CN106794529A - 制备切割工具用原料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备切割工具用原料，特别是锯片或锯带用原料的方法，其中使由金属载体材料的带状载体(10)和由高速钢制成的线材(13)沿所述带状载体(10)的侧刃(11)连续结合在一起，并传输至焊接设备中。将所述带状载体(10)沿载体(10)的侧刃(11)与线材(13)焊接在一起，从而制得双金属带，其中使用至少一台位于带状载体(10)一侧(14)上的第一焊接设备(15)和至少一台位于带状载体(10)相对一侧(16)上的第二焊接设备(17)将所述带状载体(10)和线材(13)焊接在一起。

Description

制备切割工具用原料的方法

本发明涉及一种制备切割工具用原料，特别地，锯片或锯带用原料的方法。

为了经济可用，切割工具如用于加工木材或金属的锯必须满足完整系列的要求。例如，锯片或锯带必须由柔韧且弹性的材料组成，因为其必须不仅能吸收锯带因安装而已暴露的拉伸应力，而且还必须额外能经受锯带或锯片在锯开操作期间所经历的弯曲力以及锯带在例如切割台上下且在切割位置前后围绕其纵轴翻转期间所经历的相应扭矩和应力。此外还存在由各齿在加工材料中咬合而导致的动态载荷，特别是因温度导致的热载荷，该温度在操作期间可达到600℃，且更多地出现在齿区域中，特别是齿端。由于带的冷却使得该热量被移除，因此不仅存在热载荷，而且形成温度梯度和相关的热应力，这超过了机械应力，特别是动态应力。

由于一方面对锯片或锯带的韧性和弯曲强度的要求，另一方面对锯的热硬度和耐磨性的要求仅能由单一材料(例如金属或金属合金)不充分地满足，因此优选使用称为双金属带或双金属条的带或条作为切割工具的起始组分或原料。该双金属带或条通常由载体材料的片状载体组成，其具有随后切割工具所必需的韧性和完全强度，例如低合金钢或碳钢的载体。然后，在所述片状载体的窄刃上焊接切割刃材料的刃线，所述切割刃材料具有更高的耐磨性和更高的热硬度。通常使用高速钢(HSS)作为切割刃材料。

锯生产商然后由该原料制造锯片或锯带。为此，在具有焊接上的高速钢线材的片状载体的刃上形成(例如铣削或磨削)随后锯片或锯带的齿轮廓。这具有如下效果：形成具有高速钢尖端区域的齿，而锯片或锯带的其余部分由片状载体的韧性、弹性钢组成。取决于对锯的一组要求，齿可完全由切割刃材料组成，然而优选仅齿的尖端由切割刃材料组成，而齿的足部延伸至片状载体中，因此由韧性的弹性载体材料组成。然而，这意味着载体材料和切割刃材料之间的焊接接缝通常可位于齿区域中。

为了制备该切割工具用双金属原料，通常使金属载体材料的带状载体和高速钢的线材沿带状载体的侧刃连续结合在一起，且传输至焊接设备中，在其中将所述带状材料沿载体的侧刃与线材焊接，从而制得双金属带。通常用于该目的有激光焊接头，将其设置在待焊接组件的一侧上，且以深熔焊接方法在所述带状载体和高速钢刃线之间形成无填料的接缝。作为激光焊接的替代，也可使用其他焊接方法，例如电子束焊接方法。

然而，就工业生产角度和冶金学角度而言，通常位于齿区域中的载体材料和高速钢之间的焊接接缝是有问题的区域。一方面，必须获得带状载体窄侧与线材的完全焊接，另一方面，必须避免焊缝的不希望的抬升或者形成干扰的抬升焊珠。此外，在焊接期间形成的各种材料的焊缝或混合区域通常具有脆的韧性和大的抗变形性。

