DE19541097A1

DE19541097A1 - Hardening cutting tools with electron beams

Info

Publication number: DE19541097A1
Application number: DE1995141097
Authority: DE
Inventors: Frank Thomas; Hartmut Troeger; Hartmut Voigt
Original assignee: Mws Schneidwerkzeuge Schm GmbH; und Landtechnik Zwickau M GmbH
Current assignee: Mws Schneidwerkzeuge Schm GmbH; und Landtechnik Zwickau M GmbH
Priority date: 1995-11-05
Filing date: 1995-11-05
Publication date: 1997-05-07

Abstract

The tool surface regions, in particular, cutting edges are hardened by means of an energy transfer field which is produced by an electron beam deflected at a high frequency and a constant velocity in a line scan mode, while several tools are arranged in an overlapping pattern in the recipient of the electron-beam installation. The width of the energy transfer field is adjusted to correspond to the length (L) of the surface region to be hardened. The overlapping tools are arranged so that locally the same surface regions of each tool remain free. Tools are moved (through the energy transfer field) perpendicular to the longitudinal expansion of the surface region to be hardened. The tools are moved in such a way that further surface regions to be hardened are not covered over.

Description

Das Verfahren wird zum Härten von ebenen und vorwiegend flachen Schneidwerkzeugen aus härtbaren Stählen angewendet. Dabei handelt es sich um Schneidwerkzeuge, die vorzugsweise mehrere Schneidekanten besitzen, wie z. B. Mähklingen von Erntemaschinen und Schlegelmesser. Dabei werden die Oberflächen gehärtet, die nach dem Elektronenstrahlhärten als Schneide geschliffen werden. Das Verfahren ist auch anwendbar zum Härten von Schneidwerkzeugen, bei denen außer der Schneide auch bestimmte Bereiche eine höhere Verschleißfestigkeit aufweisen sollen.The process is used for hardening flat and predominantly flat cutting tools hardenable steels applied. These are cutting tools, preferably have several cutting edges, such as. B. Cutter blades of harvesters and flail knives. The surfaces are hardened, which after the electron beam hardening as a cutting edge be sanded. The method can also be used for hardening cutting tools which, in addition to the cutting edge, also have certain areas with greater wear resistance should.

Es sind viele Härteverfahren für Schneidwerkzeuge und ähnliche Teile bekannt. Dabei wird in der Regel die gesamte Oberfläche bzw. das gesamte Teil oder Werkstück gehärtet. Das hat aber den Nachteil, daß sich die Härte des gesamten Werkstückes verändert, was oft aus Gründen der Elastizität der übrigen Bereiche unerwünscht ist. Gerade bei Schneidwerkzeugen soll nur der Schneidenbereich hart sein während das übrige Werkzeug eine geringe Härte aufweisen soll, um damit die Bruchgefahr zu verringern, in dem eine gewisse Elastizität vorhanden ist. Es ist bei geringen Stückzahlen zu härtender Schneidwerkzeuge auch bekannt nur den zu härtenden Schneidenbereich zu beaufschlagen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr unwirtschaftlich.Many hardening processes for cutting tools and similar parts are known. It is in the Usually the entire surface or the entire part or workpiece is hardened. But that has the Disadvantage that the hardness of the entire workpiece changes, which is often due to the Elasticity of the other areas is undesirable. Especially when it comes to cutting tools Cutting area should be hard while the rest of the tool should have a low hardness thus reducing the risk of breakage in which there is a certain elasticity. It is at Small numbers of cutting tools to be hardened also known only the cutting area to be hardened to act upon. However, this process is very uneconomical.

