DD227067A1

DD227067A1 - METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE TOOLS

Info

Publication number: DD227067A1
Application number: DD26772684A
Authority: DD
Inventors: Andreas Gebert; Annemarie Franzmann; Helmut Heinze; Manfred Thaele
Original assignee: Werkzeugindustrie Fz
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1985-09-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkzeugen, die im Wirkbereich aus Werkzeug- oder Schnellarbeitsstahl und im Spannbereich aus Bau- oder Verguetungsstahl bestehen. Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Zeit- und Kostenaufwand bei der Herstellung von Verbundwerkzeugen zu verringern und die Gebrauchseigenschaften dieser Werkzeuge zu verbessern. Aufgabe der Erfindung ist es, den Verfahrensablauf zur Herstellung von aus Werkzeug- oder Schnellarbeits- sowie Bau- oder Verguetungsstahl bestehenden Verbundwerkzeugen so zu gestalten, dass auf das zeit- und kostenaufwendige Gluehen nach dem Schweissen verzichtet werden kann und trotzdem eine spannungs- und rissfreie Schweissverbindung gewaehrleistet ist. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass das Schweissen der Werkzeugteile zwischen einzelnen Verfahrensschritten des aus dem Haerten und ein oder mehreren Anlassstufen bestehenden Waermebehandlungsprozesses erfolgt. Die Erfindung ist bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen in Verbundausfuehrung, insbesondere von Spiral- und Gewindebohrern sowie Reibahlen anwendbar.The invention relates to a method for the production of composite tools, which consist of tool or high-speed steel in the effective range and in the clamping range of structural or tempered steel. The aim of the invention is to reduce the time and cost in the manufacture of composite tools and to improve the performance characteristics of these tools. The object of the invention is to make the process flow for the production of tool or Schnellarbeits- as well as construction or tempering steel composite tools so that can be dispensed with the time-consuming and costly Gluehen after welding and still a voltage and crack-free welded joint is guaranteed. This object is achieved by welding the tool parts between individual process steps of the heat treatment process consisting of the hardening and one or more tempering stages. The invention is applicable in the manufacture of cutting tools in Verbundausfuehrung, in particular spiral and taps and reamers.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkzeugen, beispielsweise von Spiralbohrern, Gewindebohrern und Reibahlen, die im Wirkbereich aus Werkzeug- oder Schnellarbeitsstahl und im Spannbereich aus Bauoder Vergütungsstahl bestehen, bei dem die zu verbindenden Werkzeugteile mechanisch bearbeitet, gehärtet, angelassen und geschweißt werden.The invention relates to a method for producing composite tools, such as twist drills, taps and reamers, which consist of tool or high-speed steel in the effective range and in the clamping range of construction or tempering steel, in which the tool parts to be joined mechanically processed, hardened, tempered and welded.

Characteristic of the known technical solutions

Verbundwerkzeuge, beispielsweise Spiralbohrer, Gewindebohrer oder Reibahlen, die zur Einsparung hochlegierter Materialien in ihrem Wirkbereich aus hochlegiertem Werkzeug- oder Schnellarbeitsstahl und in ihrem Spannbereich aus Bau- oder Vergütungsstahl bestehen, sind bekannt. Durch die DE-OS 2136271 ist ein Werkzeug in Verbundausführung bekannt geworden, bei dem zum Zwecke der weiteren Reduzierung des Werkzeug- bzw. Schnellarbeitsstahlanteiles nur die Länge des Wirkbereiches des Werkzeuges, die im praktischen Gebrauch nachgeschliffen wird, aus Werkzeug- oder Schnellarbeitsstahl besteht, während der Rest des Wirkbereiches sowie der Spannbereich des Werkzeuges aus Bau- oder Vergütungsstahl besteht.Composite tools, such as twist drills, taps or reamers, which exist to save high-alloyed materials in their effective range of high-alloy tool or high-speed steel and in their clamping range of structural or tempering steel, are known. By DE-OS 2136271 a tool in composite design has become known, in which for the purpose of further reducing the tool or Schnellarbeitsstahlanteiles only the length of the effective range of the tool, which is reground in practical use, consists of tool or high speed steel, while the rest of the effective range and the clamping range of the tool made of structural or tempered steel.

Die Herstellung dieses Verbundwerkzeuges erfolgt derart, daß die beiden Werkzeugteile, die zunächst auf die richtige Länge gebracht werden, vorzugsweise durch Haftschweißen im weich- oder normalgeglühten Zustand verbunden werden. Nach dem Verbinden der Werkzeugteile wird der Schweißgrat entfernt und die Schweißverbindung zum Abbau von Spannungen sowie zur Vermeidung von Rissen infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkzeugstoffe geglüht.The production of this composite tool is carried out such that the two tool parts, which are first brought to the correct length, preferably by stick welding in the soft or normalgeglühten state are connected. After joining the tool parts, the weld burr is removed and the weld joint is annealed to relieve stresses and to prevent cracking due to different coefficients of thermal expansion of the tooling materials.

