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Verwendung einer Hartmetajlegierung für Werkzeuge zur Bearbeitung
langspanender Werkstoffe Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer an sich
bekannten Hartmetalllegierung zur Herstellung von Werkzeugen zur Bearbeitung von
langspanenden Werkstoffen, insbesondere Stahl und Stahllegierungen aller Art. Zur
spanabhebenden Bearbeitung von Werkstoffen für diese Zwecke stehen nach dem heutigen
Stand der Technik drei verschiedene Hochieistungsschneidwerkstoffgruppen zur Verfügung,
nämlich. die Schnelldrehstähle, die Hartmetalle und die ihrer Art nach zwischen
den Hartmetallen und Schnelldrehstählen stehenden, im wesentlichen kohlenstoffreien
Legierungen hochschmelzender Metalle, die, unter dem Namen der Stellite bekanntgeworden
sind. Die Technik der Zerspanung hat sich dahingehend entwickelt, daß es für jede
dieser drei Stoffgruppen Arbeitsbedingungen gibt, bei denen jeweils nur einer dieser
Stoffe wirtschaftlich arbeitet. So sind die Schnelldrehstähle dort verwendet worden,
wo mit vergleichsweise geringen Schnittgeschwindigkeiten hohe Vorschübe Anwendung
finden konnten, während .den Hartmetallen diejenigen Fälle vorbehalten blieben,
bei denen hohe Schnittgeschwindigkeiten und geringe Vorschübe Anwendung finden müssen.
Zwischen diesen beiden Grenzfällen liegt ein weites Gebiet, in welchem entweder
mit Schnelldrehstahl unter Verwendung zu geringer Vorschübe gearbeitet und ein hoher
Verschleiß
des Werkzeuges zwangsläufig in, Kauf genommen werden
mußte oder aber Hartmetall verwendet wurde unter Verzicht auf die wirtschaftliche
Ausnutzung und auf die sonst möglichen hohen Drehgeschwindigkeiten. In den meisten
Fällen war es indes möglich, Hartmetall in diesem Zwischengebiet zu verwenden, weil
die erforderliche Herabsetzung der Schnittgeschwindigkeit nicht von einer längeren
Standzeit der Werkzeuge begleitet war, sondern im Gegenteil durch Kleben lind Drücken
jedes Werkzeuges am Werkstot eirz außerordentlich hofier und rascher Verschleiß
cler Schneide eintrat. Die im wesentlichen kohlenstoffreien Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierungen,
die unter dem Namef Stellit bekanntgeworden sind, haben sich infolge geringer Eignung
für zerspanende Bearb eitting in dieseln Zwischengebiet nur in geringem Umfang eingeführt.
Ihnen ist das Gebiet der sogenannten Ziehwerkzeuge, Matrizen und Oberflächenveredlung
vorbehalten getilieb2it.
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Es sind seit langen? Hartmetallegierungen für zerspanende Bearbeitung
für Stahl und Stahllegierungen bekannt, die im wesentlichen aus Wolframcarbid unter
Zusatz von Hilfsmetallen der Eisengruppe und Zusätzen von Titancarbid bestehen.
So sind Legierungen vorgeschlagen worden, die neben Wolframcarbid o bis 4o% Titancarbid
und 3 bis 2o0/0 Eisen, Nickel oder Kobalt einzeln oder zu mehreren enthalten sollten.
Dieser aus der Literatur bekannte Vorschlag hat, soweit es sich um die spanabhebende
Bearbeitung von Stahl und Stahllegierungen unter Einschluß des sogenannten Stahlgusses
handelt, zur Entwicklung von Hartmetalllegierungen geführt, deren Titancarbidgehalt
mindestens 80/0, vorzugsweise jedoch ioo/0 und mehr betragen hat und die außerdem
einen Hilfsmetallgehalt von 5 bis 7% auswiesen. Diese Legierungen zeigen bekanntlich
eine außerordentliche Härte und genügende Zähigkeit, um Zerspanuilgsvorgänge mit
geringen Vorschüben und vergleichsweise hohen Schnttgeschwindigkeiten durchzuführen,
wobei die Schnittgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Werkstoffestigkeit derart
einzustellen war, daß mit steigender Festigkeit die Schnittgeschwindigkeit sinkt.
Bisher war es bei der Verwendung von Hartmetallwerkzeugen für die Bearbeitung von
Stahl und Stahllegierungen unter Einschluß des sogenannten Stahlgusses selbst bei
ver. gleichsweise niedrigen Schnittgeschwindigkeiten nicht möglich, Vorschübe in
Anwendung zu bringen, die über etwa 1,2 mm je Umdrehung liegen. Es bestand somit
nicht die Möglichkeit, die benannten Werkstoffe unter Verwendung von Hartmetall
mit Vorschüben zu bearbeiten, die üblicherweise bei einem wirtschaftlichen Schubvorgang
Anwendung finden; denn hierbei ist es ja nach Festigkeit des zu bearbeitenden Werkstoffes
erforderlich, Vorschübe von 1,5 bis 5 mm je Umdrehung anzuwenden, vorzugsweise wird
mit Vorschüben VOR 2 bis 3 mm je Umdrehung gearbeitet.
