AT392981B - Verfahren zum haerten der schneidkanten von messern - Google Patents
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Description
AT 392 981 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten der Schneidkanten von Messern oder Stanzwerkzeugen für die Holz-, Papier-, Kartonagen-, Kunststoff-, Leder- oder Textilienbearbeitung mittels eines Energiestrahles, der über die zu härtenden Bereiche dieser Werkzeuge geführt wird, wobei als Energiestrahl ein Plasmastrahl verwendet wird.
Messer oder Stanzwerkzeuge für den genannten Einsatzbereich verschleißen an den Schneidkanten. Die Standzeit dieser Werkzeuge hängt ab von der Qualität der Schneide (verwendetes Material, Härteverfahren), vom Schneidgut und von der Schnittleistung. Nach dem Ende der Standzeit werden diese Werkzeuge entweder nachgeschliffen oder verschrottet. Viele Messer- und Stanzwerkzeugtypen bestehen aus Kohlenstoffstahl, der durch Erwärmung und anschließender schneller Abkühlung leicht gehärtet werden kann. Da eine solche Härtung jedoch stets mit der Abnahme der Zähigkeit verbunden ist, ist eine große Härte lediglich im Bereich der Schneidkanten erwünscht. Die übrigen Teile eines Messers oder eines Stanzwerkzeuges sollen eine geringere Härte, dafür jedoch eine größere Zähigkeit aufweisen.
Bekannte Verfahren zur partiellen Härtung der Schneidkanten verwenden Elektronen- oder Laserstrahlen als Energiequelle. Nachteilig bei der Härtung mit Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen sind die aufwendigen Vorrichtungen die zur Durchführung solcher Verfahren benötigt werden. Aus diesem Grund haben sich solche Verfahren in da Praxis bisher kaum durchgesetzt.
Ein weiters bekanntes Härtungsverfahren ist die Induktive Härtung. Nach dem Schleifen der Schneidkante wird der Schneidenbereich durch einen Wirbelstrom, erzeugt durch ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, erhitzt und durch rasche Abkühlung gehärtet
Weiters ist es aus der WO 83/00051 bekannt, eine oberflächige Härtung flächiger Bereiche mittels eines Plasmastrahles durchzuführen. Eine Härtung von Schneidkanten mittels Plasmastrahlen wurde bisher noch nicht in Betracht gezogen, da solche Plasmastiahlen eine zu geringe Stabilität aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Härten der Schneidkanten von Messern und Stanzweikzeugen anzugeben, bei dem ein einfach herzustellender und kostengünstig zu betreibender Energiestrahl verwendet wird.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß der Plasmastrahl mit einer Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Werkzeug von 10 bis 100 mm/sek geführt wird und wobei der Abstand da Austrittsdüse des Plasmabrenners von der Schneidkante im Bereich zwischen 2 und 14 mm liegt und wobei weiters die Leistung des Plasmastrahles zwischen 1 und 10 kW liegt, sowie der Durchmesser bei da Austrittsdüse des Plasmabrenners zwischen 3 und 7 mm liegt Überraschenderweise wurde festgestellt, daß es bei genau abgestimmter Konstellation von Parametern durchaus möglich ist einen Plasmastrahl zum Härten der Schneidkanten dieser Wakzeuge einzusetzen, wobei es weiters nur bei diesen Parametern möglich ist die Härtung durch Selbstabschreckung, also ohne zusätzliche Abkühlung, etwa durch Luft oder Wasser, zu erreichen.
