DE2827548C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein ringförmiges Schneidwerkzeug mit verlängerter Schneiddauer für das Abschaben des Oberflächenteiles vom Umfang eines durch das Werkzeug verlaufenden Metallstabes, aus einem ringförmigen Körper mit einer äußeren, ringförmigen, abge­ schrägten Stirnfläche und einer inneren, ringförmigen, sich zur Stirnfläche hin verengenden Oberfläche, die, wo sie einander begeg­ nen, ein ringförmiges Schneidblatt bilden.

Ein Schneidwerkzeug der vorgenannten Art ist in der DE-PS 7 40 235 beschrieben. Dieses Schneidwerkzeug weist auch Facetten in der Stirnfläche auf, die in etwa gleich oder symmetrisch beabstandet darauf angeordnet sind, und die sich allgemein radial von dem ring­ förmigen Schneidblatt weg erstrecken. Die einander berührenden Grenzlinien der Facetten auf der Fläche der äußeren ringförmigen, abgeschrägten Stirnfläche benachbart dem ringförmigen Schneidblatt schaffen eine Vielzahl von Schneidkanten, die im wesentlichen gleich weit von dem ringförmigen Schneidblatt beabstandet sind und davon in einer allgemein radialen Richtung auf der Fläche der äußeren ring­ förmigen, abgeschrägten Stirnfläche hervorstehen.

Ringförmige Schneidwerkzeuge der Art, auf welche sich die vor­ liegende Erfindung bezieht, werden dazu benutzt, periphere Oberflä­ chenteile von Metallstäben oder -stangen abzuschneiden oder abzu­ schaben und dadurch Stäbe oder Stangen mit sauberen Oberflächen frei von Oxiden oder anderen Verunreinigungen zu schaffen und auf diese Weise solche Materialien für die nachfolgende Verarbeitung zuzube­ reiten, wie zur Herstellung von Draht für elektrische Leiter, wie in der US-PS 22 33 928 ausgeführt oder für die Herstellung von Kern- oder Keim-Stäben für das Strangangießen, wie z. B. in der US-PS 30 60 054 beschrieben.

Die ringförmigen Schneidwerkzeuge für diesen Zweck nach dem Stande der Technik, wie den in der US-PS 22 33 928 gezeigten, be­ standen häufig aus einem Schnellarbeits-Werkzeugstahl, der für die Verwendung zu Schneidwerkzeugen spezifisch entwickelt worden ist. Die ringförmigen Schneidwerkzeuge nach dem Stande der Technik weisen eine hohe Festigkeit und strukturelle Integrität auf, doch unterlie­ gen sie einem sehr schnellen Abrieb an und um ihre Schneidkanten herum, wenn man sie für den bestimmungsgemäßen Zweck einsetzt. Wenn man z. B. die Oberfläche von und um Stäbe herum aus im wesentlichen reinen Kupfermetall wegschneidet, dann werden die üblichen ringför­ migen Schneidwerkzeuge nach dem Stande der Technik aus einem han­ delsüblichen Hochleistungsstahl der folgenden etwaigen Zusammenset­ zung in Gew.-%: Kohlenstoff 1,25; Chrom 4,0; Molybdän 3,5; Vanadium 3,5; Kobalt 9,0; Wolfram 9,0 und der Rest ist Eisen, üblicherweise nach einer durchschnittlichen Benutzungsdauer von etwa 12 Stunden kontinuierlichen Schneidens verschlissen.