Zur Beseitigung dieses Nachteils ist es bekannt, bei flachen Schneidwerkzeugen, speziell bei Mähklingen in Dreieckform, die Schneidenbereiche in einem Prozeßschritt durch ein Energieübertragungsfeld eines periodisch, hochfrequent, linienrasterförmig abgelenkten Elektronenstrahls zu bewegen. Das Energieübertragungsfeld ist über die Breite des Werkzeuges ausgedehnt und die Relativbewegungsrichtung ist senkrecht zur Werkstücksbreite. Die Werkzeuge sind beim Durchlauf durch die Elektronenstrahlanlage so angeordnet, daß sie schuppenartig übereinander liegen und nur der zu härtende Schneidenbereich frei bleibt und vom Elektronenstrahl beaufschlagt und gehärtet wird (DE 41 20 689 C1).To overcome this disadvantage, it is known to use flat cutting tools, especially Cutter blades in triangular shape, the cutting areas in one process step through Energy transfer field of a periodically, high-frequency, line-grid deflected To move the electron beam. The energy transfer field is across the width of the tool extended and the relative movement direction is perpendicular to the workpiece width. The tools are arranged when passing through the electron beam system so that they are scale-like lie on top of each other and only the cutting area to be hardened remains free and from the electron beam is acted upon and hardened (DE 41 20 689 C1).

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es nur bei Schneidwerkzeugen anwendbar ist, deren zu härtender Bereich und das Werkzeug selbst geometrisch so ausgeführt ist, daß durch die geschuppte Anordnung gerade der zu härtende Bereich frei bleibt, um in einem Prozeßschritt das Werkzeug partiell zu härten. Die Abmessungen des gesamten Werkzeuges dürfen in ihrer Breite die mögliche Breite des Energieübertragungsfeldes nicht überschreiten. Damit ist das Verfahren sehr begrenzt, denn die Geometrie und Abmessung der zu härtenden Teile sind nicht beliebig wählbar, d. h., das beschriebene Verfahren ist nur für den Fall realisierbar, daß nur ein zu härtender Bereich vorhanden sein darf, der sich um die gesamte Werkstückkante ausdehnt. Das Verfahren hat weiterhin den Nachteil, daß stets der gesamte zu härtende Bereich ohne Unterbrechung desselben gehärtet wird. Das wirkt sich besonders ungünstig bei Mähklingen, wie in o. g. DE 41 20 689 beschrieben, aus, da die Klingenspitze bis in den Bereich der Formprägung hinein gehärtet wird, was ein Spannungsfeld hervorruft, indem in diesem besonders gefährdeten Bereich eine höhere Bruchgefahr besteht. Außerdem neigt eine derartig gehärtete Mähklinge zu verstärktem Verzug. Dieser Verzug hat zur Folge, daß beim Einsatz der Mähklingen zwischen der oberen und unteren Mähklinge im Bereich der Durchbiegung ein unerwünschter Spalt entsteht, der sich negativ auf die Schnittqualität auswirkt. Das Mähgut wird gequetscht. Es besteht weiterhin der Nachteil, daß durch den Verlauf des Elektronenstrahls quer zur Mähklinge, d. h. annähernd rechtwinklig zur Schneidkante eine Zeiligkeit des Härteverlaufs eintritt. This method has the disadvantage that it can only be used with cutting tools whose hardening area and the tool itself is geometrically designed so that by the shingled arrangement just the area to be hardened remains free in one process step Partially harden tool. The dimensions of the entire tool may vary in width Do not exceed the possible width of the energy transfer field. So the procedure is very limited, because the geometry and dimensions of the parts to be hardened cannot be selected arbitrarily, d. that is, the method described can only be implemented in the event that only one area to be hardened may be present, which extends around the entire workpiece edge. The proceeding continues the disadvantage that the entire area to be hardened is always hardened without interruption becomes. This has a particularly unfavorable effect on cutter blades, as in the above. DE 41 20 689, because the blade tip is hardened into the area of the embossing, which is a Creates a tension field by a higher risk of breakage in this particularly endangered area consists. In addition, a cutter blade hardened in this way tends to warp. This delay has the consequence that when using the cutter blades between the upper and lower cutter blade in Area of deflection creates an undesirable gap that negatively affects the cut quality affects. The crop is crushed. There is also the disadvantage that the course of the electron beam across the cutter blade, d. H. approximately at right angles to the cutting edge Accuracy of the hardness course occurs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Härtung von ebenen Schneidwerkzeugen mittels Elektronenstrahl zu schaffen, wobei nicht die gesamte Oberfläche, sondern mehrere Bereiche derselben zu härten sind. Die zu härtenden Bereiche sind die Schneidkanten als verschleißbeanspruchte Bereiche relativ klein zur Gesamtoberfläche und vorzugsweise am Rand des Schneidwerkzeuges verteilt. Die Geometrie des Schneidwerkzeuges soll beliebig sein und die zu härtenden Schneidkanten können voneinander getrennt oder aneinander anschließend sein. Es soll möglich sein, eine große Anzahl von Schneidwerkzeugen zu härten, wobei stets in einem Prozeßschritt ein Bereich gehärtet wird. Die Produktivität soll hoch sein. Es soll auch möglich sein, mehrere Prozeßschritte in Vakuumfolge auszuführen.The invention has for its object a method for hardening flat cutting tools by means of an electron beam, whereby not the entire surface but several Areas of the same are to be hardened. The areas to be hardened are the cutting edges as areas subject to wear are relatively small to the total surface and preferably at the edge of the Distributed cutting tool. The geometry of the cutting tool should be arbitrary and that too hardening cutting edges can be separate from or adjacent to one another. It should be able to harden a large number of cutting tools, always in one Process step an area is hardened. Productivity should be high. It should also be possible perform several process steps in a vacuum sequence.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.According to the invention the object is achieved according to the features of claim 1. Further advantageous embodiments are described in claims 2 to 4.

