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Verfahren zur Herstellung der Schneidkanten von nicht spanabhebenden Sehnittwerkzeugen mit weichem Grundmaterial durch Auftragschweissung mittels des elektrischen Lichtbogens und gemäss diesem Verfahren hergestellte Schnittwerkzeuge.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung der Schneidkanten von nicht spanabhebenden Schnittwerkzeugen mit weichem Grundmaterial durch Auftragschweissung mittels des elektrischen Lichtbogens und ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines nicht umhüllten
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der Rest Eisen, der in einem Wasserstoffmantel niedergeschmolzen wird.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Schneidkanten an Werkzeugen durch Aufschweissen von
Edelwerkstoff auf weicheres Grundmaterial herzustellen. Auch ist das elektrische Lichtbogenschweissen im reduzierenden Wasserstoffmantel an sich bekannt. Doch wird in der Herstellung der Schneidkanten von (nicht spanabhebenden) Schnittwerkzeugen eine Sonderaufgabe gesehen, da die Schneidkanten dieser Werkzeuge einer viel härteren Beanspruchung insbesondere auf Stoss unterliegen, als z. B. die spanabhebenden Werkzeuge und nach den bisher bekanntgewordenen allgemeinen Verfahrensvorschriften nicht in praktisch brauchbarer Weise hergestellt werden konnten.
Das neue Verfahren weist im einzelnen den bisher gebräuchlichen bzw. vorgeschlagenen gegenüber eine ganze Reihe technischer und wirtschaftlicher Vorzüge auf, die ihm eine hohe Bedeutung für die einschlägige Industrie verleihen :
1. Es ist kein Vorwärmen des ganzen Grundkörpers auf Rotglut vor dem Aufschmelzen des Edelmaterials und infolgedessen auch kein Aufrechterhalten der Glühtemperatur während der Dauer des Aufschmelzens notwendig. Dadurch wird einmal ein Verziehen des Grundkörpers vermieden, das bei grossen Werkstücken im andern Falle unbedingt eintritt, besonders wenn man berücksichtigt, dass man für grosse Werkzeuge bei entsprechender Dauer des Aufschmelzprozesses mit einer einzigen Hitze nicht auskommt, sondern ein mehrmaliges Erhitzen des ganzen Grundkörpers erforderlich sein würde.
Hinzu kommt noch, dass das Werkstück nach jedesmaliger Erhitzung an den Stellen, an denen die Schneidkanten entstehen sollen, von Zunder und andern Unreinigkeiten befreit werden müsste. Ausserdem werden zum Erhitzen entsprechend grosse und teure Glühöfen benötigt, und schliesslich ist es wegen der gewaltigen Hitzestrahlung eines grossen, glühenden Eisenkörpers unmöglich, an demselben peinliche Sorgfalt erfordernde Schweissarbeiten vorzunehmen.
2. Es braucht kein besonderer Apparat aus feuerfestem Material zur Fernhaltung der atmosphärischen Luft um das Werkstück herumgebaut zu werden. Ein solcher wäre bei grossen Werkstücken umständlich und teuer und würde, da er den Zugang zum Werkstück seiner Zweckbestimmung gemäss weitgehend einengt, den Arbeiter stark behindern, ja bei verwickelten Umrissen der Schneidkanten ein einwandfreies Arbeiten überhaupt unmöglich machen.
3. Es ist zur Erzielung einer innigen Verbindung mit dem Grundkörper kein Rühren bzw.
Vermengen beider Substanzen in aufgeweichtem Zustande notwendig, wodurch auch der Legierungscharakter des Edelmaterials in nachteiliger Weise beeinflusst würde.
4. Ein nachträgliches Vergüten des aufgeschmolzenen Edelmaterials durch Anlassen oder durch mechanische Behandlung erübrigt sich, da das Material nach dem Aufschmelzen ein dichtes, porenfreies Gefüge und in niedergeschmolzenem Zustande eine Brinellhärte von 500 bis 600 besitzt.