In komplexen kontinuierlichen Herstellungsverfahren, wie dem Strangangießen gemäß der US-PS 30 60 054, bei dem das kontinuierli­ che Abschaben des Oberflächenteiles eines Stabes zur kontinuierli­ chen Lieferung eines Kern- oder Keimstabes eine wesentliche Vorstufe ist, stellt das im Durchschnitt alle 12 Stunden erforderliche Unter­ brechen des Betriebes für das Auswechseln der abgenutzten ringförmi­ gen Schneidwerkzeuge und das Wiederanlaufenlassen des Verfahrens ei­ nen sehr kostspieligen und bedeutsamen Nachteil dar, der den Schneidwerkzeugen nach dem Stande der Technik anzulasten ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genann­ te ringförmige Schneidwerkzeug dahingehend zu verbessern, daß es ei­ ne beträchtlich längere Benutzungsdauer gestattet.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß ein Überzug aus Titankarbid in einer Dicke von weniger als 0,01 mm das ringförmige Schneidblatt abdeckt und der Körper aus Werkzeugstahl besteht, der bis zu einer Härte von mindestens 55 Rockwell C gehärtet worden ist.

Die mit Titankarbid überzogenen Schneidwerkzeuge nach der vor­ liegenden Erfindung sind, ungeachtet der großen Unterschiede in den Elastizitätsmodulen des Stahlsubstrates und des Titankarbid-Überzu­ ges, dauerhaft. Sie zeigen eine 4- bis 5mal längere Gebrauchsdauer gegenüber den ringförmigen Schneidwerkzeugen nach dem Stande der Technik, und dadurch werden 4 oder 5 kostspielige und komplexe Pro­ duktionsunterbrechungen und Wiederinbetriebnahmen für die Ersetzung verschlissener Schneidwerkzeuge vermieden.

Die erfindungsgemäßen ringförmigen Schneidwerkzeuge behalten während längerer kontinuierlicher Schneidoperationen von bis zu 50 Stunden oder mehr bei Geschwindigkeiten von mehr als 82,5 m/min und Schneidtiefen bis zu etwa 0,15 bis etwa 0,225 mm in einen Metallstab ihre hohe Festigkeit und die strukturelle und erforderliche Abmes­ sungsstabilität bei und erhalten dadurch ihre Schneidkante und die Beständigkeit gegenüber Abrieb aufrecht, während sie den hohen Ein­ satztemperaturen ausgesetzt sind.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen ringförmigen Schneidwerkzeuges wieder­ gegeben.

Das ringförmige Schneidwerkzeug 10 umfaßt einen allgemein hohlen zylindrischen oder hülsenartigen Körper. Dieses Werkzeug 10 ist mit einem axial verlaufenden Innendurchgang 12 versehen, der sich längs durch das Werkzeug erstreckt und für die Längsbewegung eines Stabes oder einer Stange durch das Werkzeug dient, um dabei das ringförmige Schneidblatt des Werkzeuges 10 in den peripheren Oberflächenteil des Stabes oder der Stange zu drücken, während sich diese längs in und durch den Durchgang 12 des Werkzeuges 10 bewegt.

Das ringförmige Schneidwerkzeug 10 ist, wie üblich, vorzugs­ weise mit einem sich leicht verjüngenden Basisteil 14 versehen, um die sichere Montage und Zentrierung des Werkstückes in einem nicht dargestellten Halter zu erleichtern. Der sich verjüngende Basisteil 14 gestattet es, daß das Werkzeug 10 zentral sicher in einer festge­ legten Position festgekeilt wird durch die entgegengesetzte Richtung der Kraft, die von der mechanischen Anstrengung herrührt, die aufge­ wandt wird, um einen Stab oder eine Stange längs durch die ringför­ mige Schneideinrichtung zu bewegen, die ein ringförmiges Schneid­ blatt geringeren Durchmessers als dem Gesamtdurchmesser der einge­ brachten Stange aufweist.

Der axial verlaufende Innendurchgang 12, der sich durch das Werkzeug 10 erstreckt, ist in geeigneter Weise nach außen weg von dem ringförmigen Schneidblatt abgeschrägt, um den ungestörten Durch­ gang des Stabes oder der Stange längs durch den Rest des Werkzeuges zu erleichtern, nachdem das Abschneiden oder Abschaben des periphe­ ren Oberflächenteiles durch das ringförmige Schneidblatt des Werk­ zeuges erfolgt ist.