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft die Möglichkeit, eine Vielzahl von gleichen Schneidwerkzeugen bzw. Teilen mit gleichen zu härtenden Oberflächenbereichen in einer Anzahl von Prozeßschritten, die der Anzahl der zu härtenden Oberflächenbereiche entspricht, auch in Vakuumfolge zu härten. Durch die überlappende Anordnung der Schneidwerkzeuge wird die mögliche Fläche des Energieübertragungsfeldes optimal ausgenutzt, so daß eine hohe Produktivität erreicht wird. Die dabei dichte Anordnung der Schneidwerkzeuge während des Durchlaufes durch das Energieübertragungsfeld bzw. die Elektronenstrahlanlage gestattet es, das Verfahren in relativ kleinen Rezipienten auszuüben, da die absolute Fläche aller aufgelegten Schneidwerkzeuge klein ist. Das Handling in der Elektronenstrahlanlage unterscheidet sich von bekannten Verfahren. Dabei sind diese den zu härtenden Schneidwerkzeugen anzupassen.The method according to the invention makes it possible to use a large number of identical cutting tools or parts with the same surface areas to be hardened in a number of process steps, which corresponds to the number of surface areas to be hardened, also in a vacuum sequence harden. Due to the overlapping arrangement of the cutting tools, the possible area of the Energy transfer field optimally used so that high productivity is achieved. The tight arrangement of the cutting tools during the passage through the energy transfer field or the electron beam system allows the process to be carried out in relatively small amounts Exercise recipients, since the absolute area of all cutting tools placed is small. The Handling in the electron beam system differs from known processes. Are there adapt these to the cutting tools to be hardened.

Das Verfahren als ein Kurzzeithärteverfahren mit Selbstabschreckung ist besonders geeignet zur Härtung der beiden Schneidkanten von dreieckförmigen Mähklingen. Die geometrische Zuordnung des Energieübertragungsfeldes längs zur Schneidkante führt zu einem gleichmäßiger ausgeführten Härteprofil. Es treten weniger Spannungen auf, die einen Verzug verursachen können. Das wiederum verbessert das Verschleißverhalten.The process as a short-term hardening process with self-quenching is particularly suitable for Hardening of the two cutting edges of triangular cutter blades. The geometric assignment of the energy transfer field along the cutting edge leads to a more uniform design Hardness profile. There are fewer tensions that can cause a delay. That in turn improves wear behavior.

