DE4008102A1 - Zerspanendes werkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneid-, Stich- oder Bohrwerk­ zeug oder dergleichen mit einem aus einem ersten Material bestehenden Schaft und einem in eine Ausnehmung desselben eingebrachten und mit dem Schaft verbundenen, mit der zum Bearbeiten von Werkstücken vorgesehenen Schneide ausgestat­ teten Einsatz aus einem zweiten, härteren und eine längere Standzeit aufweisenden Material. Derartige zerspanende Werk­ zeuge werden in den unterschiedlichsten Ausführungen ver­ breitet genutzt. So sind bspw. Fräser mit als austauschbare Wendeplatten ausgebildeten, harten Einsätzen versehen, und verbreitet werden Drehstähle verwendet, die mit Einsätzen aus harten Sintermetallen versehen sind.

Es werden auch Drehstähle verwendet, die einstückig aus hochbeanspruchbarem Schnellstahl hergestellt sind, aus einem hochlegierten Stahl, der beim Schneidvorgang bis zur Dunkel­ rotglut erhitzt werden kann, ohne wesentlich an Verschleiß­ festigkeit und Schneidhaftigkeit zu verlieren. Solche hoch­ legierten, auszuhärtenden Stähle erweisen sich schon des hohen Materialpreises wegen als aufwendig, und nachteilig macht sich bemerkbar, daß auch bei lokal unterschiedlich wirkenden Härtevorgängen entsprechend der erlangten Härte sich der Schacht als unvorteilhaft spröde erweist.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, im Bereiche der Arbeitsschneiden aus hochlegiertem Schnellstahl bestehende spanabhebende Werkzeuge, insbesondere Drehstähle, zu schaf­ fen, die zu einem erträglichen Preis lieferbar sind, und deren Schaft auch extremen Beanspruchungsstößen Stand zu halten vermag.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentan­ sprüche 1 und 7. Mit ihnen wird ein Schneid-, Stech-, Bohr­ werkzeug oder dergleichen geschaffen, dessen Schaft aus einem einfachen, preisgünstig zu beschaffenden Stahl be­ steht, der im durch das Zerspanen beanspruchten Arbeitsbe­ reich durch einen Einsatz aus einem hochlegierten Schnell­ stahl verstärkt ist, der hohe Schneidleistungen mit einer langen Standzeit verbindet, da er eine bessere Durchhärtung zuläßt als übliche Stähle und hohe Arbeitstemperaturen zu­ läßt, ohne daß die Verschleißfestigkeit sowie die Schneid­ haltigkeit beeinträchtigt werden. Der Aufwand eines solchen Schneidwerkzeuges gestaltet sich vorteilhaft niedrig, da der hochwertige und kostspielige Schnellstahl nur mit geringen Anteilen eingesetzt wird und der wesentliche Anteil durch kostengünstige einfache Stähle, bspw. Baustahl, gebildet sein kann, und die Herstellung selbst läßt sich preisgünstig durchführen, indem der zum Auflöten des Einsatzes erforder­ liche Erhitzungsvorgang gleichzeitig zum Härten des Schnell­ stahles genutzt wird. Durch das Hartlöten im Vakuum wird eine sichere, feste und verläßlich Wärme ableitende Verbin­ dung geschaffen, bei der Flußmittel nicht zu berücksichtigen sind und damit weder deren Einschlüsse noch durch diese bedingte Korrosionsvorgänge zu befürchten sind.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Ver­ bindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:

Fig. 1 perspektivisch-schematisch einen Drehstahl, und

Fig. 2 vergrößert einen Querschnitt durch den die Einlage aufweisenden spitzen Bereich des Drehstahles der Fig. 1.

In der Fig. 1 ist ein Drehstahl gezeigt, dessen seine we­ sentliche Masse ausmachender Schaft 1 aus einem einfachen, preisgünstigen Werkstoff besteht. Vorzugsweise wird hierfür ein Baustahl, bspw. St 37, verwendet; im Bedarfsfalle können jedoch auch höher legierte Stähle Anwendung finden. In die­ sen Schaft ist eine Ausnehmung 2 eingearbeitet, in die ein Einsatz 3 aus einem hochlegierten Werkzeugstahl, einem soge­ nannten Schnellarbeitsstahl, eingesetzt ist. Hier können bspw. Stähle mit 0,7 bis 1,2% Kohlenstoff, 0,1 bis 5% Sili­ cium, 0,1 bis 0,2% Mangan, 4,5% Chrom, 8 bis 22% Wolfram, 0 bis 2% Vanadium, die gleichen Mengenanteile Molybdän, 0 bis 16% Kobalt sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile Verwen­ dung finden, ohne daß eine Beschränkung auf jene Bestandtei­ le vorgesehen ist. Der Einsatz 3 wird mit dem Schaft 1 durch Hartlöten verbunden, wobei ein vorzugsweise kupferhaltiges Schlaglot Anwendung findet.