In einer bevorzugten und konventionellen Ausführungsform des ringförmigen Schneidwerkzeuges ist das Endstück des Werkzeuges 10, welches das ringförmige Schneidblatt enthält, mit einer kleineren Fläche oder einem abgesetzten Abschnitt ausgebildet, wie er durch eine Schulter 16 und einen Kopfteil 18 geringeren Durchmessers, ver­ glichen mit dem Rest des Werkzeugkörpers, gebildet wird. Diese Aus­ führung ergibt ausreichend Masse für große Festigkeit in der Basis 14 des Werkzeuges und schafft gleichzeitig einen verringerten oder minimalen Oberflächenbereich, der einem abreibenden Kontakt durch die allgemein radiale oder seitliche Bewegung der abgeschnittenen Teile des Stabes ausgesetzt ist, die sich darüber von dem Schneid­ blatt weg bewegen. Dadurch wird der Abrieb und die durch Reibung er­ zeugte Wärme möglichst gering gehalten.

Der Kopfteil 18 des ringförmigen Schneidwerkzeuges 10 ist mit einer äußeren ringförmigen, abgeschrägten Stirnfläche 20 und einer inneren ringförmigen, abgeschrägten, sich zur Stirnfläche hin veren­ genden Oberfläche 22 versehen, die an einem axialen Ende aufeinan­ der zu laufen und ein ringförmiges Schneidblatt 24 bilden, das axial vom Kopfteil 18 des Werkzeuges 10 hervorragt und darauf eine Leit­ kante bildet. Das ringförmige Schneidblatt 24 ist so ausgebildet, daß es einen in geeigneter Weise geringeren Umfang oder Durchmesser hat, als der gesamte Außendurchmesser der Stäbe oder Stangen be­ trägt, die dadurch auf dem Umfang abgeschnitten oder abgeschabt wer­ den sollen, wenn sich diese Stäbe oder Stangen zentral in und durch den inneren Durchgang des Werkzeuges in einer Richtung entgegen der Leitkante bewegen, wodurch das axial hervorstehende ringförmige Schneidblatt 24 den peripheren Oberflächenteil der durchgeführten Stäbe oder Stangen entlang deren Länge abschabt.

Die äußere ringförmige, abgeschrägte Stirnfläche 20 des Werk­ zeuges 10 kann in üblicher Weise mit einer Mehrzahl von Facetten 26 versehen sein. Die Facetten 26 können in der Fläche der äußeren ringförmigen, abgeschrägten Oberfläche 20 durch maschinelle Bearbei­ tung oder Schleifen der konischen Fläche oder Ebene zu einer im we­ sentlichen ebenen oder konkaven Kontur oder einer anderen unter­ schiedlichen Kontur gebildet werden, die sich von der konischen Flä­ che oder Ebene der äußeren ringförmigen, abgeschrägten Stirnfläche 20 unterscheidet. Die Mehrzahl der Facetten 26 sollte in der äußeren ringförmigen, abgeschrägten Stirnfläche 20 des ringförmigen Schneid­ blattes 24 geschaffen werden, wobei jede der Facetten mit ihren Be­ grenzungslinien 28 an die Begrenzungslinien 28 einer anderen Facette an einem Ort benachbart dem ringförmigen Schneidblatt 24 anstößt.