特别地，当使用高速钢作为切割刃材料时，就生产角度而言，焊缝抬升或焊珠的形成无法通过制造技术来防止。该焊珠不仅已是进一步加工中的障碍，而且还在随后作为锯带或锯片使用期间由于与加工材料的摩擦力提高而产生问题。因此，通常在将载体材料与高速钢线焊接之后，在所谓的修整工艺中将形成的双金属带滚轧，或者调节其厚度。然而，由此将带表面上的具有提高变形度的焊珠抬升区域压入预定的带横截面中。因此，可导致带中材料体积的滚轧区域两面上的材料收缩，这导致在带中的变形焊珠的两面上形成纵向痕迹。由于修整所导致的该纵向痕迹的形成示于例如奥地利专利说明书AT411581B的图1-3中。该焊缝的重新加工也描述在德国专利申请DE19501442A1中。为了避免该纵向痕迹，该文献提出在焊接后，通过对双金属带表面机加工，例如通过磨削而移除焊缝的抬升区域或焊珠。

这获得了如下效果：在随后的修整工艺中，不再将凸出的材料压入双金属带的横截面中，因此不再产生纵向痕迹。

这些纵向痕迹是不希望的，因为它们具有如下缺点：在齿间形成间隙且将各齿片段偏折出随后锯片或锯带的平面(定型)之后，齿区域中的合金可导致槽根部中的应力增大，从而导致引发开裂的风险，该开在锯的实际操作中可导致齿尖端断裂，且缩短锯的寿命。然而，AT411581B中提出的双金属带的机加工使得制造工艺更昂贵。然而，尤其是在较为简单的锯片和锯带的情况下，存在必须尽可能避免提高制造成本的措施的竞争压力。

因此，本发明解决了如下技术问题：提供一种制备上述类型的切割工具用原料的方法，其可以以低成本的方式制造双金属带，借此可避免所述的痕迹形成，而无需随后机加工焊接接缝，从而可以以低成本方式制造高质量的锯片或锯带。

该技术问题通过本发明权利要求1的方法解决。本发明方法的有利发展为从属方法权利要求的主题。

因此，本发明涉及一种制备切割工具用原料，特别是锯片或锯带用原料的方法，其中使金属载体材料的带状载体和高速钢的线材沿所述带状载体的侧刃连续结合在一起，并传输至焊接设备中，将所述带状载体沿载体的侧刃与线材焊接，从而制得双金属带，本发明方法的特征在于借助至少一台位于带状载体一侧上的第一焊接设备和至少一台位于带状载体相对一侧上的第二焊接设备将所述带状载体和线材彼此焊接。

本发明基于如下理念：通过使用位于包括带状载体和HSS线材在内的焊接组件的相对侧上的至少两台焊接设备，可显著降低由各焊接设备引入的热能，从而可以以更少量施加至相应表面上的能量来焊接该复合体。以此方式，可显著减少焊缝平台或焊珠的形成，且可使得带两侧相当。

尽管片或带的双侧焊接方法很久以来就为现有技术所已知了，然而该类方法通常用于技术先进的工艺中，例如焊接层压复合材料、涂覆材料或就焊接角度而言更苛刻的材料(例如轻质金属合金)薄片(参见例如DE102010007573B4或DE 10131883B4)。然而，本领域技术人员不会考虑将该方法用于制造锯片或锯带用的双金属带，因为使用位于片状载体相对侧上的至少两台焊接设备在技术上比先前用于制造双金属带的单侧焊接方法更复杂，因此更昂贵。因此，本领域技术人员会预期以此方式制得的双金属带无法以具有竞争力的价格提供来制造锯片。

然而，令人惊讶地发现，尽管该焊接方法更复杂，然而最终可降低成本，这是因为一方面可提高生产率，另一方面令人惊讶地证实借助本发明的方法，焊缝抬升和焊珠的形成如此少，以至于即使随后不对焊接接缝进行机加工，在随后的加工步骤，例如带修整中也不再出现纵向痕迹，因此即使不对焊接接缝进行打磨也能获得高质量的锯片和锯带。该令人惊讶的结果是无法由涉及双侧焊接金属片或带的现有技术预料得到的。此外，可以以此方式实现材料的艰难组合中的焊缝应力的降低和热开裂的减少。此外，可制得其中顶部焊珠不再需要平整化的新产品。