Das Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß die Fokuslage annähernd konstant bleibt, indem der Abstand zwischen dem Elektronenstrahlerzeuger und der Werkzeugoberfläche gleich bleibt. D. h. der Auftreffwinkel des Elektronenstrahls auf den zu beaufschlagenden Oberflächenbereich, d. h. bei Mähklingen der Bereich der Schneidkante bleibt konstant. Damit wird die Homogenität über die Länge der Schneidkante wesentlich verbessert, in dem eine gleichmäßig durchgehende Härte erreicht wird. Letztendlich weist eine derartig gehärtete Mähklinge eine höhere Standfestigkeit auf. Damit ist die Zeiligkeit der Härte in Wegfall gekommen, weil der Elektronenstrahl parallel zur Schneidkante zur Einwirkung gebracht wird.The method also has the advantage that the focus position remains approximately constant by the Distance between the electron gun and the tool surface remains the same. That is, the angle of incidence of the electron beam on the surface area to be exposed, d. H. the area of the cutting edge on mower blades remains constant. This is about homogeneity the length of the cutting edge improved significantly in that an evenly continuous hardness is achieved. Ultimately, a cutter blade hardened in this way is more stable. The line of hardness has been eliminated because the electron beam is parallel to the Cutting edge is brought into effect.

Die Mähklinge wird bedingt durch die überlappte Anordnung bei der Prozeßführung auch an der Schneidkante vom Elektronenstrahl beaufschlagt, was ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist. Der Elektronenstrahl härtet somit auch den Kantenbereich in dem sich die Härtetiefe zur Kante hin vergrößert. Damit wird selbst bei dem nach dem Elektronenstrahlprozeß durchgeführten Anschliff der Mähklinge der danach wirksame Schneidenbereich in seiner Härte verbessert. The cutter blade is also due to the overlapped arrangement in the process control on the Cutting edge struck by the electron beam, which is a particular advantage of the method. The electron beam thus also hardens the edge area in which the hardness depth towards the edge enlarged. Thus, even in the grinding carried out after the electron beam process Cutting blade, the effective cutting area afterwards improved in its hardness.

Die erforderliche weitere Bearbeitung der Oberfläche, d. h. der Schneidkanten erfolgt unmittelbar nach dem Elektronenstrahl-Härteprozeß. Die Kanten werden geschliffen, denn sie haben vor dem Härten eine konstante Materialdicke.The required further processing of the surface, i. H. the cutting edges are immediate after the electron beam hardening process. The edges are sanded because they are going to hardening a constant material thickness.

Die Produktivität des Verfahrens kann noch dadurch erhöht werden, indem die Schneidwerkzeuge in mehreren Gruppen eingelegt und in bekannter Weise im Rezipienten bewegt werden.The productivity of the process can still be increased by using the cutting tools inserted in several groups and moved in the recipient in a known manner.

An zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail using two exemplary embodiments. In the accompanying drawings demonstrate:

Fig. 1 eine Mähklinge mit zwei zu härtenden Schneiden als Draufsicht, Fig. 1 is a cutter blade with two cutting edges to be cured in a top view,

Fig. 2 eine Anordnung der Mähklingen während dem Härteprozeß als Draufsicht, Fig. 2 shows an arrangement of cutter blades during the curing process as a top view,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Mähklingen gemäß Fig. 2, Fig. 3 is a side view of the cutter blades shown in FIG. 2,

Fig. 4 ein Härteprofil einer Mähklinge im Schnitt, Fig. 4 is a hardness profile of a mower blade in section,

Fig. 5 eine Kreiselmähklinge in der Draufsicht, Fig. 5 is a Kreiselmähklinge in plan view,

Fig. 6 eine Anordnung der Kreiselmähklingen während dem Härteprozeß als Draufsicht. Fig. 6 shows an arrangement of the rotary blades during the hardening process as a top view.

Das erste Ausführungsbeispiel zeigt die Härtung einer Mähklinge für Erntemaschinen, welche an zwei Seiten eine gehärtete Kante als Schneidekante besitzt. Nur diese zwei Kanten sollen eine höhere Härte aufweisen als die gesamte Mähklinge um einerseits eine hohe Verschleißfestigkeit nur im Kantenbereich zu haben, aber andererseits muß die Mähklinge elastisch sein, die Bruchgefahr zu verringern.The first embodiment shows the hardening of a cutter blade for harvesting machines, which has a hardened edge on both sides as the cutting edge. Only these two edges should be one have higher hardness than the entire cutter blade on the one hand only high wear resistance to have in the edge area, but on the other hand the cutter blade must be elastic, the risk of breakage too to decrease.

