzeugung von wellenförmigen Anschnittflächen (14, 16).
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anschnittfläche (8, 10) eben ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem beim Wasserstrahlschneidverfahren verwendeten Wasserstrahl Abrasivstoffe enthalten sind.