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5. Das Verfahren lässt sich leicht und mit Sicherheit ohne besondere Geschicklichkeit aufführen und sein Anwendungsbereich ist unabhängig von der Grösse der danach herzustellenden Werk- zeuge, während die wirtschaftlichen Vorteile gegenüber der Herstellung des ganzen Werkzeuges aus hochwertigem Stahl bzw. gegenüber der Verwendung besonderer, mechanisch oder durch Schweissen befestigter Einsätze aus Werkzeugstahl an den Schneidkanten gerade bei Werkzeugen grosser Schnittlange ganz bedeutende sind.
6. Von grosser Wichtigkeit ist auch der weitere Vorteil, dass nach dem neuen Verfahren die
Schneidkanten grosser, schwerer Werkzeuge ausgebessert werden können, ohne dass man die Werk- zeuge aus der Presse herauszunehmen braucht, so dass das zeitraubende Ein-und Ausspannen und der umständliche Hin-und Hertransport der Werkzeuge erspart wird.
Das neue Verfahren und die Anordnung der dazu benötigten Teile wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. l zeigt einen Querschnitt durch Stempel und Matrize des fertigen Schnittwerkzeuges, Fig. 2 einen Grundriss der Matrize allein, während die Fig. 3,4 und 5 eine zu bildende Schneidkante des Werkzeuges vor, während und nach dem Auftragen des Edelmaterials darstellen.
Der Grundkörper a für den Stempel ebenso wie der Grundkörper b für die Matrize weisen an den Stellen, an denen die Schneidkanten c des Werkzeuges entstehen sollen, annähernd die Umrisse dieser Schneidkanten auf. Eine genaue Bearbeitung dieser Stellen sowie der sonstigen Flächen des Werkzeuges ist bis auf die zur Auflage an der Maschine bestimmten ebenen Flächen d und e nicht erforderlich, da die zu bildenden Schneidkanten c später über die angrenzenden Flächen des Werkzeuges hinausragen. Die Herstellung der Grundkörper a und b kann daher vorteilhaft aus gewöhnlichem Grauguss erfolgen, sonst aber auch aus Stahlguss, gewöhnlichem Flusseisen und andern billigen Eisensorten vorgenommen werden.
Die Kanten t von Stempel und Matrize sind etwas gebrochen und bilden die Grundfläche zum Auftragen des Edelmaterials in geschmolzenem Zustande.
Das Niederschmelzen des Edelmaterials (Fig. 4) geschieht in der Weise, dass mit Hilfe des vorzugsweise zwischen den beiden Wolframelektroden und/ ; gezogenen Lichtbogens i die Kante t an einer verhältnismässig kleinen Stelle schnell auf Schweisshitze gebracht und gleichzeitig von dem Schweissstab k das in besonders vorteilhafter Zusammensetzung aus 4-5% Chrom, 0'2-0'3% Molybdän, zirka 0-5% Kohlenstoff, im übrigen aus Eisen bestehende Edelmaterial Tropfen für Tropfen abgeschmolzen wird, wobei durch Zufuhr von Wasserstoff, beispielsweise aus dem Röhrchen 1, dafür gesorgt ist, dass keine Oxydation des Chroms bzw. der andern Bestandteile des Edelmaterials eintreten kann.
Dadurch wird sowohl die unveränderte Zusammensetzung des Edelmaterials als auch eine einwandfreie Schweissung erhalten.
Der Schweissstab k wird ohne jede Desoxydations-oder Flussmittel enthaltende Umhüllung niedergeschmolzen. Er wird dadurch einmal sehr billig, da man einfach aus dem Edelmaterial her-
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Edelmaterial m auf der Kante t aufgetragen ist (Fig. 5), werden die Schneidkanten c zu der in Fig. dargestellten Form angeschliffen. Es ist ersichtlich, dass man die Schneidkanten c, wenn sie stumpf geworden sein sollten, jederzeit leicht nachschleifen kann, ohne den Grundkörper a bzw. b mit angreifen zu müssen.
Weitere Vorzüge des Verfahrens bzw. der nach ihm hergestellten Werkzeuge sind :
Ein weiches, verhältnismässig geräuschloses Arbeiten, hervorgerufen durch die Grundkörper aus weicherem Material, wodurch Werkzeug und Maschine geschont und höhere Schnittleistungen erzielt werden. Da das verwendete Edelmaterial seine Härte auch durch verhältnismässig starke Erwärmung nicht verliert, so eignen sich damit bewehrte Schnittwerkzeuge auch sehr gut zum Schneiden erhitzter Werkstücke, z. B. zum Abgraten von Schmiedeteilen.