In der Fig. 1 ist die Mähklinge 1 mit den Schneidkanten 2 dargestellt.In FIG. 1, the cutter blade 1 is shown with the cutting edges 2.

Diese aus einem härtbaren Stahl bestehenden Mähklingen 1 werden in eine Vorrichtung, die als Schiene 3 ausgebildet und mit entsprechenden Halte- und Führungselementen (nicht dargestellt) ausgerüstet ist. die Mähklingen 1 sind überhaupt derart eingelegt, daß immer die zu härtende Schneidkante 2 einer Seite frei bleibt. In dieser Anordnung werden die Mähklingen 1 in Pfeilrichtung durch ein von einem Elektronenstrahl erzeugtes Energieübertragungsfeld 4 bewegt. Das Energieübertragungsfeld 4 ist in seiner Breite B so ausgedehnt, daß diese etwa der Länge L der zu härtenden Schneidkante 2 entspricht. Das Energieübertragungsfeld 4 wird durch ein Linienraster erzeugt. Dabei wird der Elektronenstrahl 5 entlang von Scanlinien nach einer hochfrequenten zeitlinearen periodischen Ablenkfunktion geführt. Der Abstand der Scanlinien wird so gewählt, daß die Bedingung einer oberflächenisothermischen Energieübertragung entsprechen. D. h. es wird in sich periodisch wiederholten Ablenkzyklen jede Scanlinie einmal durchlaufen. Diese Erzeugung des Energieübertragungsfeldes 4 und die dazu erforderliche Führung des Elektronenstrahls 5 und Anpassung der Parameter erfolgen in bekannter Weise. Die Anpassung ist von den zu härtenden Oberflächenbereichen der zu erzielenden Härte und Härtetiefe abhängig. Durch die überlappte Anordnung der Mähklingen 1 in der Schiene 3 erfolgt eine Schrägstellung, die aus Fig. 3 ersichtlich ist.These cutter blades 1, which are made of hardenable steel, are converted into a device which is designed as a rail 3 and is equipped with corresponding holding and guiding elements (not shown). the cutter blades 1 are inserted in such a way that the cutting edge 2 to be hardened always remains free on one side. In this arrangement, the cutter blades 1 are moved in the direction of the arrow by an energy transfer field 4 generated by an electron beam. The width B of the energy transfer field 4 is expanded so that it corresponds approximately to the length L of the cutting edge 2 to be hardened. The energy transfer field 4 is generated by a line grid. The electron beam 5 is guided along scan lines according to a high-frequency, time-linear periodic deflection function. The distance between the scan lines is chosen so that the conditions correspond to a surface isothermal energy transfer. That is, each scan line is run through once in periodically repeated deflection cycles. This generation of the energy transfer field 4 and the necessary guidance of the electron beam 5 and adjustment of the parameters take place in a known manner. The adjustment depends on the surface areas to be hardened, the hardness and hardness depth to be achieved. The overlapping arrangement of the cutter blades 1 in the rail 3 results in an inclined position, which can be seen in FIG. 3.

Der Elektronenstrahl 5 trifft also bei der Bewegung der Vorrichtung in Pfeilrichtung zuerst gegen die senkrechte Kante der Schneidkante zu, wodurch ein Härteprofil im Bereich der Schneidkante 2 entsteht, wie es die Fig. 4 zeigt. Bei dem nach dem Härteprozeß durchgeführten Schliff der Mähklinge 1 wird der Bereich 6 weggeschliffen, wobei trotzdem der wirksame Schneidenbereich eine höhere Härte besitzt. When the device moves in the direction of the arrow, the electron beam 5 first hits the vertical edge of the cutting edge, as a result of which a hardness profile is created in the region of the cutting edge 2 , as shown in FIG. 4. When the cutter blade 1 is ground after the hardening process, the area 6 is ground away, the effective cutting area nevertheless having a higher hardness.

