DE3127178A1

DE3127178A1 - Verfahren zum reduzieren der rissbildungsneigung im boden von saegezaehnen

Info

Publication number: DE3127178A1
Application number: DE19813127178
Authority: DE
Inventors: Börje Lennart Ingemar 68300 Hagfors Johannsson
Original assignee: Uddeholms 68305 Hagfors AB; Uddeholms AB
Current assignee: Voestalpine Precision Strip AB
Priority date: 1980-07-09
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1982-05-27
Also published as: SE8005039L; FR2486432A1; FR2486432B1; CA1160871A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der Rißbildungsneigung im Boden von Sägezähnen durch Erhöhung der Fähigkeit der Säge, einer dynamischen Belastung zu widerstehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in erster Linie für Sägen vorgesehen, die nicht wiedergeschärft werden sollen, wie Kreis-, Band- und Gattersägen, die mit Hartmetall ausgestattet oder mit Stellit besetzt sind.

Eine der allgemeinsten Ursachen von Sägebrüchen sind Risse im Boden der Zähne. Dies betrifft insbesondere hochwertige Sägen, die nicht erneut geschärft werden müssen, wie Kreis-, Band- und Rahmensägen, die mit Hartmetall ausgestattet oder mit Stellit besetzt sind. Bei wiederzuschärfenden Sägen ist die Häufigkeit von Rissen im Boden der Zähne beträchtlich niedriger, was unter anderem auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß Risse im Anfangsstadium während des Wieder schärf ens weggeschliffen werden und neues Material, das nicht dynamisch belastet wurde, bloßgelegt wird. Risse im Boden der Zähne treten am häufigsten durch Materialermüdung auf. Fraktographische und metallographische Studien zeigen, daß die anfängliche Bildung von Rissen im Boden der Zähne hauptsächlich durch mechanische Beschädigungen und Überbeanspruchung, seltener jedoch durch direkte Fehlstellen im Material verursacht wird. Eine bestimmte Verbesserung kann durch Reduzieren der Größe und der Anzahl der mechanischen Beschädigungen durch übliche Behandlung des Bodens der Zähne in Form von Schleifen und Polieren erhalten werden, wobei die Verbesserung jedoch nur geringfügig ist und das Problem der Rißbildungen im Boden der Zähne selbst nach sehr sorgfältiger herkömmlicher Behandlung des Bodens der Zähne bleibt. Bei einer Entwicklung zu erhöhten Produktionsgeschwindigkeiten und engeren Sägeschlitzen und damit dünneren Sägeblättern ist das Problem weiter verschärft.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Reduzieren von Rissen im Boden von Sägezähnen durch Erhöhung der Fähigkeit der Säge, einer dynamischen Belastung zu widerstehen, vorzuschlagen.

Die Erfindung beruht auf dem Studium von Restspannungen in Sägeblättern, wonach eine Verbindung zwischen der Tendenz zur Rißbildung im Boden der Zähne und der Ausrichtung der Spannurigsrichtung besteht. Je stärker danach die Ausrichtung der Spannungen ist, desto größer sind die Zugspannungen, welche in die Böden der Zähne eingeführt werden. Die überlagerte dynamische Zugspannung, welche für die anfängliche Bildung von Rissen erforderlich ist, wird gemäß dem sogenannten Goodman-Diagramm reduziert. Damit jedoch eine Säge einsatzfähig ist, müssen Zugspannungen in den Bereich rund um die Sägezähne eingeführt werden, um die Druckspannungen auszugleichen, welche durch Wärmeentwicklung während des Sägens auftreten. Andernfalls würde die Säge durch Erhitzen instabil werden und als Folge davon eine schwache Sägeleistung erbringen.