Die wirtschaftlichen Vorteile des Verfahrens treten besonders augenfällig in Erscheinung, wenn man als Unterlage für die aufzubringenden Schneidkanten einen Grundkörper aus Guss wählt, an dem die Arbeitskanten in ihrem wesentlichen Verlauf bereits vorhanden sind. Diese Kanten werden dann nach Entfernen der Gusshaut in der oben beschriebenen Weise mit dem Edelwerkstoff bewehrt.
Die Herstellung des Grundkörpers durch Giessen wird vor allem dann vorgenommen werden, wenn die Schneidkanten des betreffenden Werkzeuges einen verwickelten, unregelmässigen Verlauf zeigen und daher maschinell schwer oder überhaupt nicht bearbeitet werden können. Die Giessformen auch für derartige Grundkörper lassen sich dagegen mit Hilfe eines hölzernen Gussmodells oder durch Schablonenformung auf verhältnismässig einfache Weise herstellen. Da die Werkzeuge meist nur einmalig angefertigt werden, kann man auch im sogenannten "verlorenen Guss" arbeiten. Als Material für die Grundkörper kann gewöhnlicher Grauguss, Temperguss, Stahlguss, Nickelgusseisen u. dgl. gewählt werden.
Wider Erwarten ergab sich, dass Schnittwerkzeuge mit Grundkörpern aus Guss den ganz aus Werkzeugstahl hergestellten Schnittwerkzeugen in ihrer Leistung durchaus ebenbürtig sind.
In einigen Fällen hat sich gezeigt, dass bei Materialanhäufungen an Stellen des Gusskörpers,
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Stellen die Schweissverbindung zwischen Grundkörper und Edelmaterial beeinträchtigt wird und durch Wärmespannungen bisweilen feine Haarrisse im Edelmaterial auftreten, die sich ungünstig auf die Lebensdauer der damit bewehrten Teile auswirken.
In solchen Fällen wird in der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Weise vorgegangen. Fig. 6 zeigt wieder einen Querschnitt durch das gesamte Werkzeug, Fig. 7 den Grundriss der Matrize allein, u. zw. sind in Fig. 6 die vier sichtbaren Arbeitskanten J., B, C und D des Stempels und der Matrize in verschiedenen Fertigungsstufen dargestellt.
Der Grundkörper o für den Stempel sowohl, wie auch der Grundkörper p für die Matrize bestehen aus Guss, beispielsweise aus Grauguss. Die zur Aufnahme der Schneidkanten aus Edelmaterial be- stimmten Flächen beider Grundkörper sind in der bei A gezeigten Weise abgeschrägt. Auf die abgeschrägten Flächen wird eine dünne Schichte Schmiedeisen q, wie bei Punkt B gezeigt, aufgeschmolzen.
Darauf erfolgt erst das Aufbringen des später die Schneidkanten bildenden Edelmaterials r, siehe Punkt C. Das Edelmaterial weist zweckmässig die oben beschriebene Zusammensetzung auf und wird ebenso wie die Schmiedeisensehicht unter den oben angegebenen Bedingungen mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens niedergeschmolzen. Darauf wird das Edelmaterial r zu der eigentlichen Schneidkante s (Punkt D) angeschliffen.
Durch die beschriebene Art des Vorgehens werden Dehnungsrisse im aufgetragenen Edelmaterial vermieden und eine bessere Verbindung desselben mit dem Gusskörper erzielt, da in der Zwischenschicht aus Schmiedeisen ein weitgehender Ausgleich der auftretenden Wärmespannungen stattfindet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung der Schneidkanten von nicht spanabhebenden Schnittwerkzeugen mit weichem Grundmaterial durch Auftragschweissung mittels des elektrischen Lichtbogens, gekenn- zeichnet durch die Verwendung eines nicht umhüllten Schweissstabes, dessen Zusammensetzung derjenigen der zu bildenden Schneidkanten entspricht und der ohne vorherige Erwärmung des gesamten Grundmaterials auf Schweisshitze in einem Wasserstoffmantel niedergeschmolzen wird.