Die letzte zu härtende Mähklinge 1 ist durch ein Teil 7 abzudecken, um nicht diese gesamte Mähklinge 1 vom Elektronenstrahl 5 zu beaufschlagen. Die Fläche dieses Teiles 7 ist derart auszubilden, daß nur die Schneidkante 2 der letzten Mähklinge 1 frei bleibt. Die Schrägstellung der Mähklingen 1 darf nur in einem Winkel erfolgen, der in der Kante keinen Wärmestau hervorruft.The last cutter blade 1 to be hardened is to be covered by a part 7 in order not to impinge on this entire cutter blade 1 by the electron beam 5 . The surface of this part 7 is to be designed such that only the cutting edge 2 of the last cutter blade 1 remains free. The mowing blades 1 may only be inclined at an angle that does not cause heat build-up in the edge.

Vorteilhafterweise verläuft das Energieübertragungsfeld mit seiner Längskante parallel zur zu härtenden Schneidkante 2 der Mähklinge 1. Es ist aber auch möglich, prozeßbedingt und vom zu härtenden Teil abhängig eine andere Lage zu wählen.The longitudinal edge of the energy transfer field advantageously runs parallel to the cutting edge 2 of the mowing blade 1 to be hardened. However, it is also possible to choose a different position depending on the process and the part to be hardened.

In einem weiteren Beispiel ist dargestellt, wie die in Fig. 5 gezeigten Kreiselmesserklingen elektronenstrahlgehärtet werden. Die langgestreckte Klinge 8 besitzt zu beiden Seiten eine Schneidkante 9, die nach dem Härten oder auch bereits vorher angeschliffen wird. Die dabei entstehende Schräge kann sowohl auf einer Seite als auch wechselseitig angebracht sein. Wie in Fig. 6 gezeigt, werden die Klingen 8 in eine Schiene 3, ähnlich wie im ersten Beispiel überlappend so eingelegt, daß nur der zu härtende Bereich der Schneidkante 9 frei bleibt. Die letzte Klinge 8 wird ebenfalls durch ein Teil 10 abgedeckt. Das Energieübertragungsfeld 4 wird in seiner wirksamen Breite B so ausgedehnt, daß es annähernd der Länge L der zu härtenden Schneidkante 9 entspricht.Another example shows how the rotary knife blades shown in FIG. 5 are electron beam hardened. The elongated blade 8 has a cutting edge 9 on both sides, which is ground after hardening or even before. The resulting slope can be attached to one side or alternately. As shown in Fig. 6, the blades 8 are placed in a rail 3 , similar to the first example, overlapping so that only the area of the cutting edge 9 to be hardened remains free. The last blade 8 is also covered by a part 10 . The effective width B of the energy transfer field 4 is expanded so that it approximately corresponds to the length L of the cutting edge 9 to be hardened.

Claims

1. A method for hardening cutting tools with electron beams, in which a plurality of surface regions, in particular cutting edges, are to be hardened by moving the surface regions to be hardened relative to one another at a constant speed by an energy transfer field which is generated by a high-frequency line-shaped deflected electron beam, and in each case several cutting tools are arranged in an overlapping manner in the recipient of an electron beam system, characterized in that the width B of the energy transfer field is adapted to the length L of the surface area to be hardened, that the cutting tools are arranged in an overlapping manner such that the respective locally and geometrically identical surface areas each Cutting tool remain free that the cutting tools perpendicular to the longitudinal extent of the surface areas to be hardened relative to the energy transfer field in one process are step-moved, and in that the cutting tools after the hardening of a surface region of or outside the vacuum chamber in position to be changed so that another is not covered on the cutting tool to be hardened surface region and is moved in the same way by the power transmission field.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cutting tools in rows or groups are arranged on a holder such that the cutting tools after the passage through the energy transfer field in the recipient by means of a Movement device are displaceable so that the next surface area to be hardened is free and the rows or groups of cutting tools are moved through the Energy transfer field to be moved.

3. The method according to 2, characterized in that the displacement of the cutting tools mechanically or pneumatically.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that several groups or rows are arranged by cutting tools on a cross table in the recipient and are moved successively through the energy transfer field.