Zur Durchführung des maßhaltigen Verlötens mit einer durch­ gehenden und damit gut Wärme ableitenden sowie mechanisch hoch belastbaren Lotschicht wird der Einsatz 3 nicht direkt in die Ausnehmung 2 eingelegt, sondern vielmehr unter Zwi­ schenlage eines aus einem gut netzbaren Metall bestehenden Netzes oder Gitters, das mit seiner Stärke die Dicke der Lötfuge bestimmt. Bewährt hat sich hierbei ein Gitter bzw. Netz aus Nickel mit bspw. einer Gesamtstärke von 0,1 mm. Zweckmäßig wird zur exakten Positionierung des Einsatzes 3 sowie zur Bestimmung der Stärke der Hartlotschicht 5 unab­ hängig von der Elastizität des Netzes bzw. Gitters 4 vor der Hartlötung der Einsatz 3 in seine Sollage gegen den Schaft 1 bzw. dessen Ausnehmung 2 über das zwischengelegte Netz bzw. Gitter 4 hinweg angedrückt. In dieser Lage wird er dann durch eine Heftschweißung, vorzugsweise durch Punkten, vor­ läufig befestigt und gehalten.

Zur Durchführung der Hartlötung wird der Schaft mit über dem Netz 4 eingesetzten Einsatz 3 in eine aufheizbare Vakuumkam­ mer gebracht. Diese wird evakuiert und aufgeheizt, bis das Lot, das in Form von Drähten oder Paste vor die durch das Netz 4 definierten Fugen gebracht wird, aufgeschmolzen ist und durch die Kapilarwirkung, unterstützt durch die vorheri­ ge Evakuierung, in die durch das Netz definierten Fugen eindringt und die Oberflächen des Netzes sowie die der Aus­ nehmung 2 des Schaftes 1 und die diesen gegenüberstehenden Einsatzes 3, diese anlegierend, benetzt. Ein Flußmittel ist hierbei infolge des Arbeitens unter Vakuum nicht erforder­ lich, so daß auch die unerwünschten Nebenwirkungen eines Flußmittels ausgeschieden sind, nämlich der Einschluß von Flußmittelteilen in der Lötfuge sowie spätere, durch das Flußmittel bedingte Oxidationsvorgänge. Durch das Hartlöten unter Vakuum wird damit eine durchgehend gefüllte und somit einen relativ geringen Wärmewiderstand bildende Lötschicht geschaffen.

Im Interesse einer verbilligten und vereinfachten Herstel­ lung wird die zur Durchführung der Hartlötung bewirkte Auf­ heizung gleichzeitig für die Durchführung des erforderlichen Härtevorganges genutzt. Nach entsprechender Aufheizung nicht nur über den Schmelzpunkt des eingesetzten Hartlotes, son­ dern auch auf die Härtetemperatur wird nach der perfekten Lötung eine das erforderliche Abschrecken bewirkende spon­ tane Kühlung eingeleitet. Zweckmäßig wird hierfür die Va­ kuumkammer des Ofens nach außen hin geöffnet, und zur Durch­ führung der Kühlung wird, zweckmäßig über ein entsprechendes Turbogebläse, ein das zum Härten erforderliche Abschrecken erwirkender Gasstrom auf die aufgeheizten Werkzeuge ge­ richtet. Bewährt hat es sich hierbei, zur Durchführung des Abschreckens die Werkzeuge mit einem Stickstoff-Gasstrom zu beaufschlagen, der durch Verdampfen flüssigen Stickstoffes erreicht wird und damit durch Entziehen der Verdampfungs­ wärme auch die erforderlich niedrige Temperatur aufweist. Nach Durchsetzen der Vakuumkammer tritt der Stickstoffstrom, durch das Passieren der aufgeheizten Kammer entsprechend aufgewärmt, ins Freie aus. Es ist selbstverständlich mög­ lich, Anteile des austretenden Stickstoffstromes in den Strom soeben verdampften und zur Kühlung einzusetzenden Stickstoffes einzuleiten, um gegebenenfalls diesen mit einer anderen, etwas höheren Temperatur eintreten zu lassen.

