Verfahren zur Herstellung von Schnittwerkzeugen mit weichem Grundmaterial, deren Schneldkanten durch Auftragsschweissung gebildet werden, und nach diesem Verfahren hergestelltes Schnittwerkzeug. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Verstellung von Schnittwerkzeu gen mit weichem Grundmaterial, deren Sehneidkanten durch Auftragsschweissung aus einer von einem Schweissstab abgeschmol zenen Legierung, die härter ist als das Grundmaterial, gebildet werden.
Es nehmen die Schnittwerkzeuge insofern eine .Sonderstellung ein, als ihre Schneidkan- ten wesentlich höheren Beanspruchungen, vor allem auf Stoss, ausgesetzt sind als diejeni gen der spanabhebenden Werkzeuge. In folgedessen können die für die Herstellung der letzteren benutzten Schweissverfahren nicht ohne weiteres auf die Herstellung von Schnittwerkzeugen übertragen werden.
Viel mehr erfordern diese eine ganz besonders innige Verbindung des aufgetragenen Edel werkstoffes mit dem weicheren Grundmate rial, ein dichtes, einheitliches Gefüge und eine durch den Schweissprozess unveränderte Zusammensetzung des Materials der Schneid kanten: Ferner darf der einem solchen Schweissverfahren grundsätzlich eigene Vor teil der Ersparnis von teuren Werkzeug stählen nicht durch kostspielige und um ständlich zu handhabende Sondereinrichtun gen wieder verloren gehen.
Das erfindungsgemässe Verfahren dient der Lösung dieser Aufgabe und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung vermittels eines elektrischen Lichtbogens in einer re duzierenden Wasserstoffatmosphäre vom Schweissstab, der keine Umhüllung aufweist, abgeschmolzen wird.
Das nach diesem Verfahren hergestellte, ebenfalls Gegenstand der Erfindung bil dende Schnittwerkzeug besitzt einen Grund körper aus Guss, dessen Arbeitskanten mit in geschmolzenem Zustande auf das Grund- material aufgetragenem Edelwerkstoff be wehrt sind.
Die Zeichnung bezieht sich auf Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan des.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch Stempel und Matrize eines fertigen Schnitt- werkzeuges, Fig. 2 einen Grundriss der Matrize allein, während die Fig. 3, 4 und 5 eine zu bildende Schneid kante dieses Werkzeuges vor, während und nach dem Auftragen des Edelmaterials dar stellen; Fig. 6 und 7 zeigen ein weiteres Werk zeug.
Der Grundkörper a für den Stempel ebenso wie der Grundkörper b für die Ma trize weisen an den, Stellen, an denen die Schneidkanten c des '\Verkzeuges entstehen sollen, annähernd die Umrisse dieser Schneidkanten auf. Eine genaue vorherige Bearbeitung dieser Stellen, sowie der sonsti gen Flächen der Grundkörper ist bis auf die zur Auflage an der Maschine bestimmten, ebenen Flächen d und e nicht erforderlich, da die zu bildenden Schneidkanten c später über die angrenzenden Flächen der Grund körper hinausragen.
Die Grundkörper be stehen aus gewöhnlichem Grauguss, sie kön nen aber auch aus Stahlguss, gewöhnlichem Flusseisen- und andern billigen Eisensorten bestehen. Die Kanten f von Stempel und Matrize sind etwas gebrochen und bilden die Grundfläche zum Auftragen des Edelmate rials in geschmolzenem Zustande.
Das Niederschmelzen des Edelmaterials (Fig. 4) geschieht in der Weise, dass mit Hilfe des zwischen den beiden Wolframeleh- troden g und h gezogenen Lichtbogens i die Kante f an einer verhältnismässig kleinen Stelle schnell auf Schweisshitze gebracht und gleichzeitig von dem Schweissstab k das in besonders vorteilhafter Zusammensetzung aus 4 bis 5 % Chrom, 0,2 bis 0,3 % Molyb- dän, zirka 0,5 % Kohlenstoff, im übrigen aus Eisen bestehende Edelmaterial Tropfen für Tropfen abgeschmolzen wird,
wobei durch Zufuhr von Wasserstoff aus dem Röhrchen 1 dafür gesorgt ist, dass keine Oxydation des Chroms bezw. der andern Bestandteile des Edelmaterials eintreten kann. Dadurch wird sowohl die unveränderte Zusammensetzung des Edelmaterials, als auch eine einwand freie Schweissung erhalten.
