TURNING, MILLING OR CUTTING TOOL

Abstract: 1. Rotating milling or cutting tool made of ledeburitic steel, with a substantially disc-shaped tool body preferably having a thickness of more than 4 mm, in particular of 4-40 mm, and a diameter of more than 40 mm, in particular of 50-315 mm and having milling or cutting elements formed integrally therewith, characterised in that the tool with the cutting or milling elements is made of sheet (112), in particular of high-speed stee, shaped in cross-section surface-reducing or thickness-reducing manner in more than two operation phases in at least two gradients (G1, G2) running along or parallel to straight lines (g1, g2) which are substantially normal to each other, in particular directions (R1, R2) with largely isotropic carbide distribution in planes substantially parallel to the disc flank planes.

Description: Drehendes Fräs- bzw. Schneidwerkzeug Die Erfindung betrifft ein drehendes Fräs- bzw. Schneidwerkzeug aus Stahl mit vorzugsweise Dicke von über 4 mm, insbesondere von 4 - 40 mm, und Durchmesser von über 40 mm, insbesondere von 50 - 315 mm,aufweisendem, im wesentlichen scheibenförmigem Werkzeugkörper mit einstückig mit ihm ausgebildeten Fräs- bzw. Schneidelementen. Derartige Werkzeuge sind z.B. als Kreis-, Scheiben-, Nutenund Profilfräser für verschiedenste Zwecke der Materialbearbeitung bekannt. Sie sind hohen und insbesondere, wenn unterbrochene Schnitte auftreten, stark wechselnden, höchsten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Dazu kommt, dass insbesondere bei grösseren Durchmessern, die auf Umfang und Fräselemente, Zähne u.dgl. wirkenden Zentrifugalkräfte die mechanischen Bearbeitungskräfte überlagern und die Beanspruchung weiter vergrössern. Insbesondere, wenn die Werkzeug-Durchmesser etwa 40 oder 50 mm übersteigen, treten bei üblichen Schnellarbeitsstählen ungleichmässiger, relativ hoher Verschleiss und gegebenenfalls Brüche an Zähnen und Werkzeugen auf, was zu Stillstandzeiten und gegebenenfalls auch zur Gefährdung von Personal führt. Im Hinblick auf kostengünstige Produktion ist versucht worden, solche Fräswerkzeuge aus Blechen aus Schnellarbeitsstählen zu fertigen. Dabei hat es sich gezeigt, dass bei den extremen Beanspruchungen Inhomogenitäten des Gefüges, insbesondere in der Verteilung der hartzähen Karbid-Einschlüsse zu den hohen Verschleisswerten und Störfällen führten. Es konnten für die Fertigung der Scheiben der Werkzeuge, wenn überhaupt, höchstens ausge wählte, sehr begrenzte Bereiche einer Blechtafel herangezogen werden. An dieser Stelle sei erwähnt, dass es Versuche gegeben hat, siehe AT-PS 304.999, bei geschmiedetem und gewalztem ledeburitischem Stabstahl Gefüge-Struktur-Homogenisierung zu erreichen, indem nach einem ganz speziellen Elektroschlak ke-Umschmelzprozess eine Bramme hergestellt wird, die dann durch Schmieden in Richtung von deren Hauptachse auf quadratischen oder runden Querschnitt stauchverformt wird. Das erhaltene Halbzeug wird durch Verformung quer zur vorherigen Hauptachse auf einen gewünschten Endquerschnitt verformt. Bei diesem Verfahren wird ein Material erhalten, welches in Richtung der zweiten Verformung bevorzugt ge-richtete, also anisotrope Gefügestruktur aufweist. Drehende Fräser aus solchem Material hätten daher im wesentlichen die gleichen gravierenden Nachteile wie solche aus üblich hergestellten Blechen. Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, ein drehendes Fräs- bzw. Schneidwerkzeug aus Stahl mit im wesentlichen scheibenförmigem Werkzeugkörper und einstückig mit ihm ausgebildeten Fräs- bzw. Schneidelementen zu schaffen, das in Ebenen senkrecht zu der Drehachse weitgehend isotrope Karbidverteilung aufweist, sodass auch bei Werkzeugen grösserer Dimension ungleichmässiger Verschleiss bzw. Brüche trotz der hohen Beanspruchungen nicht mehr eintreten. Es wurde gefunden, dass sich dieses Ziel erreichen lässt, wenn ledeburitisches Stahl-Vormaterial im wesentlichen in zwei Walzrichtungen verformt wird. Gegenstand der Erfindung ist demnach ein drehendes Fräsbzw. Schneidwerkzeug der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Werkzeug mit den Schneid- bzw. Fräselementen mit in zumindest zwei, auf entlang von bzw. parallel zu zwei aufeinander im wesentlichen normalen Geraden, insbesondere Richtungen, verlaufende Gradienten einer Material-Querschnittsflächen- oder -Dickenreduktion zurückführbaren Bearbeitungsrichtungen hin querschnittsflächen- bzw. dickenreduzierend verformtem Blech aus ledeburitischem Stahl, insbesondere Schnellarbeitsstahl, mit in zu den Scheiben-Flankenebenen im wesentlichen parallelen Ebenen weitgehend isotroper Karbid-Verteilung gefertigt ist. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es bevorzugt, Bleche der genannten Art einzusetzen, welche entlang zweier aufeinander normaler Geraden in mehr maligenArbeitsgängen, insbesondere durch Walzen und/oder Schmieden streckverformt sind. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemässen Werkzeuge sich auch bei grösseren Dimensionen, z.B. im Bereich von 40 bis 500 mm Durchmesser durch hohe Verschleiss- und Bruch-Sicherheit auszeichnen. Infolge der plastischen Verformungen, die sich letztlich auf materialstreckende Materialdickenreduktionen in zwei im wesentlichen aufeinander senkrechten Richtungen zurückführen lassen, wird im wesentlichen zu den beiden Seitenflächen der Werkzeug-Scheibe parallelen Ebenen eine Karbidstruktur mit wesentlich verbesserter Flächenisotropie erreicht. Diese bringt, wie gefunden wurde - wesentliche Standzeiterhöhungen mit Werten von oft bis zu 40 %, wobei diese Werte bei Fräsern kleineren Durchmesser gegebenenfalls noch überschritten werden können. Weiters ist der Kolkverschleiss geringer, ein Ausbrechen von Zähnen ist praktisch ausgeschaltet und nach erfolgtem Verschleiss eignen sich die Werkzeuge für ein Nachschleifen ohne Probleme. Es wurde gefunden, dass insbesondere ledeburitische Schnellarbeitsstähle mit folgenden Legierungsbestandteilen für die erfindungsgemässen Werkzeuge im Hinblick auf Gebrauchseigenschaften und ökonomischen Einsatz besonders geeignet sind: Tabelle 1: EMI4.1 <tb> <SEP> Legierungsgehalt <SEP> in <SEP> Masse-% <tb> <SEP> Legierungsgehalt <SEP> in <SEP> Masse-% <tb> <SEP> \ <SEP> Stahl <SEP> Nr. <tb> Leg. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <tb> Element <tb> <SEP> C <SEP> 0,65 <SEP> - <SEP> 0,80 <SEP> 1,OT <SEP> - <SEP> 1,15 <SEP> 0,78 <SEP> - <SEP> 0,94 <SEP> 0,88 <SEP> - <SEP> 0,96 <tb> <SEP> Si <SEP> max. <SEP> 0,45 <SEP> max, <SEP> 0,45 <SEP> max. <SEP> 0,45 <SEP> max. <SEP> 0,45 <tb> <SEP> Mn <SEP> max. <SEP> 0,40 <SEP> max. <SEP> 0,40 <SEP> max. <SEP> 0,40 <SEP> max. <SEP> 0,40 <tb> <SEP> Cr <SEP> 3,75 <SEP> - <SEP> 4,50 <SEP> 3,75 <SEP> - <SEP> 4,50 <SEP> 3,75 <SEP> - <SEP> 4,50 <SEP> 4,00 <SEP> - <SEP> 4,50 <tb> <SEP> Mo <SEP> - <SEP> 9,00 <SEP> -10,00 <SEP> 4,50 <SEP> - <SEP> 5,50 <SEP> 4,70 <SEP> - <SEP> 5,20 <tb> <SEP> V <SEP> 0,90 <SEP> - <SEP> 1,30 <SEP> 0,95 <SEP> - <SEP> 1,35 <SEP> 1,70 <SEP> - <SEP> 2,20 <SEP> 1,70 <SEP> - <SEP> 2,00 <tb> <SEP> W <SEP> 17,25 <SEP> -18,75 <SEP> 1,15 <SEP> - <SEP> 1,85 <SEP> 5,50 <SEP> - <SEP> 6,75 <SEP> 6,00 <SEP> - <SEP> 6,70 <tb> <SEP> Co <SEP> - <SEP> 7,50 <SEP> - <SEP> 8,75 <SEP> - <SEP> 4,50 <SEP> - <SEP> 5,00 <tb> Weiterer wesentlicher Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung von wie oben beschriebenen drehenden Fräsbzw. Schneidwerkzeugen, welches im wesentlichen darin besteht, dass ein Vormaterial aus ledeburitischem Stahl, insbesondere Schnellarbeitsstahl, in warmem Zustand mit mehr als zwei Bearbeitungsgängen in zumindest zwei, auf entlang von bzw. parallel zu zwei aufeinander im wesentlichen normalen Geraden, insbesondere Richtungen, verlaufende Gradienten einer Material-Querschnittsflächen- bzw. Dickenreduktion zurückführbaren Bearbeitungs-Richtungen hin querschnittsflächenbzw. dickenreduzierend zu einem Blech verformt wird, aus welchem der Werkzeugkörper mit den Fräs- bzw. Schneidelementen gefertigt wird. Ein derartig gefertigtes Werkzeug zeigt die schon erwähnten Vorteile in hohem Masse. Besondere Zäheigenschaften lassen sich erreichen, wenn die querschnittsflächen- bzw dickenreduzierenden Streck-Ver formungen bei Temperaturen von 1150 bis 7500C vorgenommen werden. Zur Erreichung hochdispersen Kabids mit homogener Verteilung und damit von Werkzeugen mit besonderer mechanischer und Verschleiss-Festigkeit, ist es günstig, wenn bei dem querschnittsflächen- bzw. dickenreduzierenden plastischen Verformen ein Verhältnis von Verformung in einer einem der Querschnitts- bzw. Dickenreduktions-Gradienten entsprechenden Richtung zur Verformung in einer im wesentlichen dazu senkrechten, dem anderen Gradienten entsprechenden Richtung von 0,8 bis 2,2 eingestellt wird. Auf diese Weise kann die Anisotropie im Vormaterial berücksichtigt werden. Es hat sich gezeigt, dass für Werkzeuge mit Scheibendicken von über 25 mm, insbesondere von 25 bis 40 mm, das Vormaterial bis zum Erhalt des Werkzeug-Ausgangsmaterials günstigerweise in mehreren Bearbeitungsstufen jeweils in den zueinander im wesentlichen normalen Streckrichtungen einer, vorzugsweise mindestens, 6- bis 8-fachen Verformung unterworfen wird. Für Werkzeuge mit Scheibendicken von unter 25 mm, ist es zur Erreichung hoher Stabilität und Festigkeit vorteilhaft, das Vormaterial bis zum Erhalt des Werkzeuges in mehreren Bearbeitungsstufen einer, vorzugsweise mindestens, 10-fachen Verformung zu unterwerfen. Anhand der Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Skizze zu der Art und Weise, wie das Ausgangsblech für das erfindungsgemässe Werkzeug bevorzugt verformt ist, während die Figuren 2 bis 4 Ausschnitt-Fotografien von Materialschnitten in aufeinander normalen,parallel zur Achse eines scheibenförmigen Fräswerkzeuges liegenden Ebenen in anschaulicher Schrägansicht zeigen Fig. 1 zeigt, wie ein Vormaterial, vorzugsweise Vormaterialblech 1, mittels Walzen W1 unter Bewirkung einer in Richtung R1 gerichteten Vorschubkraft V1 querschnittsreduzierend in Richtung R1 verformt wird. Zur Veranschaulichung sind einige Material-QuerschnitteQl,Ql', Ql",Ql"', in der Zone der Dickenreduktion angedeutet und es ist dort der Gradient der Querschnittsflächen- bzw. Dickenreduktion G1 dargestellt, welcher hier in seiner Richtung mit jener R1 einer ersten querschnittsreduzierenden Walzverformung übereinstimmt. Das nun querschnittsreduzierte Material 11 wird unter Aufbringung einer streckenden Vorschubkraft V2 im wesentlichen senkrecht zur vorher aufgebrachten Kraft V1 mittels senkrecht zu den Walzen W1 gerichteten Walzen W2 nochmals querschnittsreduzierend in Richtung R2 zu Blech 112 verformt. Auch dort ist wieder anhand einiger Schnitte Q2, Q2', Q2" quer zur Vorschubrichtung R2 angezeigt, wie der Gradient der Querschnittsflächenbzw. Dickenreduktion G2 in einer Geraden 92 liegt, welche