In einer früheren österreichischen Patentanmeldung wurde ein ähnliches Verfahren für die Härtung von Sägen beschrieben. Die durchgeführten Versuche zeigten, daß mit Hilfe der Plasmahärtung und bei Einhaltung obiger Parameter auch bei Messern oder Stanzwerkzeugen eine wesentliche Verlängerung da Standzeit erzielbar ist
Mit der Vorschubgeschwindigkeit (v) wird die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit auf optimale Werte an unterschiedliche Materialdicken und Schneidenwinkel angepaßt Bei dünneren Blattstärken, insbesondere unter 3 mm, bzw. bei kleineren Schneidenwinkeln, insbesondere unter 25°, ist die Vorschubgeschwindigkeit höha zu wählen, da sonst die Kühlrate infolge da beschränkten Wärmeableitung in das Grundmaterial für eine ausreichend hohe Härtung zu klein ist Bei größaen Blattstärken bzw. Schneidenwinkeln kann die Vorschubgeschwindigkeit zur Erzielung größerer Härtezonen kleiner gewählt waden.
Plasmastrahlen werden durch Ionisation von Argon oder Stickstoff bzw. Mischgasen hergestellt Die Ionisation erfolgt durch eine elektrische Bogenentladung oder durch Anregung mit einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld. Durch geeignete Formgebung der Elektroden bzw. da Düsen wird ein Strahl erzielt in dessen Achse Temperaturen bis 15.000 °C erreicht werden.
Wird ein solcha Plasmastrahl mit den erfindungsgemäßen Parametern üba die geschliffene Schneidkannte eines Messers oder eines Stanzwerkzeuges geführt, so erhitzt sich ein lokaler Bereich der Schneidkante mit Erwärmungsraten bis 5000 K/sek. Nach der Beendigung der Energiezufuhr kühlt die Schneidkante durch Selbstabschreckung, d. h. durch Wärmeabfuhr in das Grundmaterial des Werkzeuges mit Abkühlgeschwindigkeiten bis 1000 K/sek ab. Dabei entsteht ein feinkörniges Martensitgefüge mit Härten bis 1000 HV (Vickers-Härte).
Kritisch ist jedoch bei solchen Verfahren, daß die Schneidkante während der Wärmebehandlung nicht aufschmelzen darf. Trotzdem muß eine ausreichend hohe Erwärmung im Bereich der Schneidkante gegeben sein, um die gewünschte Aushärtung sicherzustellen. Dies wird nur bei den oben angegebenen Parameterkonstellationen erreicht
Besonders günstige Bedingungen für die Härtung ageben sich bei folgenden Werten:
Leistung des Plasmastrahles: 1 bis 5 kW
Durchmesser des Strahles bei der Austrittsdüse des Plasmabrenners: 4 bis 5,5 mm -2-
AT 392 981B
Abstand dar Austrittsdüse des Plasmabrenners von der Schneidkante: 3 bis 9 mm
Relativgeschwindigkeit des Plasmastrahles bezüglich der Schneidkante: IS bis SO mm/sek S Vorzugsweise wird das Messer oder das Stanzwerkzeug durch mechanische Bewegung entlang der Schneidkante durch den Plasmastrahl geführt, wobei die Achse des Plasmastrahles mit der Symmetrieachse der Schneidkante zusammenfällt. Auf diese Weise wird eine möglichst gleichmäßige Wärmeeinwirkung über Flanken der Schneidkante erzielt
Weiters ist es möglich, daß die Achse des Plasmastrahles einen bestimmten Winkel (z. B. 90°, 135° oder die 10 Hälfte des Schneidenwinkels) zur Symmetrieachse der Schneidkante einnimmt. Man kann so eine zur Symmetrieachse unsymmetrische Verteilung der Härtezone und damit eine Anpassung an spezielle Verschleißsituationen erreichen. Insbesondere bei Messerblättem mit einer Dicke über 5 mm ist damit eine gute Anpassung der Härtezone an verschiedene Schneidengeometrien möglich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figur näher erläutert: 15 Die Fig. zeigt schematisch die prinzipielle Anordnung der Plasmaanlage.