Der Schweissstab k wird ohne jede Des- oxydations- oder Flussmittel enthaltende Um hüllung niedergeschmolzen. Er wird dadurch einmal sehr billig, da man einfach aus dem Edelmaterial hergestellte -Blechstreifen ver wenden kann, zum andern wird die Gefahr der Verunreinigung der Schweisse bezw. der Porenbildung in der Schweisse ausgeschaltet. ein Übelstand, der bei umhüllten Schweiss stäben durch mit hineingeratene Teilchen der Umhüllung stets einzutreten pflegt.
Nachdem genügend Edelmaterial in auf der Kante f aufgetragen ist (Fig. 5), werden die Schneidhanten o zu der in Fig. 1 darge stellten Form angeschliffen. Es ist ersicht lich, dass man die Schneidkanten c, wenn sie stumpf geworden sein sollten, jederzeit leicht nachschleifen kann, ohne den Grundkörper a bezw. b mit angreifen zu müssen.
Die Massnahme, den Edelwerkstoff durch den elektrischen Lichtbogen in einer schüt zenden Wasserstoffatmosphäre niederzu- schmelzen, erhält hier eine erhöhte Bedeu tung insofern, als es nur hierdurch möglich ist, den Edelwerkstoff, genügend schnell von dem Schweissstab abzuschmelzen und mit dem nur an einer kleinen ,Stelle auf Schweiss hitze gebrachten Material des Grundkörpers einwandfrei zu verschweissen, ohne dass das Grundmaterial in erheblichem Masse eben falls geschmolzen oder sogar mit dem Edel inaterial verrührt werden russ. Auch braucht der Grundkörper nicht vorher auf.
Rotglut erhitzt zu werden, wie es bei einigen der be kannten Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen durch Auftragsschweissung er forderlich ist. Infolgedessen können die Schneidkanten grosser, schwerer Schnittwerk zeuge bei Beschädigung derselben ohne Her ausnahme der Werkzeuge aus der Presse an Ort und Stelle ausgebessert werden, was eine erhebliche Ersparnis an Zeit und Arbeit be deutet. Ein vorheriges Erhitzen des ganzen Grundkörpers bedingt das Vorhandensein entsprechend grosser Glühöfen und führt un weigerlich zum Verziehen des Werkstückes.
Rühren oder Vermengen des aufgeschmol zenen Edelmaterials mit dem Grundmaterial hat unkontrollierbare Zusammensetzung und daher mangelnde Beschaffenheit des Mate rials der Schneidkanten zur Folge. Auch würde der abgeschmolzene Edelwerkstoff zusammen mit dem ebenfalls in schmelzflüs sigem Zustande befindlichen Grundmaterial sofort von der Kante des Grundkörpers her unterlaufen, falls nicht besondere, die Mani pulation erschwerende Vorkehrungen da gegen getroffen wurden.
Ein nachträgliches Vergüten des aufgeschmolzenen Edelmate rials durch Anlassen oder durch mechanische Behandlung erübrigt sieh, da dasselbe nach dem Aufschmelzen ein dichtes, porenfreies Gefüge und in niedergeschmolzenem Zu stande eine Brinellhärte von 500 bis 600 bei ausreichender Zähigkeit besitzt.
Das beschriebene Verfahren lässt sich leicht und mit Sicherheit ohne besondere Ge- schiel.:lichkeit ausführen und sein Anwen dungsbereich ist unabhängig von der Grösse der danach herzustellenden Werkzeuge., wäh rend die wirtschaftlichen Vorteile gegenüber der Herstellung des ganzen Werkzeuges aus hochwertigem Stahl bezw. gegenüber der Verwendung besonderer, mechanisch oder durch Schweissen befestigter Einsätze aus Werkzeugstahl an den Schneidkanten gerade bei Werkzeugen grosser Schnittlänge ganz bedeutende sind.