Gemäß der Erfindung werden die innewohnenden Spannungen im Sägeblatt durch plastische Verformung umverteilt, so daß Druckspannungen im Bereich der Böden der Zähne und Zugspannungen unter den Rücken der Zähne eingeführt werden. Durch diese Umverteilung der innewohnenden Spannungen lokal im Bereich rund um die Böden der Zähne dergestalt, daß die Druckspannungen an den Böden der Zähne und die Zugspannungen unter den Rücken der Zähne konzentriert werden, wo die Säge weniger beansprucht wird, kann die Fähigkeit der Säge erhöht werden, den dynamischen Sägekräften zu widerstehen. Eine Voraussetzung ist dabei jedoch, daß die integrierten Spannungen über einen der Zahnteilung entsprechenden Abstand die Druckspannungen ausgleichen können, welche während des Sägens durch Wärmeausdehnung entstehen.

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Die erfindungsgemäße Verformung kann im Prinzip auf mindestens zwei verschiedene Arten erfolgen. Nach dem ersten Verfahren wird die Verformung von den Seiten des Sägeblattes her bewirkt, wobei das hierbei benutzte Werkzeug so angesetzt wird, daß es im wesentlichen gerade gegen die Wurzeln der Zähne gerichtet ist. Unter den Begriffen "Wurzel des Zahnes" und "im Boden" soll hier der tiefste Teil der Talsohle im Zwischenraum zwischen zwei Sägezähnen verstanden werden, d.h. die Stelle, wo der Kerbeffekt normalerweise als am größten angenommen werden kann. Das Werkzeug hat einen konvexen Kopf, welcher so in das Sägeblatt gedrückt wird, daß die verbleibende Verformung ein Ausmaß in der tangentialen Richtung des Bodens der Zähne, d.h. in der Wurzel des Zahnes hat, welches größer als die Blattdicke des Sägeblattes, jedoch geringer als das 1,5-fache des Radius des Zahnbodens ist. Bevorzugt ist das Ausmaß der Verformung mindestens halb so groß undJiöchstens gleich groß wie das Doppelte des Radius des Zahnbodens. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Werkzeug gegen die Wurzel des Zahnes mit einer Kraft F in Newton gedrückt wird, die durch den Ausdruck bestimmt ist

^{F = A}1 · ²

in welchem " ;

A^ eine Konstante ist, die zwischen 1,5 und 4, bevorzugt _E

zwischen 2 und 3 liegt, [

R_q 2 äi^e Streckfestigkeit des Blattmaterials in N/mm und

2r^ = d.j das Ausmaß der verbleibenden Verformung in tangentialer Richtung des Zahnbodens in mm ist.

* 9

Nach einem anderen Verfahren geht die Verformung von der Stirn seite aus, wobei ein Werkzeug in den Boden eines Sägezahnes niedergedrückt wird, und zwar bevorzugt mit einer Kraft F in Newton, welche durch den Ausdruck bestimmt ist

F β A₂ . t . T₂ . Rp_O2 (N),

₂ . t . T₂ . Rp_Oi2 in welchem

A₂ eine Konstante ist, welche zwischen 0,3 und 0,8, bevorzugt zwischen 0,4 und 0,6 liegt,

t die Stärke des Blattes in mm,

r₂ der Bodenradius des Gerätes in mm und

die Streckfestigkeit des Blattmaterials in N/mm ist.

Es ist möglich, die beiden beschriebenen Verfahren miteinander zu kombinieren. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den durchgeführten Versuchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in einer Seitenansicht einen Teil eines Sägeblattes, wie es im Boden der Sägezähne entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verformt wird;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II der Fig. 1;