Der Plasmabrenner (1) erzeugt aus dem zugeführten Gas mit Hilfe einer elektrischen Bogenentladung einen Plasmastrahl (2), der an der Austrittsdüse des Plasmabrenners (1) austritt. Der Abstand zwischen der Austrittsdüse und der Schneidkante ist (a). Der Plasmastrahl wird unter einem Winkel (a) auf die Schneidkante (3) des Messers gerichtet und mit der Geschwindigkeit (v) entlang dieser Kante bewegt, wobei diese Kante 20 erhitzt wird. Nach Beendigung der Energieeinwirkung kühlt der erhitzte Bereich durch Selbstabschreckung rasch ab und härtet.
Die folgenden Ausführungsbeispiele sollen den Einsatz des Verfahrens näher erläutern:
Beispiel 1: Härtung eines Stanzmessers für Leder und Textilien: 25
Material Bandstahl CK60 (Weikstoff-Nr. 1.1221)
Dicke: 2 mm Härte in unbehandeltem Zustand: 300 HV (Vickers) 30 Plasmaleistung (kW) 1 2 4 Strahldurchmesser (d in mm) 4 4 4 Abstand (a in mm) Winkel zwischen Plasmaachse und 4 6 8 Achse der Schneidkante (Grad) 0 0 0 35 Vorschubgeschwindigkeit (v in mm/sek) 25 35 50 Gasdurchfluß (1/min) 5 5 5 maximale Härte (HV) 860 890 940 40 Beispiel 2: Härtung eines Hobelmessers für die Holzbearbeitung
Material: 80 CrV 2 (Werkstoff-Nr. 1.2235)
Dicke: 8 mm Härte in unbehandeltem Zustand: 280 HV (Vickers) 45
Plasmaleistung (kW) 2 3 5 Strahldurchmesser (d in mm) 4 4 4 Abstand (a in mm) Winkel zwischen Plasmaachse und 4 6 8 Achse der Scheidkante (Grad) 60 90 120 Vorschubgeschwindigkeit (v in mm/sek) 20 30 40 Gasdurchfluß (1/min) 5 5 6 maximale Härte (HV) 840 880 905 55 -3 60
Claims (9)
- AT 392 981 B PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Härten der Schneidkanten von Messern und Stanzwerkzeugen, vornehmlich für die Bearbeitung von Holz, Papier, Karton, Kunststoffen, Leder und Textilien, mittels eines Energiestrahles, der über die zu härtenden Bereiche des Werkzeuges geführt wird, wobei als Energiestrahl ein Plasmastrahl verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmastrahl (2) mit einer Relativgeschwindigkeit (v) in Bezug auf die Schneidkante des Werkzeuges von 5 bis 100 mm/sek geführt wird und wobei der Abstand der Austrittsdüse des Plasmabrenners (1) von der Schneidkante 2 bis 14 mm beträgt und wobei weiters die Leistung des Plasmastrahles zwischen 1 und 10 kW liegt sowie der Durchmesser (d) bei der Austrittsdüse des Plasmabrenners (1) 3 bis 7 mm beträgt
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Plasmastrahles zwischen 1 und 5 kW liegt
- 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Plasmastrahles (2) bei der Austrittsdüse des Plasmabrenners zwischen 4 und 5,5 mm liegt
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) der Austrittsdüse des Plasmabrenners (1) von der Schneidkante 3 bis 9 mm beträgt
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativgeschwindigkeit (v) des Plasmastrahles (2) bezüglich der Schneidkante 15 bis 50 mm/sek beträgt
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Plasmastrahles mit der Symmetrieachse der Schneidkante zusammenfällt
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Plasmastrahles mit der Symmetrieachse der Schneidkante einen Winkel (a) einschließt, der etwa dem halben Schneidenwinkel (ß) entspricht
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Plasmastrahles mit der Symmetrieachse der Schneidkante einen Winkel (a) von 90° +/- 5° einsetdießt
- 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Plasmastrahles mit der Symmetrieachse der Schneidkante einen Winkel (a) von 135° +/- 5° einschließt Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-
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