Dass der Edelwerkstoff durch Auftrags schweissung bezw. in geschmolzenem Zu stande aufgebracht wurde, erkennt man beim fertigen Werkzeug leicht an der durch das tropfenweise Auftragen des Edelwerkstoffes entstehenden unregelmässig wellenförmigen Begrenzungslinie zwischen der Schweissraupe und dem Grundkörper, sowie an der schma- Ien; materialsparenden Ausbildung der auf getragenen Schneidkanten, die in dieser ge ringen Breite bei mechanisch oder durch Ver- bindungsschweissung an dem Grundkörper befestigten Einsatzleisten nicht erzielt wer den kann.
Weitere Vorzüge des beschriebenen Ver fahrens bezw. der nach ihm hergestellten Werkzeuge sind: Ein weiches, verhältnismässig geräusch loses Arbeiten hervorgerufen durch die Grundkörper aus weichem Material, wodurch Werkzeug und Maschine geschont und höhere Schnittleistungen erzielt werden. Da das verwendete. Edelmaterial seine Härte auch durch verhältnismässig starke Erwär mung nicht verliert, so eignen sich damit be wehrte Schnittwerkzeuge auch sehr gut zum Schneiden erhitzter Werkstücke, zum Bei spiel zum Abgraten von Schmiedeteilen.
Die wirtschaftlichen Vorteile des be schriebenen Verfahrens treten besonders augenfällig in Erscheinung, wenn man als Unterlage für die aufzubringenden Schneid kanten einen Grundkörper aus Guss wählt, an dem die Arbeitskanten in ihrem wesent lichen Verlauf bereits vorhanden sind. Diese Kanten werden dann nach Entfernen der Gusshaut in der oben -beschriebenen Weise mit dem Edelwerkstoff bewehrt. Die Her stellung des Grundkörpers durch Giessen wird vor allem dann vorgenommen werden, wenn die Schneidkanten des betreffenden Werkzeuges einen verwickelten, unregel mässigen Verlauf zeigen und daher maschi nell kaum oder überhaupt nicht bearbeitet werden können.
Die Giessformen auch für derartige Grundkörper., lassen sieh dagegen mit Hilfe eines hölzernen Gussmodells oder durch Schablonenformung auf verhältnis mässig einfache Weise herstellen. Da die Werkzeuge meist nur einmalig angefertigt werden, kann man auch im sogenannten "verlorenen Guss" arbeiten. Als Material für die Grundkörper kann gewöhnlicher Grau guss, Temperguss, Stahlguss, Nickelgusseisen und dergleichen gewählt werden. Wider Er warten ergab sich, dass Schnittwerkzeuge mit Grundkörpern aus Guss den ganz aus Werk zeugstahl hergestellten Schnittwerkzeugen in ihrer Leistung durchaus ebenbürtig sind.
In einigen Fällen hat sich gezeigt, dass bei Materialanhäufungen an Stellen des Grundkörpers, an denen das Auftragen des Edelmaterials erfolgt, infolge Vergröberung des Gussgefüges an diesen Stellen die Schweissverbindung zwischen Grundkörper und Edelmaterial beeinträchtigt wird und durch Wärmespannungen bisweilen feine Haarrisse im Edelmaterial auftreten, die sich ungünstig auf die Lebensdauer der damit be wehrten Teile auswirken.
In solchen Fällen wird in der in Fig. 6 und 7 dargestellten Weise vorgegangen. Fig. 6 zeigt wieder einen Querschnitt durch das gesamte Werkzeug, Fig. 7 den Grundriss der Matrize allein, und zwar sind in Fig. 6 die vier sichtbaren Arbeitskanten<I>A, B, C</I> und D des Stempels und der Matrize in ver schiedenen Fertigungsstufen dargestellt.
Der Grundkörper o für den Stempel, so wohl wie auch der Grundkörper p für die Matrize bestehen aus Guss, beispielsweise aus Grauguss. Die zur Aufnahme der Schneid kanten aus Edelmaterial bestimmten Flä chen beider Grundkörper sind in der bei A gezeigten Weise abgeschrägt. Auf die abge schrägten Flächen wird eine dünne Schicht Schmiedeisen <I>q,</I> wie bei Punkt<I>B</I> gezeigt, aufgetragen. _ Darauf erfolgt erst das Auf bringen des später die Schneidkanten bilden-. den Edelmaterials r, siehe Punkt C.