Bewährt hat sich hierbei, daß nur ein einmaliges Aufheizen des Werkzeuges erforderlich ist, und daß nach erforderlicher Erhitzung sowohl der Lötvorgang erfolgt als auch, fast si­ multan, durch das späteres Einleiten des kühlenden Stick­ stoffes die Aushärtung des aus Schnellstahl bestehenden Einsatzes. Durch Verwendung des chemisch weitgehend inerten Stickstoffes werden weiterhin Oxidationsvorgänge während des Härtens ausgeschaltet.

Damit wird ein relativ preisgünstiges Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken erlangt, das infolge der Bildung der spanabhebenden Schneide aus Schnellstahl mit hoher zer­ spanungsleistung zu arbeiten vermag, und das andererseits sich als relativ preisgünstig erweist, da nur ein Bruchteil des Volumens des Werkzeuges aus Schnellstahl gefertigt ist und der wesentliche Masseanteil aus einem wesentlich preis­ günstigeren Stahl besteht. Als vorteilhaft erweist es sich auch, daß bei der Verwendung üblicher Baustähle oder ähnli­ cher Stoffe für den Schaft dieser sich als relativ zäh und elastisch erweist und daher im Falle der Beanspruchung mit extremen Stößen diese mehr oder weniger elastisch aufzuneh­ men vermag und nicht wie ein extrem harter gehärteter Stahl sich als spröde erweist und bricht. Damit wird ein preis­ günstiges hochbelastbares Werkzeug geschaffen, das infolge seiner günstigen Eigenschaften eine weite Verbreitung zu finden vermag.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Schneid-, Stech- oder Bohrwerkzeuges mit einem aus einem ersten Material beste­ henden Schaft und einem in einer Ausnehmung desselben eingelöteten und mit dem Schaft verbundenen, mit der zur Bearbeitung von Werkstücken vorgesehenen Schneide ausge­ statteten Einsatz aus einem zweiten, härteren und eine längere Standzeit aufweisenden Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (2) des Schaftes (1) mit einem Einsatz (3) bestückt und mit Hartlot (5) versehen in einer be­ heizbaren Vakuumkammer bis über die zur Härtung des Ein­ satzes (3) erforderliche sowie bis über die Schmelz- und Netztemperatur des Hartlotes erhitzt wird, und daß nach entsprechender Aufheizung eine Abkühlung bewirkt wird, deren Temperaturverlauf die Aushärtung des aufgelöteten Einsatzes (3) sichert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken des zu härtenden Einsatzes (3) durch spontane Kühlung mittels eingeleiteten, verdampften Stickstoffes bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoff durch ein Gebläse, vorzugsweise durch Düsen gerichtet, eingeblasen wird, und daß ihm freier Austritt aus der evakuierbaren Kammer geboten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einbringen des Einsatzes (3) in die Ausnehmung (2) des Schaftes (1) ein dünnes Metallnetz oder -gitter (4) aus einem vom Hartlot (5) netzbaren Material einge­ legt und der Einsatz mit dem Netz bzw. Gitter und minde­ stens einer Fläche des Schaftes bzw. dessen Ausnehmung durch Schweißen, vorzugsweise durch Punkten, verbunden wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines kupfer-nickel-haltigen Lotes (5), das als Draht auf die Mündungsbereiche der Schweißfuge aufgelegt oder als Paste aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch das Einlegen eines mindestens im wesentlichen aus Nickel bestehenden Netzes oder Gitters (4).

7. Nach einem der Ansprüche 4 bis 6 hergestelltes spanabhe­ bendes Werkzeug, gekennzeichnet durch einen aus Baustahl (St 37), gegebenenfalls auch höher beanspruchbaren Stahl bestehenden Schaft (1), in dessen Ausnehmung (2) ein aus einem härteren bzw. stärker aus­ härtbaren Stahl, vorzugsweise Schnellstahl, bestehender Einsatz (3) durch Hartlötung (5) befestigt ist.

8. Werkzeug nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein in die herzustellende Lötfuge (4) eingelegtes dünnes, die Lötfuge (5) kalibrierendes Metallnetz oder -gitter (4).

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein im wesentlichen aus Nickel bestehendes Metallnetz oder -gitter (4) mit 0,05 bis 0,4 mm Stärke.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Heft-Verbindung zwischen Einsatz (3) und Schaft (1) bzw. mindestens einer Fläche seiner Ausnehmung (2) durch Heftschweißen, vorzugsweise Punktschweißen.