Fig. 3 die gleiche Ansicht wie Fig. 1, wonach das Material im Boden der Sägezähne entsprechend einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verformt wird und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Sägeblatt 1, das in der Form variieren und beispielsweise ein Kreissäge-, ein Gattersäge- oder, ein Bandsägeblatt sein kann. Ein Sägezahn ist mit 2, die Wurzel eines Sägezahnes (auch Zahnboden genannt) mit 3 und der Rücken eines Zahnes mit 4 bezeichnet. Entsprechend dem in den Fig. 1 _: und 2 angegebenen Verfahren ist ein Werkzeug mit 5a und 5b bezeichnet. Diese Werkzeuge 5a, 5b werden gegen die Wurzel 3 * des Sägezahnes 2 von jeder Seite gedrückt. Der Radius der Werkzeuge 5a und 5b in einer Ebene, welche senkrecht zur zentralen ', Achse des Werkzeuges liegt, wird mit r bezeichnet, wobei das Maß ¹^ der verbleibenden Verformung, d.h. des Eindruckes in der tan- · gentialen Richtung des Bodens des Sägezahnes mit d^ und der _; Radius des Bodens des Sägezahnes, d.h. in der Wurzel des Sägezahnes mit R bezeichnet werden. Entsprechend der Ausführungsform haben die Werkzeuge 5a und 5b abgerundete Köpfe in Form von Kugelkappen. Ovale Formen können auch benutzt werden, wobei das Werkzeug jedoch so ausgerichtet wird, daß die kürzere Achse des Kopfes in tangentialer Richtung der Wurzel des Zahnes orientiert ist. Die Werkzeuge 5a und 5b sind weiterhin so ausgerichtet, daß die Mitte des Werkzeuges direkt oberhalb der ^urzel des Sägezahnes liegt. Wenn die Mitte weiter in Richtung auf die Probe verschoben wird, können Mikrorisse im Boden des _; ^sägezahnes entstehen, was .eine katastrophale Verminderung der Π

Ermüdungsgrenze zur Folge hat. Die Werkzeuge 5a und 5b werden mit einer solchen Kraft angedrückt, daß eine plastische Ver-

formung im Bereich vor der Wurzel des Sägezahnes entsteht. Die halbmondförmigen Vertiefungen oder Eindrücke, d.h. die im Material nahe der Zahnwurzel gebildeten Verformungen, sind mit 7a und 7b bezeichnet. Wie bereits ausgeführt, haben diese ein Ausmaß in tangentialer Richtung, das mit d^ (= 2r-) bezeichnet ist.

Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Verfahren sollten die Werkzeuge 5a und 5b gegen die Säge mit einer geeigneten Kraft F gedruckt werden, die durch den nachfolgenden Ausdruck bestimmt ist:

in welchem

F die Kraft (N),

A^ eine empirisch zu bestimmende Konstante,

2r.j = d^ das Maß der bestehenden Verformung (des Eindrucks) in mm in tangentialer Richtung im Boden des Sägezahnes und

2 Streckfestigkeit in N/mm² ist.

Venn die plastische Verformung zu gering ist, wird es schwierig, eine durchgehende Verformung in Richtung der Dicke des Materials zu erreichen. Wenn das Material nicht durchgehend verformt wird, wird der Beginn des Ermüdungsbruches von den Kanten zum Zentrum hin versetzt, weil Zugspannungen in diesem Bereich auftreten. Andererseits kann eine übermäßige plastische Verformung dazu führen, daß das Erfordernis einer Zugspannung im Bereich rund um die Sägezähne insgesamt nicht erfüllt ist. In den im Labora-

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torium durchgeführten und nachstehend berichteten Versuchen wurde für die Konstante A,. ein Wert von etwa 2,5 ermittelt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen ein weiteres Verfahren zur plastischen Verformung des Materials im Bereich vor der Wurzel des Sägezahnes, welches im Vergleich mit dem vorhergehenden Verfahren zwar einen niedrigeren, jedoch immer noch positiven Effekt auf die Ermüdungsbruchgrenze ausübt. In diesem Fall wird die Verformung mit einem Dorn 10 durchgeführt, dessen Dicke größer als die Dicke t des Blattes sein sollte und der eine Rundung hat, deren Radius r₂ etwas kleiner als der Radius R des Zahnbodens ist. Der Dorn 10 wird stirnseitig gegen die Wurzel des Zahnes niedergedrückt, wobei ein verformter Bereich entsteht.

Für diesen Fall ist eine geeignete Verformungskraft entsprechend dem nachfolgenden Ausdruck berechnet worden:

F α A₂ . t . r₂ .

in welchem

F die Kraft in N,

A₂ eine empirisch zu bestimmende Konstante ist, für die nach den im Laboratorium durchgeführten Versuchen ein geeigneter Wert von 0,5 ermittelt wurde,

t die Dicke des Blattes in mm, r₂ der Bodenradius des Domes in mm und _o die Streckfestigkeit in N/mm² ist.