Das Edelmaterial weist zweckmässig die oben be schriebene Zusammensetzung auf und wird ebenso wie die Schmiedeisenschicht unter den oben angegebenen Bedingungen mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens in einer Was serstoffatmosphäre niedergeschmolzen. Dar auf wird das Edelmaterial r zu der eigent lichen Schneidkante s (Punkt D) ange schliffen.
Durch die beschriebene Art des Vor gehens werden Dehnungsrisse im aufgetrage nen Edelmaterial vermieden und eine bessere Verbindung desselben mit dem Gusskörper er zielt, da in der Zwischenschicht aus Schmied eiren ein weitgehender Ausgleich der auf tretenden Wärmespannungen stattfindet.
Process for the production of cutting tools with a soft base material, the cutting edges of which are formed by build-up welding, and cutting tool produced according to this process. The invention relates to a process for the adjustment of Schnittwerkzeu conditions with a soft base material, the cutting edges of which are formed by build-up welding from an alloy melted by a welding rod, which is harder than the base material.
The cutting tools occupy a special position in that their cutting edges are exposed to significantly higher stresses, especially impact, than those of the cutting tools. As a result, the welding processes used for the manufacture of the latter cannot easily be transferred to the manufacture of cutting tools.
Much more, they require a particularly close connection between the applied noble material and the softer base material, a dense, uniform structure and a composition of the material of the cutting edges that is unchanged by the welding process: Furthermore, the inherent advantage of such a welding process is the saving of expensive tools do not get lost again as a result of expensive special equipment that is difficult to handle.
The method according to the invention serves to solve this problem and is characterized in that the alloy is melted off by means of an electric arc in a reducing hydrogen atmosphere from the welding rod, which has no casing.
The cutting tool produced by this method, which is also the subject of the invention, has a base body made of cast iron, the working edges of which are reinforced with a precious material applied to the base material in a molten state.
The drawing refers to exemplary embodiments of the subject invention from.
1 shows a cross section through the punch and die of a finished cutting tool, FIG. 2 shows a floor plan of the die alone, while FIGS. 3, 4 and 5 show a cutting edge of this tool to be formed before, during and after the application of the noble material represent; Fig. 6 and 7 show another tool.
The base body a for the punch as well as the base body b for the Ma trize have approximately the outlines of these cutting edges at the points where the cutting edges c of the tool are to arise. An exact previous processing of these points, as well as the other conditions of the base body is not necessary except for the planar surfaces d and e intended to rest on the machine, since the cutting edges c to be formed later protrude beyond the adjacent surfaces of the base body.
The base bodies are made of ordinary gray cast iron, but they can also be made of cast steel, ordinary mild iron and other cheap types of iron. The edges f of the punch and die are somewhat broken and form the base for applying the precious material in a molten state.
The melting down of the noble material (FIG. 4) takes place in such a way that, with the help of the arc i drawn between the two tungsten electrodes g and h, the edge f is quickly heated to welding heat at a relatively small point and at the same time the welding rod k is used particularly advantageous composition of 4 to 5% chromium, 0.2 to 0.3% molybdenum, about 0.5% carbon, otherwise a noble material consisting of iron is melted drop by drop,
whereby by supplying hydrogen from the tube 1 it is ensured that no oxidation of the chromium or. the other components of the precious material can occur. As a result, both the unchanged composition of the precious material and a perfect weld are preserved.
The welding rod k is melted down without any casing containing deoxidation or flux. It is once very cheap because you can use sheet metal strips made from the noble material, on the other hand, the risk of contamination of the welds respectively. the pore formation in the sweat eliminated. an inconvenience which always occurs with coated sweat rods due to particles of the coating that have got into them.
After enough precious material is applied to the edge f (Fig. 5), the cutting dumbbells o are ground to the shape shown in Fig. 1 Darge. It is evident that you can easily regrind the cutting edges c, if they should have become blunt, without the base body a or. b having to attack.
The measure of melting down the precious material by means of an electric arc in a protective hydrogen atmosphere is of greater importance here insofar as this is the only way to melt the precious material off the welding rod sufficiently quickly and with only a small, Place to weld heat brought material of the base body perfectly, without the base material also being melted to a considerable extent or even mixed with the noble material soot. Also, the base body does not need to be used up beforehand.