该看法也未被例如如下事实所推翻：1954年公开的US2683923A描述了一种制备锯片用复合金属带的复杂方法，其中在一个实施方案中也使用了双侧焊接方法(电弧焊、埋弧焊)，然而这些方法总是使用填料工作。此外，与本发明相反，在两面上实施焊接的特殊情况下，不使用高速钢，而是使用具有高碳含量的铬钢。然而，使用专利US2683923A中所述的方法不能实现低成本制造。

文献US1535096A中描述了锯片的制造，其中将高速钢线材焊接至带状载体上。所用的方法是一种电阻焊接方法，其中使用相对的辊作为电极，即焊接设备似乎被分割在带状载体的两侧之间，且在电极之间流动的电流均匀加热位于其间的材料。因此与本发明相反，其不是第一焊接设备位于带状载体一侧且第二焊接设备位于相对一侧的情况。

本发明的方法具有其他优点：

由于在片状载体两侧上实施焊接操作，获得了对称性要高得多的焊缝。这导致在随后的锯片或锯带的齿定型中具有更均匀的行为，这又可在锯削期间在锯带中更均匀地引入切割力。

此外，通过减小焊接深度，优选减小至材料厚度的一般，可避免深熔焊接的物理极限，因此可例如减小焊缝的宽度。尤其是对小齿锯的制造而言，小的焊缝宽度具有极高的重要性，因为一方面焊缝应总是位于齿区域中，另一方面需要最大可能的HSS比例，因为在使用相应的高水平HSS下，每个齿的各焊缝长度相应地变长，因此有利地影响与齿破坏有关的剪切稳定性。

US2683923A也未暗示这些优点。所述技术的目的是形成具有显著宽度的中间区域，这又要求在焊接区域中使用填料。尽管US2683923A也描述了可形成仅具有小焊接抬升的焊缝，然而这归因于所用的焊接方法，而与焊接是在一侧还是两侧上进行的无关。

本发明方法中所提供的至少两台焊接设备可彼此直接相对地设置，或者在带状载体的传输方向上彼此偏移。在后一情况下，有利的防止如下情况：焊接设备可彼此破坏。如果两台焊接设备彼此直接相对地设置，则焊接设备的对齐也可以以使得能量不垂直引入，而是与载体表面稍微成夹角的方式设置，因此该情况也可基本上排除相互破坏的情形。

本发明的方法可用宽范围的焊接设备进行，然而其优选为电子束焊接设备，或者特别优选为激光焊接设备。

与US1535096A所述的电阻焊接方法相比，本发明优选的激光焊接具有许多优点：对优选使用的深激光焊接工艺使用局部高能量强度，其结果是仅极小的区域被加热和熔融，尤其是与电阻焊相比。这具有如下优点：在接合工艺之后，组件整体上不具有或仅具有极小的变形。此外，能量强度的局部引入意味着激光辐射可被接合区域中的熔体良好吸收，且产生极小的、特别是均匀的焊缝抬升。不规则的焊缝抬升或者焊缝凹陷(即未填充的接合区域)不适合锯片或锯带的预期用途，因为该缺陷可导致齿破坏的风险。此外，与电阻焊相比，在激光焊接工艺中引入的局部高能量意味着可获得高得多的焊接速度，由此显著提高生产率。尤其是与US1535096A中所述的电阻焊的特殊形式相比，在激光焊接期间，线材和载体材料之间不存在相对运动，且在加热后压制期间线材的宽度不变形或不伸长。

根据本发明方法的优选实施方案，焊接设备的功率可以以开环和/或闭环方式控制。例如，可记录包括载体和线材之内的焊接组件在焊接期间由于横向收缩和所得的倾斜角度(称为角变形)而常常出现的热变形，且可以以使得角变形最小化的方式调节由彼此相对设置的第一和第二焊接设备引入的能量。换言之，使得第二焊接设备所导致的横向收缩与第一焊接设备的横向收缩匹配。