senkrecht zu jener Geraden gl angeordnet ist, in welcher der Gradient G1 der ersten Querschnittsfläche bzw. Dickenreduktion liegt. Auch bei diesem Bearbeitungsgang ist die Richtung des Gradienten G2 mit der Richtung des Walz-Vorschubes V2 übereinstimmend. Es sei betont, dass es wesentlich ist, dass jedenfalls die beiden Gradienten G1 und G2 auf bzw. parallel zu zueinander im wesentlichen senkrechten Geraden g1, 92 angeordnet sind. Dies kann gegebenenfalls auch durch Walzen in mehr als zwei Richtungen erreicht werden. Es sollen jedenfalls die dickenreduzierenden Walzvorgänge, die konkret in verschiedenen Richtungen vorgenommen werden können, auf die zwei genannten Gradienten G1, G2 zurückführbar sein. Dabei ist selbstverständlich inkludiert, dass die erläuterten Walzvorgänge jeweils auch in zu den Richtungen R1 und R2 entgegengesetzte Richtungen, jedoch jeweils im Verlauf der oder parallel zu der Geraden gl und 92 vorgenommen werden können. Für das Gefüge vorteilhaft ist es, darauf zu achten, dass die relativen Querschnittsreduktionen jeweils in einer der Ver formungs-Richtungen R1, R2 nicht wesentlich überwiegen, sodass echte Flächenisotropie der Karbidverteilung gesichert ist. Ergänzend sei erwähnt, dass auch Schmiede-, bzw. gemischte Schmiede- und Walzverformung statt des Walzens möglich sind. Aus Fig. 2 bis 4 ist ersichtlich, wie in einer Schnittebene in Richtung quer zu den Flankenflächen einer aus Blech gefertigten, erfindungsgemässen Frässcheibe von 16 mm Dicke und einer darauf senkrechten Schnittebene jeweils am Rand in 1/4-Blechdicken-Tiefe und in Blechmitte die feinteiliger Karbide parallel flächig angeordnet und verteilt sind, und somit eine Gefügeisotropie jeweils in Ebenen parallel zu den Hauptflächen des Stahl-Bleches bzw. der Flankenflächen der Frässcheibe gegeben ist. Die Vergrösserung ist l00fach. Anhand der folgenden Tests werden Erfindung und deren Vor teile näher erläutert. Getestet wurden jeweils drei Scheibenfräser mit 195 mm Durchmesser und 16 mm Material-Stärke aus üblich gefertigtem, unter 10-facher Verformung hergestelltem Walz Blech und ebensolche drei Fräser aus Blech, das mit lOfacher Walzverformung in zwei aufeinander senkrecht stehenden Walzrichtungen in ausgewogerer Folge hergestellt worden ist. Zum Einsatz kam ledeburitischer Schnellarbeits-Stahl Nr. 1 der vorangegangener Tabelle 1. Gebrauchstests mit diesen Fräsern 1 sowie weiters der Einzahnscheiben-Test zeigten, dass das mit dem in zwei aufeinander senkrechten Richtungen gewalzten Stahl-Blech hergestellte Werkzeug eine im Mittel um 33 % erhöhte Standzeit zeigte. Ähnliche Vergleichsversuche mit Fräsern 2 mit 30 mm Blechstärke und 180 mm Durchmesser nach jeweils 8-facher Verformung mit Stählen Nr. 1 - 4 gemäss Tabelle 1 ergaben eben falls wesentliche Standzeitverbesserungen, ebenso solche mit Fräsern 1 aus Stählen 2 - 4 von Tabelle 1: Tabelle 2: relative Standzeiterhöhung: EMI8.1 <tb> Fräswerk- <SEP> Verformung <SEP> Stähle <SEP> gemäss <SEP> Tabelle <SEP> 1 <tb> zeug <SEP> üblich <SEP> Erfindung <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <tb> Fräser <SEP> 1 <SEP> 10-fach <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <tb> <SEP> 10-fach <SEP> 133 <SEP> 134 <SEP> 127 <SEP> 141 <tb> Fräser <SEP> 2 <SEP> 8-fach <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <tb> <SEP> 8-fach <SEP> 127 <SEP> 132 <SEP> 125 <SEP> 132 <tb>

