Hohle Korundmikrokugeln in Diamant- und CBN-Werkzeugen
Die Verwendung der hohlen Korundmikrokugeln (Engl. Hollow Corundum Microspheres, nachfolgend HCM) von vorgegebener Größe im
Diamantwerkzeug ermöglicht es, gleich mehrere Aufgaben zu lösen:
- künstliche Porosität im Diamantschneidelement zu erzielen;
- den Diamantenverbrauch bei der Bearbeitung der Werkstücke 1,5- bis 2,5-fach zu reduzieren;
- die Schneideigenschaften des Diamantwerkzeugs durch den Selbstschärfungseffekt der Korundmikrokugel zu verbessern;
- die Rauigkeit der bearbeiteten Oberfläche Ra zu reduzieren;
- durch die richtige Form der НСМ-Partikeln die mechanische Spannungskonzentration in der Masse wesentlich zu reduzieren und deren Festigkeit zu erhöhen;
- die räumliche Deformation der Schneidelemente nach dem Sintern 2- bis 3fach zu reduzieren;
- dank der hohen Stoffreinheit reagieren die hohlen Korundmikrokugeln beim Sintern nicht mit dem metallischen Bindemittel und werden nicht zerstört;
- die niedrige Wärmeleitfähigkeit der Korundmikrokugeln reduziert das Risiko von Brennspurenbildung auf funktionswichtigen Teilen.
Mechanische Festigkeit, Kugelförmigkeit und Größe von HCM
Die Kugelform und die relativ hohe Festigkeit der Korundmikrokugel (40-120 MPa) gewährleisten ausgezeichnetes Fließverhalten
bei der Formung in der Hydraulikpresse. Dabei wird der Pressdruck 1,5- bis 2-fach reduziert. Dies ist durch Minderung der inneren Reibung der Keramikmassekomponenten bei deren Umverteilung und Verdichtung in der Pressform bedingt.
Dank der vergrößerten Oberfläche und Größe der hohlen Korundmikrokugeln (5-180 µm) können einzigartige Schneideigenschaften für das Diamantwerkzeug mit künstlicher Porosität erzielt werden. Die Masse, die Diamantkörner АСР 100/80 (25%) und hohle Korundmikrokugeln 70-100 µm (15%) kombiniert mit dem Bindemittel (Zusammensetzung des Bindemittels: Kupfer 30%, Zinn 20% und Formaldehydharz 50%) enthält, erlaubt es, den spezifischen Diamantenverbrauch von 1,75 mg/g auf 0,73 mg/g und die Rauigkeit der bearbeiteten Oberfläche von 0,5 auf 0,12 µm zu reduzieren (Patent 1355470).
Räumliche Verformung und Wärmeausdehnungskoeffizient von НСМ
Beim Sintern des Diamantwerkzeugs wird mit HCM-Beigabe die räumliche Verformung reduziert. Das geschieht dank dem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Korundmikrokugel bei Erwärmung und Abkühlung. Die Abnahme der räumlichen Verformung des finalen Diamantsegments ermöglicht es, den Umfang der Rohmasse zu reduzieren, welche etwas überbemessen wird, damit das Produkt später bis auf das zeichnungsgemäße Maß mechanisch bearbeitet werden kann. Bei der Massenherstellung von Diamantwerkzeugen können mehrere Tonnen Rohmasse jährlich eingespart werden.
Selbstschärfungseffekt von НСМ
Eine hohle Korundmikrokugel hat einen inneren geschlossenen Hohlraum von einer bestimmten Größe (die Größe des Hohlraums
hängt von der Größe der Mikrokugel und der Wandstärke ab). Wenn HCM in die Masse mit Diamantkörnern zugegeben werden, geraten sie zwischen die scharfen facettierten Diamantpartikeln und bilden eine Pore um sich. Der Diamant ist viel fester, als die HCM Mikrokugel, deswegen wird das Metall hauptsächlich von den Diamantkörnern geschnitten, und der dabei entstandene kleine Grat wird „sanft“ von den aufgedeckten Mikrokugeln abgeschnitten. Die hervortretenden Mikrokugelpartikeln werden unter Einwirkung der mechanischen Kräfte zerstört und bilden neue scharfe Kanten. Somit entsteht der Selbstschärfungseffekt.
Dank dem Selbstschärfungseffekt weist die Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks folgende Eigenschaften auf:
Chemische Trägheit von НСМ
Da die НСМ aus Aluminiumoxid hergestellt sind, sind sie inert gegenüber den chemisch aggressiven Zusätzen (Bindemitteln) im Diamantwerkzeug.
Hohe Sinterungstemperatur und Umweltfreundlichkeit der Verwendung von HCM
Bei der Hochtemperaturbehandlung (Sintern und Brennen) des Schleifwerkzeugs mit HCM-Beigabe werden in die Umwelt keine Schadstoffe abgeschieden, und die Mikrokugel wird dank ihrer Kugelform und der hohen Erweichungstemperatur von 1600-1800 °С nicht zerstört.
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Niedrigere Rauigkeit des bearbeiteten Werkstücks pro Gang des Diamantwerkzeugs;
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Niedrigere Verschmierung dank der Reinigung des Hohlraums der Korundmikrokugel und der benachbarten Poren durch den Kühlwasserstrahl und durch die Selbstschärfung;
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Bessere Abkühlung des Diamantwerkzeugs reduziert die Überhitzung des Diamantwerkzeugs und des bearbeiteten Werkstoffs. Dadurch wird der Ausschuss in Form von Brennspurenbildung auf funktionswichtigen Teilen gesenkt.
