DE4445755A1 - Stanzmesser für Stanzwerkzeuge mit gekrümmtem Schnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Stanzmesser in Band- oder Stabform aus Eisenbasislegierungen zur Herstellung von Stanzwerkzeugen für einen gekrümmten Schnitt bestehend im wesentlichen aus, im Querschnitt gesehen, einem flachen Messerrückenteil mit mindestens einem daran anschließenden Übergangsteil, welcher zur Schneidkante hin verjüngt, vorzugsweise mit einem Winkel β von 5 bis 20∡°, insbesondere von ca. 12∡°, verjüngt, ausgebildet ist und einem weitergeführten keilförmigen Schneidteil mit einem Schneidkantenwinkel α von 40 bis 60∡°, vorzugsweise 45 bis 55∡°.

Zur Herstellung von Werkzeugen für ein Ausstanzen von Flächenteilen aus flächigen Materialien wie Gerbwaren, Geweben, Stoff oder dergleichen, wie es beispielsweise in der Leder- und Textilindustrie üblich ist, werden Stanzmesserbänder oder Stanzmesserstäbe derart gebogen, daß die durch die Schneidkante gebildete im wesentlichen geschlossene Linie dem gewünschten Umriß des Flächenteiles entspricht. Dabei kann es erforderlich sein, das gebrauchsfertige Stanzmesserband mit geringen Radien zu biegen, um möglichst wenig gerundete Schnittecken im Stanzgut auszuformen. Ein Biegen des Stanzmessers bewirkt jedoch eine mit geringer werdenden Biegeradien und höherem Biegewinkel steigende Materialbeanspruchung bei einer plastischen Verformung im Zug- und Druckbereich des Messers. Zur Vermeidung von Trennbrüchen und Brucherscheinungen im Schneidkantenbereich muß daher der Stanzmesserwerkstoff einerseits eine ausreichend hohe Duktilität aufweisen; um andererseits hohe Stanzserien-Stückzahlen zu erreichen, soll das Messer eine möglichst hohe Härte und Festigkeit aufweisen, weil auch geringe Formänderungen sich äußerst nachteilig auf den Stanzvorgang und das Austragen des Stanzgutes auswirken können.

Zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften und Erhöhung der Standzeit von Stanzwerkzeugen ist es bekannt, die Schneidkante des Stanzmessers zu härten, wobei durch eine thermische Behandlung eine Einhärtetiefe mit erhöhter Materialhärte von 0,4 bis 0,8 mm vielfach vorgesehen ist. Mit derartig schneidengehärteten Stanzmesserbändern oder Stanzmesserstäben sind vergleichsweise hohe Stanzserien von ca. 30.000 bis 50.000 Stück und mehr erreichbar, allerdings ist eine Härtungssprödigkeit im oberflächennahen schnitterzeugenden Bereich oft nicht verhinderbar, wodurch gelegentlich Schnittkantenbrüche oder -ausbrüche auftreten können. Derartige Fehlererscheinungen treten besonders ausgeprägt auf, wenn, im Querschnitt gesehen, die Schneidkante nicht in der Breitseiten-Längsteilungsebene liegt.

Es wurde auch versucht, die Schneidenbelastung durch eine Hartstoff- oder Gleitstoffbeschichtung der Schneidflanken zu erreichen. Dadurch konnte zwar der Schneidstaubabfall verringert und der Schneiddruck verkleinert werden, eine wesentlich vergrößerte Standzeit des Werkzeuges im praktischen Einsatz konnte jedoch durch diese Oberflächenbehandlung nicht bewirkt werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Stanzmesser in Band- oder Stabform zu schaffen, welches bei einer Stanzwerkzeugherstellung scharfkantig gebogen werden kann und durch hohe Härte und gute Verschleißeigenschaften im Schneidkantenbereich wesentlich verbesserte Langzeit-Gebrauchseigenschaften des Werkzeuges bewirkt.