To be heated red heat, as it is necessary in some of the known processes for manufacturing tools by build-up welding. As a result, the cutting edges of large, heavy cutting tools can be repaired on the spot if they are damaged without taking the tools out of the press, which means considerable savings in time and labor. A prior heating of the entire base body requires the presence of correspondingly large annealing furnaces and leads un inevitable to warping of the workpiece.
Stirring or mixing the melted noble material with the base material results in an uncontrollable composition and therefore poor quality of the mate rials of the cutting edges. Also, the melted precious material, together with the base material, which is also in a schmelzflüs sigem condition, would immediately run under from the edge of the base body, unless special precautions were taken to make manipulation difficult.
Subsequent tempering of the molten noble material by tempering or mechanical treatment is unnecessary, since it has a dense, pore-free structure after melting and, when melted, a Brinell hardness of 500 to 600 with sufficient toughness.
The method described can be carried out easily and with certainty without any special Gesiel.:lichkeit and its application area is independent of the size of the tools to be produced afterwards., While the economic advantages over the production of the entire tool from high-quality steel respectively. compared to the use of special, mechanically or by welding fastened inserts made of tool steel on the cutting edges, especially with tools of great cutting length, are very important.
That the precious material is welded or was applied in the molten state, can easily be recognized in the finished tool by the irregular, undulating boundary line between the weld bead and the base body, which is created by the dropwise application of the precious material, as well as by the narrow; material-saving design of the applied cutting edges, which in this small width cannot be achieved with insert strips fastened mechanically or by connection welding to the base body.
Further advantages of the process described BEZW. of the tools manufactured according to him are: A soft, relatively noiseless working caused by the base body made of soft material, whereby the tool and machine are spared and higher cutting performance is achieved. As that used. Noble material does not lose its hardness even through relatively strong heating, so cutting tools reinforced with them are also very suitable for cutting heated workpieces, for example for trimming forged parts.
The economic advantages of the process described are particularly evident if you choose a base body made of cast as a base for the cutting edges to be applied, on which the working edges are already present in their essential course. After removing the cast skin, these edges are then reinforced with the precious material in the manner described above. The manufacture of the base body by casting is mainly carried out when the cutting edges of the tool in question show an intricate, irregular course and therefore can hardly be machined or not at all.
The casting molds also for such basic bodies., On the other hand, can be produced in a relatively moderately simple manner with the help of a wooden casting model or by molding a template. Since the tools are usually only made once, you can also work with the so-called "lost cast". Ordinary gray cast iron, malleable cast iron, cast steel, nickel cast iron and the like can be selected as the material for the base body. Contrary to expectations, it turned out that cutting tools with base bodies made of cast are on a par with cutting tools made entirely of tool steel in terms of their performance.
In some cases, it has been shown that in the case of material accumulations at points on the base body where the noble material is applied, the welded joint between base body and noble material is impaired as a result of coarsening of the cast structure at these points and fine hairline cracks sometimes occur in the noble material due to thermal stresses have an unfavorable effect on the service life of the parts reinforced with it.
In such cases, the procedure shown in FIGS. 6 and 7 is followed. FIG. 6 again shows a cross section through the entire tool, FIG. 7 shows the outline of the die alone, namely in FIG. 6 the four visible working edges A, B, C and D of the punch and the Die shown in different production stages.
The base body o for the punch, as well as the base body p for the die, are made of cast iron, for example gray cast iron. The surfaces of the two main bodies designed to accommodate the cutting edges made of noble material are beveled in the manner shown at A. A thin layer of wrought iron <I> q, </I> as shown at point <I> B </I> is applied to the beveled surfaces. _ This is followed by the application of what will later form the cutting edges. the noble material r, see point C.
The noble material expediently has the composition described above and, like the wrought iron layer, is melted down under the conditions specified above with the aid of the electric arc in a hydrogen atmosphere. The noble material r is then ground to the actual cutting edge s (point D).
By the type of procedure described above, expansion cracks in the noble material applied are avoided and a better connection of the same with the cast body he aims, since in the intermediate layer of forged eiren an extensive compensation of the thermal stresses occurs.