Anschließend wird das Werkzeug in bekannter Weise weiter bearbeitet, d. h. es wird mechanisch bearbeitet, gehärtet und angelassen.Subsequently, the tool is further processed in a known manner, d. H. it is mechanically processed, hardened and tempered.

Dieses bekannte Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkzeugen führt zu dem Nachteil, daß die nach dem Schweißen der Werkzeugteile erforderliche Glühbehandlung mit einem erheblichen Zeit- und Energieaufwand verbunden ist und außerdem zum Auflegieren des Werkzeug- oder Schnellarbeitsstahlteiles durch Diffusion von Kohlenstoff aus dem Bau- oder Vergütungsstahlteil führt. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Herstellungsverfahrens besteht darin, daß es bei dem nach der mechanischen Bearbeitung des Verbundwerkzeuges durchgeführten Härten zu Versprödungserscheinungen im Bereich der Schweißnaht kommt, was mit einer erhöhten Rißgefahr in diesem Bereich verbunden ist.This known method for producing composite tools leads to the disadvantage that the required after welding of the tool parts annealing is associated with a considerable expenditure of time and energy and also leads to alloying of tool or Schnellarbeitsstahlteiles by diffusion of carbon from the structural or tempered steel part , Another disadvantage of this known manufacturing method is that it comes in the performed after mechanical machining of the composite tool hardening to embrittlement in the weld, which is associated with an increased risk of cracking in this area.

Zur Vermeidung der zeit- und kostenaufwendigen Glühbehandlung nach dem Schweißen der Werkzeugteile ist auch schon vorgeschlagen worden, das Schnellarbeitsstahlteil zuerst mechanisch zu bearbeiten, danach zu härten sowie anzulassen und nach dem Anlassen mit dem Vergütungsstahlteil zu verschweißen (Weiz, W.; Dennin, G.; Reibschweißen von Schnellarbeitsstahl mit Vergütungsstahl; Schweißen und Schneiden; Jg. 25; Heft 2/1973; Seite 41 bis 44).In order to avoid the time-consuming and costly annealing treatment after welding the tool parts, it has also been proposed to first mechanically work the high-speed steel part, then to harden and temper it and to weld it to the tempered steel part after tempering (Weiz, W .; Dennin, G. Friction welding of high-speed steel with tempered steel, welding and cutting, Jg 25, Heft 2/1973, pages 41 to 44).

Nachteilig an diesem Verfahrensablauf zur Herstellung von Verbundwerkzeugen ist, daß die nach dem Schweißen in der Schweißzone auftretenden Spannungen, die wie vorstehend schon beschrieben, infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe auftreten, nicht abgebaut werden, wodurch eine relativ hohe Riß- und Bruchgefahr im Schweißnahtbereich vorhanden ist.A disadvantage of this process sequence for the production of composite tools is that the stresses occurring in the welding zone after welding, which occur as already described, due to different thermal expansion coefficients of the materials used, are not degraded, creating a relatively high risk of cracking and breakage in the weld area is available.

Ein Glühen des Werkzeuges nach dem Schweißen oberhalb der Aniaßtemperatur würde zwar die auftretenden Spannungen abbauen, wäre aber mit dem Nachteil verbunden, daß die bereits erzielten Gebrauchseigenschaften des Schnellarbeitsstahlteiles wieder zunichte gemacht würden. Aus diesem Grunde hat sich dieser bekannte Verfahrensablauf zur Herstellung von Verbundwerkzeugen in der Praxis nicht durchgesetzt.An annealing of the tool after welding above the Aniaßtemperatur would reduce the stresses occurring, but would be associated with the disadvantage that the already achieved performance characteristics of Schnellarbeitsstahlteiles would be nullified. For this reason, this known process sequence for the production of composite tools has not prevailed in practice.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Zeit- und Kostenaufwand bei der Herstellung von Verbundwerkzeugen zu verringern und die Gebrauchseigenschaften dieser Werkzeuge zu verbessern.The aim of the invention is to reduce the time and cost in the manufacture of composite tools and to improve the performance characteristics of these tools.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verfahrensablauf zur Herstellung von aus Werkzeug- oder Schnellarbeitssowie Bau- oder Vergütungsstahl bestehenden Verbundwerkzeugen so zu gestalten, daß auf das zeit- und kostenaufwendige Glühen nach dem Schweißen verzichtet werden kann und trotzdem eine spannungs- und rißfreie Schweißverbindung gewährleistet ist.The invention has for its object to make the process flow for the production of tool or Schnellarbeitssowie construction or tempering steel composite tools so that can be dispensed with the time-consuming and costly annealing after welding and still ensures a tension and crack-free welded joint is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schweißen der Werkzeugteile zwischen einzelnen Verfahrensschritten des aus dem Härten und ein oder mehreren Anlaßstufen bestehenden Wärmebehandlungsprozesses erfolgt.This object is achieved in that the welding of the tool parts between individual process steps of the hardening and one or more tempering stage heat treatment process takes place.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Schweißen der Werkzeugteile unmittelbar nach dem Härten des Werkzeugbzw. Schnellarbeitsstahlteiles oder beider Werkzeugteile, wenn der Anlaßvorgang nur aus einer Anlaßstufe besteht. Bei der Verwendung von Schnellarbeitsstahl werden die Werkzeugteile vor dem letzten Anlassen des Schnellarbeitsstahlteiles geschweißt, wie das aus dem Punkt 3 des Erfindungsanspruches hervorgeht.In a further embodiment of the invention, the welding of the tool parts takes place immediately after curing of the Werkzeugbzw. High speed steel part or both tool parts, when the starting process consists of only one starting stage. When high-speed steel is used, the tool parts are welded before the last tempering steel part is tempered, as shown in point 3 of the invention claim.