Bei beiden Verfahren zur Herstellung von Sägen mit verstärkten Zahnböden folgt man dem herkömmlichen Weg bis zum Verzahnen, Schleifen und Polieren der Sägezähne bzw. der Lücken zwischen den Zähnen. Danach wird die örtliche plastische Verformung bevorzugt in Übereinstimmung mit dem ersten Verfahren gemäß den Figuren 1 und 2 durchgeführt. Die übliche Herstellungsmethode wird dann dort fortgesetzt, wo sie unterbrochen wird. Während des Oberflächenschleifens verschwinden die "Vertiefungen" und/oder erhabenen Stellen, d.h. die Verformungsbereiche 7a, 7b bzw. 11 rund um die Böden der Zähne, welche durch die Werkzeuge geformt sind und andernfalls das Mitnehmen von Sägespänen verursachen würden.

Um zu bestimmen, wo und wie die beste Wirkung mit der plastischen Verformung zwecks Umverteilung der innewohnenden Spannungen in dem Sägeblatt erreicht wird, so daß Druckspannungen aufgebaut werden, die von den Böden der Zähne ausgehen, und Zugspannungen unter den Rücken der Zähne entstehen, wurden Versuche an gekerbten Ermüdungsteststäben durchgeführt, wobei der Radius der Kerbe dem Radius des Bodens eines Zahnes bei einer Säge entsprach. Die Teststäbe wurden aus einem niedriglegierten Kohlenstoffstahl vom Typ UHB SERATOR 48 mit der in Tabelle I angegebenen Charakteristik erhalten.

Tabelle I Daten des eingesetzten Kohlenstoffstahls

Material R^_{0 2} R^ A₅ Rockwell- Nenn-

(N/mm²) (N/mm²) % ^härte ^C abmessung

UHB SEP.48 1280 1450 12 46 260 χ 2,11

Die Ermüdungsgrenze (mit 50 % Bruchwahrscheinlichkeit) wurde unter pulsierender Zugbelastung R = öl ./<£'„ = 0 in Überein-Stimmung mit der Stufenmethode für ein Maximum von 2,10 Belastungszyklen bestimmt. Das während des Versuches erhaltene Ergebnis ist in der Tabelle II angegeben. Wie hieraus zu ersehen ist, wurde mit dem Verfahren I, bei dem die Verformung von den Seiten erfolgte, eine Zunahme in der Ermüdungsbruchgrenze von etwa 50 % erreicht. Mit dem Verfahren II, bei dem die Verformung nach unten im Boden des Sägezahnes (dem Boden der Kerbe) erfolgte, wurde eine merklich geringere, jedoch immer noch bemerkenswerte Verbesserung in der Ermüdungsbruchgrenze erreicht. Beim Verfahren I wurde ein Werkzeug in Form eines Domes benutzt, dessen Querschnittsradius r bis zu 3 mm betrug. Der Dorn war am Ende kugelförmig geformt, wobei die so ausgebildete Fläche gegen die Probe gedrückt wurde und sich der Radius der Krümmung des Kopfes auf 15 mm belief. Gemäß Verfahren II wurde ein Dorn mit einer Dicke von 6 mm benutzt, welcher einen Bodenradius von r2 = 2,5 mm hatte. Der Bodenradius der Kerbe betrug 3 mm, die Dicke des Prüfstückes dagegen 2 mm.

	Tabelle	II	* mit s.Belastg. = O)	Dehnung S	Nummer der Proben	Zunahme von
		(N/mm²)	(N/mm²)
	Daten aus den Versuchen	+ 318	<C 25	10
Ausführungsform		+ 470	44	15	48
	EBG* pul£ <^RS	+ 479	<25	6	51
Ohne plast.Ver formen		+ 363	21	7	14
Verfahren I**	318
¹¹ + Flach schleifen	470
Methode II***	479
	363

* EBG = Ermüdungsbruchgrenze

** Verformung von den Seiten gegen die Wurzel der Kerbe mit Werkzeug von r = 3 mm, Radius der Krümmung des Werkzeugkopfes = 15 mm;
Druckkraft = 29400 N.