Die Schneidkanten 30, die sich im Abstand um das ringförmige Schneidblatt 24 befinden, spalten oder zerteilen das vom peripheren Oberflächenteil des Stabes abgeschabte Material zu einer Mehrzahl von Längsabschnitten oder Schablängen und ermöglichen so, daß der Oberflächenteil, der vom Umfang des Stabes oder der Stange abge­ schnitten bzw. abgeschabt wurde, in einer seitlichen oder radialen Bewegung als eine Mehrzahl getrennter, einzelner zusammenhängender Streifen oder Abschnitte entfernt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das ringförmige Schneidwerkzeug 10 eine zusammengesetzte Konstruktion aus einem Grundkörper 32 aus luftgehärtetem Werkzeugstahl, bei dem ein Überzug 34 aus Titankarbid, der als gesprengelter Abschnitt veranschaulicht ist, das ringförmige Schneidblatt 24 und vorzugsweise die dazu be­ nachbarten Teile bedeckt, wie die äußere ringförmige, abgeschrägte Stirnfläche 20 und die anderen Oberflächen, die dem bewegten Kontakt mit dem abgeschnittenen Material ausgesetzt sind.

Der Grundkörper 32 ist in der wie oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten bevorzugten und konventionellen Konfigu­ ration oder in einer anderen geeigneten Form ausgebildet, und er be­ steht aus einem lufthärtenden AISI-Werkzeugstahl, wie D2-, D7- oder A7-Arten von Werkzeugstahl, die auch als lufthärtende Kaltarbeits- Werkzeugstähle und Kaltarbeitsstähle mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt bezeichnet werden.

Der Stahlkörper sollte nach dem Überziehen durch Erhitzen auf mindestens 1010°C gehärtet oder austenitisiert und danach luftge­ kühlt werden, um eine Härte von mindestens etwa 55 Rockwell C und vorzugsweise eine Härte von etwa 58 bis etwa 63 Rockwell C zu erhal­ ten, die für eine optimale Leistung erforderlich sind.

Der Titankarbid-Überzug 34 auf dem Grundkörper 32 wird insbe­ sondere auf dessen kritischen Oberflächenteilen an Ort und Stelle durch Vakuumbedampfen gemäß den bekannten Verfahren aufgebracht. Im allgemeinen wird der Grundkörper 32 oder ein Teil davon verdampftem Titan und Kohlenstoff in einer Umgebung einer Temperatur von etwa 982°C bis etwa 1032°C für eine Dauer von etwa 2 Stunden oder bis sich ein Überzug mit einer geeigneten oder erwünschten Dicke gebil­ det hat, z. B. einer solchen von etwa 0,005 bis etwa 0,01 mm, ausge­ setzt. Wenn der Überzug rauh oder es in anderer Weise zweckmäßig ist, kann er poliert werden, um die Rauhigkeit zu beseitigen und den Überzug zu glätten.

Da die Temperatur für das Aufdampfen des Titankarbids etwa 982°C bis 1050°C die Härtungs- oder Austenitisierungsbedingungen von et­ wa 1010°C umfaßt oder sich diesen annähert, kann die Stahlhär­ tungsbehandlung mit dem Bedampfen kombiniert werden, indem man ein­ fach das Titankarbid auf den Stahlkörper oder Oberflächenteile davon in ungehärtetem Zustand des Stahlkörpers aufbringt und man danach den Stahl in geeigneter Weise auf eine brauchbare Temperatur erhitzt und ihn anschließend rascher als mit kritischer Abkühlgeschwindig­ keit in einer inerten Atmosphäre abkühlen läßt.

Um die relative Wirksamkeit des erfindungsgemäßen ringförmigen Schneidwerkzeuges im Hinblick auf lange und befriedigende Leistung auszuwerten und zu demonstrieren, wurde eine Anzahl von ringförmigen Schneidwerkzeugen der zusammengesetzten Struktur und Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung als Ersatz für die bekannten Werk­ zeuge unter identischen Bedingungen zum Abschaben der Oberflächen­ teile von Kupferstäben zum Strangangießen untersucht.