Claims: Patentansprüche : 1. Drehendes Fräs- bzw. Schneidwerkzeug aus Stahl mit vorzugsweise Dicke von über 4 mm, insbesondere von 4 - 40 mm, und Durchmesser über 40 mm, insbesondere von 50 - 315 mm, aufweisendem, im wesentlichen scheibenförmigem, Werkzeugkörper mit einstückig mit ihm ausgebildeten Fräs- bzw. Schneidelementen, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mit den Schneid- bzw. Fräselementen mit in zumindest zwei, auf entlang von bzw. parallel zu zwei aufeinander im wesentlichen normalen Geraden (g1, 92), insbesondere Richtungen (R1, R2), verlaufende Gradienten (G1, G2) einer Material Querschnittsflächen- oder -Dickenreduktion zurückführbaren Bearbeitungsrichtungen hin querschnittsflächen- bzw. dickenreduzierend verformtem Blech (112) aus ledeburitischem Stahl, insbesondere Schnellarbeitsstahl, mit in zu den Scheiben Flankenebenen im wesentlichen parallelen Ebenen weitgehend isotroper Karbid-Verteilung gefertigt ist. 2. Fräs- bzw. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem ledeburitischen Schnellarbeitsstahl mit 0,65 - 0,80 C, max. 0,45 Si, max. 0,40 Mn, 3,75 - 4,50 Cr, 0,90 - 1,30 V, 17,25 - 18,75 W, gefertigt ist. 3. Fräs- bzw. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem ledeburitischen Schnellarbeitsstahl mit 1,05 - 1,15 C, max. 0,45 Si, max. 0,40 Mn, 3,75 - 4,50 Cr, 9,00 - 10,00 Mo, 0,95 - 1,35 V, 1,15 - 1,85 W, 7,50 - 8,75 Co, gefertigt ist. 4. Fräs- bzw. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem ledeburitischen Schnellar beitsstahl mit 0,78 - 0,94 C, max. 0,45 Si,max. 0,40 Mn, 3,75 - 4,50 Cr, 4,50 - 5,50 Mo, 1,70 - 2,20 V, 5,50 - 6,75 W, gefertigt ist. 5. Fräs- bzw. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem ledeburitischen Schnellarbeitsstahl mit 0,88 - 0,96 C, max. 0,45 Si, max. 0,40 Mn, 4,00 - 4,50 Cr, 4,70 - 5,20 Mo, 1,70 - 2,00 V, 6,00 - 6,70 W, 4,50 - 5,00 Co, gefertigt ist. 6. Verfahren zur Herstellung eines drehenden Fräs- bzw. - Schneidwerkzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vormaterial (1) aus ledeburitischem Stahl, insbesondere Schnellarbeitsstahl, in warmem Zustand mit mehr als zwei Bearbeitungsgängen in zumindest zwei, auf entlang von bzw. parallel zu zwei aufeinander im wesentlichen normalen Geraden (gl, 92), insbesondere Richtungen (R1, R2), verlaufenden Gradienten (G1, G2) einer Material-Querschnittsflächen- bzw. Dickenreduktion zurückführbaren Bearbeitungs-Richtungen hin querschnittsflächen- bzw. dickenreduzierend zu einem Blech (112) verformt wird, aus welchem der Werkzeugkörper mit den Fräsbzw. Schneidelementen, gefertigt wird. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die querschnittsflächen- bzw. dickenreduzierenden Verformungen bei Temperaturen von 1150 bis 750 0C vorgenommen werden. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Verformung in einer einem der Querschnitts- bzw. Dickenreduktions-Gradienten (G1, G2) entsprechenden Richtung zur Verformung in einer im wesentlichen dazu senkrechten, dem anderen Gradienten (G2, G1) entsprechenden Richtung von 0,8 bis 2,2 eingestellt wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für'Werkzeugkörper bzw. Werkzeuge mit Scheibendicken über 25 mm, insbesondere von 25 bis 40 mm, das Vormaterial bis zum Erhalt des Werkzeugbleches in mehreren Bearbeitungsgängen 6 - bis 8-facher Verformung durch Walzen unterworfen wird. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für Werkzeuge bzw. Werkzeugkörper mit Scheibendicken von unter 25 mm das Vormaterial bis zum Erhalt des Werkzeugbleches in mehreren Bearbeitungsgängen mindestens 10-facher Verformung durch Walzen unterworfen wird.

Inventors: KAISERFELD, HANS, DIPL.-ING., KUGLER, ALFRED, DR., RIHA, MANFRED, DIPL.-ING., Kügler, Alfred, Dr.
Applicants: BOHLER GESELLSCHAFT M.B.H.
Application year: 1984
Main classification: B23P15
IPC codes: B23P15, C21D8