Verformung von der Stirnseite nach unten in die Kerbe gegen die Wurzel der Kerbe mit einem Werkzeug, das eine Dicke von 6 mm und einen Radius von r₂ = 2,5 mm hatte; Druckkraft = 2940 N.

Claims

7. Juli 1981 Fu/Ra.

Uddeholms Aktiebolag, Hagfors

Verfahren zum Reduzieren der Rißbildungsneigung im Boden von Sägezähnen

Patentansprüche

(1. !Verfahren zum Reduzieren der Rißbildungsneigung im Boden von Sägezähnen durch Erhöhung der Fähigkeit einer Säge, einer dynamischen Belastung zu widerstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die innewohnenden Spannungen im Sägeblatt (1) durch plastische Verformung so umverteilt werden, daß im Bereich der Böden (3) der Zähne (2) Druckspannungen eingeführt werden, die durch das Kraft-/Spannungsgleichgewicht von Zugspannungen unter den Rücken (4) der Zähne (2) ausgeglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung von den Seiten des Sägeblattes (1) aus erfolgt, wobei die Werkzeuge (5a, 5b) so angesetzt werden, daß sie im wesentlichen gegen die Wurzeln (3) der Zähne (2) gerichtet sind, d.h. gegen die Stelle, wo die Kerbwirkung nor- · malerweise am größten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (5a, 5b) einen konvex ausgebildeten Kopf hat, der in das Sägeblatt (1) so eingedrückt wird, daß die verblei-

bende Verformung (7a, 7b) ein Ausmaß (d^ = 2r^) in der tangentialen Richtung des Bodens (3) des Zahnes (2) hat, welches größer als die Dicke (t) des Sägeblattes (1), jedoch geringer als das 1,5-fache des Krümmungsradius (R) des Bodens (3) des Zahnes (2) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Verformung (d^) mindestens halb so groß und höchstens gleich groß ist wie der doppelte Radius des Bodens (3) des Zahnes (2).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (5a, 5b) gegen die Wurzel (3) des Zahnes (2) mit einer Kraft (F) gedrückt wird, welche sich aus dem Ausdruck

ρ
F = A₁ . R^q ρ · ^ri ergibt, in welchem F die Kraft in Newton (N), A₁ eine Konstante, welche zwischen 1,5 und 4, bevorzugt zwischen 2 und 3 liegt, R^_{0 2} die Streckfestigkeit des Blattmaterials in N/mm und 2^ = d^ das Ausmaß der verbleibenden Verformung in tangentialer Richtung des Bodens (3) des Zahnes (2) in mm ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung von der Stirnseite ausgeführt wird, wobei ein Werkzeug (10) nach unten gegen den Boden (3) des Sägezahnes (2) geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung mit einem abgerundeten Werkzeug ausgeführt wird, dessen Dicke (b) größer als die Dicke (t) des Blattes ist, und dessen/Rundung einen Radius (r„) hat, welcher etwas kleiner, jedoch höchstens 20 % kleiner als der Radius (R) des Bodens (3) des Zahnes (2) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mit einer Kraft (F) gedrückt wird, welche sich aus der Beziehung F = Ap · t . r„ . R~ ₂ ergibt, in der F die Kraft in Newton (N), Ap eine Konstante zwischen 0,3 und 0,8, bevorzugt zwischen 0,4 und 0,6, t die Dicke des Sägeblattes in mm, Γρ der Bodenradius des Werkzeuges in mm und Rq ₂ "die Streckfestigkeit des Blattmaterials in N/mm ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Spannungen über die Strecke einer Zahnteilung ausreichend sind, um die Druckspannungen auszugleichen, die durch Wärmeausdehnung während des Sägens entstehen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen von den Seiten des Sägeblattes (1) gegen die Wurzeln (3) der Sägezähne (2) mit dem Pressen von der Stirnseite nach unten in den Boden (3) der Sägezähne (2) kombiniert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sägeblatt (1) nach dem Verformen an der Oberfläche geschliffen wird, so daß die Vertiefungen oder erhabenen Stellen, die durch die Werkzeuge (5a, 5b) rund um die Böden (3) der Zähne (2) erzeugt worden sind, beseitigt werden.