Die dabei beispielhaft eingesetzten ringförmigen Schneidwerk­ zeuge nach der vorliegenden Erfindung bestanden aus einem Grundkör­ per 32 aus AISI D2 Werkszeugstahl mit der folgenden ungefähren Zusam­ mensetzung in Gew.-%:
Kohlenstoff 1,55; Chrom 11,5; Molybdän 0,8; Vanadium 0,9 und der Rest war Eisen. Es wurde ein Überzug mit einer Dicke von etwa 0,0075 mm durch Aufdampfen auf dem ringförmigen Schneidblatt 24, der äuße­ ren ringförmigen, abgeschrägten Stirnfläche 20 sowie den darauf be­ findlichen Facetten 26 und der inneren ringförmigen, abgeschrägten Oberfläche 22 bei einer Temperatur von etwa 1010°C während 2 Stun­ den gebildet. Die so überzogenen und erhitzten Werkzeuge wurden dann luftgekühlt und danach gehärtet bis zu einer Härte von etwa 60 Rock­ well C.

Die ringförmigen Schneidwerkzeuge nach dem Stande der Technik mit identischer Konfiguration und Abmessungen wie bei den erfin­ dungsgemäßen Werkzeugen bestanden aus Hochleistungsstahl der ein­ gangs genannten ungefähren Zusammensetzung.

Diese Standardwerkzeuge nach dem Stande der Technik wurden bis zu einer Rockwell-Härte C von 58 bis 65 gehärtet.

Die Testwerkzeuge sowohl nach der vorliegenden Erfindung als auch nach dem Stande der Technik wurden mit einem ringförmigen Schneidblatt 24 mit einem Öffnungsdurchmesser von etwa 9,53 bis etwa 7,14 mm hergestellt, und ein Werkzeug wurde als verbraucht angese­ hen, wenn der Abrieb auf dem ringförmigen Schneidblatt die Hemmung auf den durchgezogenen Stab bis zur vorgesehenen Stromkapazität des elektrischen Motors erhöhte, der den Stab durch das ringförmige Schneidwerkzeug zog. Daraufhin wurde der Test für dieses Werkzeug beendet und seine Gebrauchsdauer gemessen.

Indem man unter identischen Bedingungen und gemäß dem oben be­ schriebenen Kriterium arbeitete, ergab sich für die 66 Standard Schneidwerkzeuge nach dem Stande der Technik eine durchschnittliche Standzeit von 11,73 Stunden, während Kupfer mit 5,85 t/h gegossen wurde, bevor die Werkzeuge aufgrund des Abriebs verbraucht waren, während 39 ringförmige Schneidwerkzeuge nach der vorliegenden Erfin­ dung eine durchschnittliche Standzeit von 50,8 Stunden aufwiesen, während Kupfer mit der höheren Geschwindigkeit von 6,14 t/h gegossen wurde.

Claims (5)

1. Ringförmiges Schneidwerkzeug mit verlängerter Schneiddauer für das Abschaben des Oberflächenteiles vom Umfang eines durch das Werk­ zeug verlaufenden Metallstabes, aus einem ringförmigen Körper mit einer äußeren, ringförmigen, abgeschrägten Stirnfläche und einer in­ neren, ringförmigen, sich zur Stirnfläche hin verengenden Oberflä­ che, die, wo sie einander begegnen, ein ringförmiges Schneidblatt bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überzug (34) aus Titankarbid in einer Dicke von weniger als 0,01 mm das ringförmige Schneidblatt (24) abdeckt und der Körper aus Werkzeugstahl besteht, der bis zu einer Härte von mindestens 55 Rockwell C gehärtet worden ist.

2. Ringförmiges Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Titankarbid-Überzug auf dem ringförmigen Schneidblatt (24) eine Dicke von mindestens etwa 0,005 mm aufweist.

3. Ringförmiges Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Körper aus Werkzeugstahl bis zu einer Härte von Rockwell C 58 bis 62 luftgehärtet ist.

4. Ringförmiges Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Titankarbid-Überzug durch Bedampfen aufgebracht ist.

5. Ringförmiges Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Körper aus einem lufthärtenden Werkzeugstahl be­ steht, der bis zu einer Härte von 60 Rockwell C gehärtet worden ist.