Diese Aufgabe wird mit einem Stanzmesser der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein aus Messerrückenteil sowie Übergangsteil gebildeter Trägerteil und der Schneidteil aus unterschiedlichen Legierungen bzw. Werkstoffen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung bestehen und daß die Verbindung zwischen den Teilen zusatzwerkstofffrei durch eine metallische Bindungsfläche erstellt ist.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß der spezifisch hoch beanspruchte Schneidteil mit der Schneidkante, welche gute Langzeitschnitteigenschaften aufweisen soll, aus einem Schnellarbeitsstahl gebildet ist, welchem Werkstoff durch eine Wärmebehandlung eine hohe Festigkeit bzw. Stabilität bei besonderer Schneidhaltigkeit der Kante vermittelt werden kann. Es war für den Werkstoffachmann durchaus überraschend, daß ein aus Schnellarbeitsstahl gebildeter Schneidteil rißfrei mit dem Trägerband auch scharfkantig gebogen werden kann, ohne daß Kantenrisse bzw. Materialbrüche entstehen.

Legierungstechnisch hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Trägerteil aus einem Vergütungs- oder Werkzeugstahl mit einer chemischen Zusammensetzung im wesentlichen in Gew.-% von
0,35 bis 0,7 C
1,0 bis 2,5 Si
0,40 bis 2,0 Mn
0,5 bis 2,0 Cr
0,01 bis 0,5 V
gegebenenfalls weiteren Zusätzen bis zu einer Gesamtkonzentration von 2,0 sowie Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht und daß der Schneidteil aus Schnellarbeitsstahl mit einer Zusammensetzung in Gew.-% von
0,75 bis 1,2 C
1,2 bis 2,4 V
und im wesentlichen die Legierungselemente Cr, Mo und/oder W sowie Co in an sich bekannten Konzentrationen enthaltend gebildet ist.

Durch eine derartige Wahl der chemischen Zusammensetzung der Stähle wird erreicht, daß eine erforderliche Duktilität der Werkstoffe im gebrauchsfertigen Zustand des Stanzmessers eingestellt werden kann und eine Versprödung der metallischen Bindungsfläche durch zum Beispiel Diffusionserscheinungen wie eine Kohlenstoffdiffusion mit Sicherheit vermieden wird.

Wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Form zumindest die Oberfläche des Trägerteiles vorzugsweise mit einer Tiefe von etwa 0,2 mm entkohlt ist, wobei die Schneidkante durch im Kantenbereich entkohlungsfreie Seitenflächen des Schneidteiles gebildet ist, wird eine besondere Stabilität des scharfkantig rißfrei gebogenen Bandes im Werkzeug erreicht. Bevorzugt weist das gebrauchsfertige Stanzmesserband bzw. der Stanzmesserstab folgende Materialhärtewerte auf:
Trägerteil bzw. Messerrückenteil: Zentrum 36 bis 41 HRC
Trägerteil bzw. Messerrückenteil: Oberfläche unter 204 HB
Schneidteil bzw. Schneidkante: 50 bis 60 HRC.

Mit obigen Materialeigenschaften waren auch bei Werkzeugen mit im Verlauf scharfeckigen Schneidkantenlinien hohe Dauerstandseigenschaften zu erreichen.

Mit besonders hoher Sicherheit wird eine Biegebrucherscheinung am Messer vermieden, wenn, im Querschnitt gesehen, die Länge der Verbindung zwischen Trägerteil und Schneidteil 0,12 bis 0,5, vorzugsweise 0,2 bis 0,4 mal die Dicke des Messerrückenteiles beträgt.

Anhand von einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

In Fig. 1 ist ein symmetrisches Stanzmesserband 1 im Querschnitt dargestellt. An einem planparallelen flachen Messerrückenteil 2 schließt einseitig ein Übergangsteil 3 mit einem Keilwinkel β von 12,5∡° an. Am Ende des Übergangsteiles 3 ist ein keilförmiger Schneidteil 4 unter Bildung einer Bindungsfläche 43 durch Elektronenstrahl-Schweißung mit dem Übergangsteil 3 verbunden, wobei eine Quererstreckung der Bindungsfläche 0,25mal die Dicke des Messerrückenteiles beträgt.

Ein derartiges Band mit einer Messerrückendicke von 2,2 mm und einer Gesamtbreite von 35 mm wurde aus Werkstoffen DIN Werkstoff Nr. 1.8159 für den Trägerteil und DIN Werkstoff Nr. 1.3247 für den Schneidteil hergestellt, wärmebehandelt, vergütet und bearbeitet. Die Seitenflanken des Messerrückenteiles 2 und des Übergangsteiles 3 wiesen eine entkohlte Randschicht mit einer Dicke von 0,22 mm auf, welche entkohlte Randschicht sich rasch verkleinernd noch geringfügig in den Schneidkantenteil 4 fortsetzte. Die Flanken, die mit einem Winkel von 48∡° die Schneidkante 41 bildeten, waren im Schneidkantenbereich völlig entkohlungsfrei.