Das nach dem Schweißen der Werkzeugteile durchgeführte Anlassen erfolgt vorteilhaft ohne Zwischenabkühlung der geschweißten Werkzeugteile, damit ein möglichst vollständiger Abbau der Schweißspannungen durch eine plastische Deformierung des im Gefüge vorhandenen Restaustenites erreicht wird.The tempering carried out after the welding of the tool parts is advantageously carried out without intermediate cooling of the welded tool parts, so that the most complete possible reduction of the welding stresses is achieved by a plastic deformation of the retained austenite present in the structure.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkzeugen zeichnet sich gegenüber den bekannten Herstellungsverfahren dieser Art insbesondere dadurch aus, daß das zeit- und energieaufwendige Glühen nach dem Schweißen, das zum Zwecke des Abbaus von Schweißspannungen erfolgt, nicht mehr notwendig ist.The inventive method for producing composite tools is distinguished from the known manufacturing method of this kind in particular by the fact that the time and energy consuming annealing after welding, which takes place for the purpose of degradation of welding stresses, is no longer necessary.

Der Abbau von Schweißspannungen, der für die Herabsetzung der Riß- und Bruchgefahr im Bereich der Schweißzone unbedingt erforderlich ist, wird erfindungsgemäß durch das sofortige Anlassen nach dem Schweißen der Werkzeugteile ohne Zwischenabkühlung erreicht.The reduction of welding stresses, which is absolutely necessary for the reduction of the risk of cracking and fracture in the region of the welding zone, is achieved according to the invention by the immediate tempering after welding of the tool parts without intermediate cooling.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß beim Anlassen der Werkzeugteile im Gegensatz zum Glühen nach dem Schweißen keine Diffusion des Kohlenstoffes aus dem Baustahl- in das Werkzeugstahlteil stattfindet und somit keine Versprödungserscheinungen in der Schweißzone auftreten.Another advantage of the method according to the invention is that when tempering the tool parts in contrast to the annealing after welding no diffusion of the carbon from the mild steel into the tool steel part takes place and thus no embrittlement phenomena occur in the weld zone.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkzeugen hat gegenüber dem bekannten Herstellungsverfahren, bei dem das Härten und Anlassen des Werkzeuges nach dem Schweißen der Werkzeugteile durchgeführt wird, auch den Vorteil, daß ein partielles Härten der Schweißzone, das durch die beim Glühen des geschweißten Werkzeuges auftretenden Versprödungserscheinungen in der Schweißzone notwendig ist, vermieden wird.The method according to the invention for producing composite tools also has the advantage over the known production method in which the hardening and tempering of the tool is carried out after the welding of the tool parts, that a partial hardening of the welding zone caused by the embrittlement phenomena occurring during the annealing of the welded tool in the weld zone is necessary, is avoided.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist es möglich, das aus Werkzeug- oder Schnellarbeitsstahl bestehende Werkzeugteil auf die Länge zu begrenzen, die im praktischen Gebrauch nachgeschliffen wird, weil nach dem Schweißen kein Härten des Werkzeuges mehr stattfindet und deshalb das Erwärmen der Schweißnaht auf Härtetemperatur vermieden wird.When using the manufacturing method according to the invention, it is possible to limit the existing tool or high speed steel tool part to the length that is reground in practical use, because after welding no hardening of the tool takes place and therefore heating of the weld to hardening temperature is avoided ,