由于在本发明方法的情况下在将载体与HSS线材焊接时发生的令人惊讶的小焊缝抬升，可省略在带的可能预期的修整之前对双金属带进行的机加工。对各应用而言，甚至可省略双金属带的修整，这获得了特别低成本的制造方法。

最后，本发明还涉及一种锯片或锯带，其由本发明方法制得的原料组成。在这种情况下，所述锯片或锯带的切割部分由高速钢(HSS)组成。

对锯片或锯带而言，使用具有如下组成的载体材料(数据以重量％给出)：

余量为铁(Fe)和熔炼诱导的伴随元素和杂质；

且将该载体材料与具有如下组成(数据以重量％给出)的切割刃材料组合：

余量为铁(Fe)和熔炼诱导的伴随元素和杂质；

其中元素Si+V+Mo+W/2的比例>5重量％。

下文参照在附图中给出的示例性实施方案更详细地解释本发明，在附图中：

图1显示了通过本发明的方法将带状薄片载体与HSS线材焊接的示意图；

图2显示了通过现有技术的常规方法形成的焊接接缝的横截面示意图；

图3显示了通过本发明方法形成的焊接接缝的横截面示意图。

在图1中，以示例方式示意性地显示了用于制备切割工具用原料的本发明方法的实施方案。可以看到第一片状载体10，其以其刃11位于作为刃线形成的HSS线材13的刃12上的方式设置。在所给的实例中，出于更好的整体清晰度的原因，片状载体和HSS线材示出了短部分。然而，它们优选为连续的条，例如由同样未在此处示出的卷轴释放出来。

设置在带状载体上侧14上方的是第一激光焊接设备15，设置在带状载体下侧16下方的是第二激光焊接设备17。片状载体10和HSS线材33沿箭头18所指的方向传输通过激光焊接设备15和17。在片状载体10和HSS线材13之间形成焊接接缝19。

图2显示了通过现有技术的常规方法形成的焊接接缝的横截面示意图。通过仅在载体上侧工作的激光束设备在载体10和HSS线材13之间形成图1所示的焊接接缝19。可以看到形成了显著的上部焊珠20，且形成了稍微不显著的下部焊珠21。此外，焊接接缝稍微具有楔形轮廓，因此上侧比下侧更宽。

与此相反，图3显示了通过本发明方法形成的焊接接缝19的横截面示意图。可以看出，一方面上部焊珠20和下部焊珠21远远没那么明显，因此预期在随后的修整工艺中不形成痕迹。此外，在横截面上形成的焊缝的对称性要高得多。

Claims (10)

1.一种制备切割工具用原料，特别是锯片或锯带用原料的方法，其中使金属载体材料的带状载体和高速钢的线材沿所述带状载体的侧刃连续结合在一起，并传输至焊接设备中，将所述带状载体沿载体的侧刃与线材焊接，从而制得双金属带，其特征在于：借助至少一台位于带状载体一侧上的第一焊接设备和至少一台位于带状载体相对一侧上的第二焊接设备将所述带状载体和线材彼此焊接。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于第一焊接设备和第二焊接设备在带状载体的传输方向上相对于彼此偏移。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于第一和第二焊接设备为激光焊接设备。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于焊接设备的功率可以以开环或闭环的方式控制。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于记录包括所述载体和线材的焊接组件的角变形和焊缝抬升，并以使得所述角变形和焊缝抬升最小化的方式调节彼此相对设置的第一和第二焊接设备的功率。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于在双金属带的可能预期修整之前，不对在所述载体和线材之间形成的焊缝进行机加工。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于不对所述双金属带进行修整。

8.一种锯片或锯带，其特征在于所述锯片或锯带由通过权利要求1-7中任一项所述的方法制得的原料组成。

9.如权利要求8所述的锯片或锯带，其特征在于所述载体材料具有如下组成(数据以重量％给出)：

余量为铁(Fe)和熔炼诱导的伴随元素和杂质。

10.如权利要求8或9所述的锯片或锯带，其特征在于所述高速钢具有如下组成(数据以重量％给出)：

余量为铁(Fe)和熔炼诱导的伴随元素和杂质；

其中元素Si+V+Mo+W/2的比例>5重量％。