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Überraschenderweise ist nun festgestellt worden, daß auch Hartmetall
.zum Schrubben der langspanenden, geschmiedeten, gewalzten oder gegossenen Stahllegierungen
verwendet werden kann, wenn zu diesem' Zweck eine Legierung verwendet wird, die
neben Wolframcarbid Titancarbid in Mengen von 1,5 bis 4,5% und Eisen, Nickel
oder Kobalt einzeln oder zu mehreian in einer Gesamtmenge von g bis z50/0 mit der
Maßgabe enthält, daß der Hilfsmetallgehalt mindestens das Doppelte, vorzugsweise
Zweieinhalb- bis Fünffache des Titancarbidgehaltes beträgt.
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Mit einem Werkzeug, das mit einem derartigen Hartmetall bestückt ist,
konnte beispielsweise Stahl mit einer Festigkeit von 65 kg/mm' bei einer Geschwindigkeit
v = 15 m je Minute und einem Vorschub s = 4 mm je Umdrehung und einer Spantiefe
a = 15 mm einwandfrei bearbeitet werden, desgleichen bei einer Geschwindigkeit von
v = 55 m je Minute, einem Vorschub s = 2,4 mm je Umdrehung und einer Spantiefe a
= 15 mm. Das Werkzeug brauchte selbst nach mehrstündiger Arbeit unter diesen Bedingungen
nicht nachgeschliffen zu werden.
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In einem anderen Fall konnte Stahl mit einer Festigkeit von 9o kg/m!
bei v = 3o m je Minute, s = 4 mm jeUmdreh ung, a = 6mm sowie bei v = 55 m je Minute,
s = 3 mm je Umdrehung und a = io mm einwandfrei bearbeitet werden. Auch hierbei
war an dem Meißel nach mehrstündiger Arbeit eine nennenswerte Fasenstuinpfung, die
ein Nachschleifen erfordert hätte, nicht zu bemerken.
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Die Brauchbarkeit der Werkzeuge, die unter Verwendung der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Legierungen. hergestellt sind, erhellt aus folgendem, besonders
typischen Bearbeitungsfall: Bearbeiteter Werkstoff Chrom-Nickelstahl mit 4,5% Nickel,
vergütet auf ioo kg/mm' Festigkeit, konnte bei v = 25 m je Minute, s = 3,6 mm je
Umdrehung und a = 5inm einwandfrei bearbeitet werden.
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In Fällen, die den obengenanuten Anwendungsbeispielen entsprechen,
war es bisher erforderlich, Schnelldrehstahl zu verwenden, der keine wirtschaftliche
Fertigung gestattete, wie sich aus folgenden Beispielen ergibt. Stalilgußzylinder,
deren Bearbeitung mit Schnelldrehstahlwerkzeugen ; bis 8 Stunden erforderte, konnten
unter Verwendung der
erfindungsgemäßen Werkzeuge in 7o- Minuten
fertig bearbeitet werden. In einem anderen Fall waren zur Bearbeitung von Stahlgußwerkstücken
mit sehr schlechter Oberfläche (Sandstellen, Löcher) zur Fertigstellung bei der
Verwendung von Schnelldrehstahlwerkzeugen bis zu 25 Nachschliffe der Werkzeugschneide
erforderlich, während bei. Anwendung von Werkzeugen, die unter Verwendung der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Legierung hergestellt waren, ein einziges Werkzeug, ohne Nachschliff
die Gesamtarbeit bewältigte.
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Die Bedingungen waren für Schnell-drehstahl: v = 12 m je Minute, s
= i,ä mm je Umdrehung, a = 5 bis io-mm (exzentrischer Schnitt): Hartmetall: v =
33 m je Minute, s = 47 mm je Umdrehung.
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Aus den aufgeführten Beispielen ergibt sich, daß durch den Gegenstand
der Erfindung ein großes Teilgebiet der Zerspanungstechnik einer wirtschaftlichen
Fertigung durch ein Schneidmetall zusätzlich erschlossen wird. Der Vorteil liegt
nicht nur in der gegenüber Schnelldrehstahl erhöhten Arbeitsgeschwindigkeit, sondern
auch in demr verhältnismäßig geringeren Aufwand an wertvollem Legierungsmetall,
wie z. B. Wolfram, Kobalt usw., bezogen auf die Einheit zerspanten Werlcstofes.