Gegenüber dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkzeugen, bei dem das Schweißen der Werkzeugteile nach dem Härten und Anlassen erfolgt, hat das erfindungsgemäße Einfügen des Schweißvorganges zwischen einzelne Verfahrensschritte des Härtens und Anlassens den Vorteil, daß ein ausreichender Abbau von Schweißspannungen gewährleistet ist und damit eine hoch beanspruchbare Schweißverbindung vorliegt.Compared to the known method for producing composite tools, in which the welding of the tool parts takes place after curing and tempering, the insertion of the welding process according to the invention between individual steps of curing and tempering has the advantage that a sufficient reduction of welding stresses is ensured and thus high claimable weld joint is present.

embodiment

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend am Beispiel der Herstellung von Spiralbohrern bzw. Gewindebohrern, die aus einem Schnellarbeitsstahl- und einem Baustahlteil bestehen, beschrieben. Die beiden zu verbindenden Werkzeugteile, von denen der Schnellarbeitsstahlteil nur die Länge aufweist, die im praktischen Gebrauch nachgeschliffen wird, werden zunächst getrennt mechanisch bearbeitet.The method according to the invention will be described below using the example of the production of twist drills or taps consisting of a high-speed steel and a structural steel part. The two tool parts to be joined, of which the high-speed steel part only has the length that is reground in practical use, are first of all mechanically processed separately.

Anschließend wird der Schnellarbeitsstahlteil nach der üblichen Technologie gehärtet, d. h. er wird auf 1200-1250°C im Salzbad oder im Kammerofen erwärmt und im Warmbad abgeschreckt. Soweit erforderlich, wird der Baustahlteil zur Erhöhung der Torsions- und Biegefestigkeit ebenfalls gehärtet. Nach dem Härten der Werkzeugteile werden deren Oberflächen von Salzrückständen und Zunder befreit und beide Werkzeugteile durch Reibschweißen miteinander verbunden. Danach werden die geschweißten Werkzeugteile ohne merkliche Abkühlung sofort in einen Warmhalteofen bzw. direkt in den Anlaßofen überführt, wobei die Temperatur des Warmhalteofens etwa 50⁰C unter der Anlaßtemperatur des Schnellarbeitsstahlteiles liegt.Subsequently, the high-speed steel part is hardened according to the usual technology, ie it is heated to 1200-1250 ° C in a salt bath or in a chamber furnace and quenched in a hot bath. If necessary, the structural steel part is also hardened to increase the torsional and bending strength. After hardening of the tool parts whose surfaces are freed from salt residues and scale and both tool parts are joined together by friction welding. Thereafter, the welded tool parts are transferred without appreciable cooling immediately in a holding furnace or directly in the tempering furnace, the temperature of the holding furnace is about 50 ⁰ C below the tempering temperature of the high-speed steel part.

Das Anlassen erfolgt zwischen 500 und 600°C mit einer Haltedauer von 1,5 Stunden, bei Hochtemperaturkurzzeitanlassen mit einer Haltedauer von 20 min. Nach dem Anlassen wird das Werkzeug in bekannter Weise abgekühlt. Soweit die Werkzeuge mehrmals angelassen werden, wobei sich die Zahl der Anlaßstufen nach der chemischen Zusammensetzung des Schnellarbeitsstahles richtet, werden die Werkzeugteile vor der letzten Anlaßstufe geschweißt. Nach dem Abschluß der Anlaßbehandlung wird das Werkzeug in bekannter Weise durch Schleifen fertig bearbeitet.Tempering takes place between 500 and 600 ° C with a holding time of 1.5 hours, with high-temperature short-time tempering with a holding time of 20 minutes. After tempering, the tool is cooled in a known manner. As far as the tools are started several times, with the number of tempering stages based on the chemical composition of the high-speed steel, the tool parts are welded before the last tempering stage. After completion of the tempering treatment, the tool is finished in a known manner by grinding.

Claims

Invention claims:

1. A process for the production of composite tools, for example of twist drills, taps or reamers, which consist of tool or high-speed steel in the effective range and in the clamping range of structural or tempering steel, in which the tool parts to be joined are mechanically processed, hardened, tempered and welded, characterized in that the welding of the tool parts takes place between individual process steps of the heat treatment process consisting of the hardening and one or more tempering stages.

2. A process for the production of composite tools according to item 1, characterized in that the welding of the tool parts after curing of the tool or high-speed steel or both tool parts takes place.

3. A process for the production of composite tools according to item 1, characterized in that the welding of the tool parts takes place when using high-speed steel before the last start of the high-speed steel part.

4. A process for the production of composite tools according to item 1 to 3, characterized in that the carried out after the welding of the tool parts tempering takes place without intermediate cooling.