Eine Materialprüfung ergab folgende Härtewerte:
Zentrum Messerrückenteil 38 HRC
Oberfläche Messerrückenteil 200 HB (entkohltes Material)
Schneidteilkante und Kantenbereich 54 HRC.

Mit obigem Stanzmesserband wurden Stanzwerkzeuge hergestellt, welche zur Bearbeitung von Glasfasermatten und Kohlenstoffasergewebe-Verbundstofflagen verwendet wurden. Es konnten beim Einsatz der erfindungsgemäßen Messer im Vergleich mit schneidengehärteten Stanzmessern bis zu 8,3-fache Standzeiten des Werkzeuges erzielt werden.

Claims (7)

1. Stanzmesser (1) in Band- oder Stabform aus Eisenbasislegierungen zur Herstellung von Stanzwerkzeugen für einen gekrümmten Schnitt, bestehend im wesentlichen aus, im Querschnitt gesehen, einem flachen Messerrückenteil (2) mit mindestens einem daran anschließenden Übergangsteil (3), welcher zur Schneidkante (41) hin verjüngt, vorzugsweise mit einem Winkel (β) von 5 bis 20∡°, insbesondere von ca. 12∡°, verjüngt, ausgebildet ist und einem weitergeführten keilförmigen Schneidteil (4) mit einem Schneidkantenwinkel (α) von 40 bis 60∡°, vorzugsweise von 45 bis 55∡°, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Messerrückenteil (2) sowie Übergangsteil (3) gebildeter Trägerteil (2, 3) und der Schneidteil (4) aus unterschiedlichen Legierungen bzw. Werkstoffen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung bestehen und daß die Verbindung zwischen den Teilen zusatzwerkstofffrei durch eine metallische Bindungsfläche (43) erstellt ist.

2. Stanzmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerteil (2, 3) aus einem Vergütungs- oder Werkzeugstahl mit einer chemischen Zusammensetzung im wesentlichen in Gew.-% von
0,35 bis 0,7 C
1,0 bis 2,5 Si
0,40 bis 2,0 Mn
0,5 bis 2,0 Cr
0,01 bis 0,5 V
gegebenenfalls weiteren Zusätzen bis einer Gesamtkonzentration von 2,0 sowie Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht und daß der Schneidteil (4) aus Schnellarbeitsstahl mit einer Zusammensetzung in Gew.-% von
0,75 bis 1,2 C
1,2 bis 2,4 V
und im wesentlichen die Legierungselemente Cr, Mo und/oder W sowie Co in an sich bekannten Konzentrationen enthaltend gebildet ist.

3. Stanzmesser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Oberfläche des Trägerteiles (2, 3) vorzugsweise mit einer Tiefe von etwa 0,2 mm entkohlt ist, wobei die Schneidkante (41) durch im Kantenbereich entkohlungsfreie Seitenfläche des Schneidteiles (4) gebildet ist.

4. Stanzmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Materialhärtewerte eingestellt sind:
Trägerteil (2, 3) bzw. Messerrückenteil (2): Zentrum 36 bis 41 HRC
Trägerteil (2, 3) bzw. Messerrückenteil (2): Oberfläche unter 205 HB
Schneidteil (4) bzw. Schneidkante (41): 50 bis 60 HRC.

5. Stanzmesser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß, im Querschnitt gesehen, die Länge der Verbindung (34) zwischen Trägerteil (2, 3) und Schneidteil (4) 0,12 bis 0,5, vorzugsweise 0,2 bis 0,4, mal die Dicke des Messerrückenteiles beträgt.

6. Stanzmesser (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Oberfläche zumindest im Bereich der Schneidkante (41) des Schneidteiles (4) hartstoffbeschichtet ist.

7. Stanzmesser (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht eine Dicke von 0,2 bis 7,5 µm, vorzugsweise von 0,5 bis 3 µm, aufweist.