СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ ЗАГОТОВКА
METHOD FOR PRODUCING CUTTING TOOL BLANK AND CORRESPONDING BLANK

Настоящее изобретение касается способа изготовления заготовки для режущего инструмента, в частности, заготовки как исходного элемента для изготовления пильного полотна, пильной ленты, режущей линейки, штамповочного ножа или лезвия, например, снимающего лезвия. Изобретение касается также и соответствующей заготовки.
Чтобы режущие инструменты, например, ленточные пилы для обработки металла, были пригодны к использованию с экономической точки зрения, они должны удовлетворять целому ряду требований: материал ленты должен быть гибок и эластичен, он должен быть не только в состоянии воспринимать и переносить напряжение растяжения, которому пильная лента подвергается уже с момента ее установки, но кроме того он должен быть в состоянии переносить и действующие на ленту усилия на изгиб во время процесса пиления, а также соответствующие крутящие (скручивающие) моменты и напряжение, которые воздействуют на ленту при вращении ее вокруг продольной оси над и под столом для резки либо же, соответственно, до и после места резки. К этому добавляются динамические нагрузки, которые возникают в силу врезания отдельных зубьев в подлежащий обработке материал, и, не в последнюю очередь, термические нагрузки, обусловленные температурами, которые в области зубьев, а в частности на концах зубьев, могут достигать 600°C и более. Поскольку охлаждение ленты обеспечивает отведение этой теплоты, имеет место не только эта термическая нагрузка, но также и формирование градиента температуры и связанных с ним термических напряжений, которые накладываются на механические и, в частности, на динамические напряжения.
Поскольку требования, касающиеся вязкости пильного полотна и его прочности на изгиб с одной стороны и твердости при высокой температуре и износостойкости зубьев пилы с другой стороны с применением одного единственного материала выполнить в удовлетворительной степени не удается, в качестве исходного элемента, или, соответственно, заготовки режущих инструментов высокой производительности предпочтительно применяют так называемые биметаллические ленты или биметаллические полотна. Такие биметаллические ленты, или, соответственно, полотна обычно состоят из плоского носителя, выполненного из материала-носителя, который обладает необходимой для будущего режущего инструмента вязкостью и прочностью на изгиб, например, из низколегированных сталей или же из углеродистой стали. К узкой грани (ребру, кромке) плоского носителя обычно приваривают проволоку из режущего материала, обладающего более высокой износостойкостью и более высокой термостойкостью. В качестве режущего материала обычно применяют многоугольную проволоку из быстрорежущей стали (HSS).
Затем производитель пил изготавливает из этой заготовки пильное полотно или пильную ленту. Для этого на той кромке плоского носителя, на которой находится приваренная многоугольная проволока из быстрорежущей стали, вырезают, например, выфрезеровывают или вышлифовывают профиль зубьев (зубчатый профиль) будущего пильного полотна или ленты. Таким способом получаются зубья с заостренным участком из быстрорежущей стали, причем остальная часть пильного полотна или ленты состоит из вязкой эластичной стали плоского носителя. В зависимости от комплекса требований, предъявляемых к пиле, зубья могут состоять из режущего материала целиком, однако, предпочтительно, чтобы из режущего материала состояли только острия зубьев, в то время как основание зуба простирается в плоский носитель и, соответственно, состоит из вязкого эластичного материала-носителя.
Такая биметаллическая лента или такое биметаллическое полотно, изготовленные обычным образом, обладают, однако, тем недостатком, что вырабатывание зубчатого профиля связано с высокими потерями режущего материала, так как материал из межзубьевых промежутков дальнейшего применения не находит. Для решения этой проблемы в международной заявке на патент WO 2006/000256 А1 настоящего заявителя предложено применять для изготовления пильных полотен или пильных лент заготовки, которые состоят из двух плоских носителей, которые соединены друг с другом с помощью проволоки многоугольного сечения из быстрорежущей стали.. Посредством надлежащего подбора линии раздела можно разделить этот композит так, чтобы образовались две биметаллические ленты, профиль кромок которых уже приблизительно соответствует зубчатому профилю будущего пильного полотна или пильной ленты. После разделения каждую биметаллическую ленту подвергают дальнейшей обработке, пока зубья не примут окончательную желательную форму. При таком способе работы потери режущего материала оказываются меньше.
Изложенные до сих пор способы по-прежнему, однако, страдают тем недостатком, что используемый материал, с одной стороны необходимо иметь возможность изготавливать в форме проволок многоугольного сечения, а с другой стороны необходимо иметь возможность сварного соединения его с плоским носителем. Эти предпосылки существенно ограничивают выбор материалов как для плоского носителя, так и для резки.
В патенте США US 7,373,857 В2 описан способ изготовления режущего инструмента, в котором также применяют плоский композитный материал из различных металлических сплавов. При этом проволоку из режущего материала вкладывают в выбранный в плоском носителе желобок (канавку) и фиксируют плакировкой под воздействием давления и тепловой обработки. Хотя этот способ и обладает экономическими преимуществами, так как вместо многоугольной проволоки можно, например, применять круглую проволоку, но выбор материала, однако, ограничен и здесь, поскольку режущий материал с одной стороны должен быть представлен в виде проволоки, а с другой стороны не всякий композит режущего материала и материала плоского носителя дает возможность создать достаточно стабильное соединение обоих материалов. Подобный способ описан также в заявке на патент США US 2004/016132 А1, причем в углублении ленты-носителя фиксируют плакировкой проволоку, которая впоследствии образует краевой элемент (элемент кромки) биметаллической ленты. Упоминается, что проволока, которая впоследствии образует элемент кромки, может изготавливаться из быстрорежущей стали, включая металлы, изготовленные методом порошковой металлургии.
В патенте США US 2,686,439 А изложен способ изготовления режущего инструмента, при реализации которого в углубление материала-носителя вводят порошкообразный режущий материал (твердый металл). Всю сборку плакируют еще с одним металлом, а затем придают желаемую форму. Затем сборку разогревают до температуры выше температуры спекания твердого металла и при необходимости удаляют защитную металлическую оболочку.
В патенте США US 3,835,734 А описан способ, при реализации которого порошкообразную инструментальную сталь в предварительно компактированном виде вводят в емкость из низколегированной стали и формуют биметаллическое изделие путем горячего изостатического прессования с последующей горячей прокаткой либо же, соответственно, горячей плакировки. Путем машинной обработки создают лентовидное изделие с режущей кромкой из инструментальной стали.
Ни в одном из документов US 7,373,857 В2, US 2004/016132 A1, US 2,686,439 А и US 3,835,734 А, однако, не описывается сваривание порошкообразного режущего материала с материалом-носителем.
Из европейской заявки ЕР 1404484 В1 известен способ изготовления режущего инструмента, состоящего из лентовидного или дисковидного материала-носителя, на кромке которого, по существу находящейся в вертикальном положении, размещают режущий участок в виде сплава, находящегося в порошкообразной форме, который в процессе нанесения расплавляется под воздействием лазерного луча и застывает на кромке. В распоряжении использующего этот способ находится гораздо большее число режущих материалов, поскольку отпадает условие, требующее возможности изготавливать режущий материал в форме проволоки многоугольного либо же, соответственно, круглого сечения. Недостаток изготовления режущего участка методами порошковой металлургии состоит, однако, в том, что достигаемая скорость работы ниже, чем при сваривании проволоки многоугольного сечения.
Поэтому в основе настоящего изобретения лежит техническая задача представить способ изготовления заготовки для режущего инструмента, который можно осуществлять недорого и просто, и который дает возможность применять широкую палитру материалов для плоского носителя и режущего материала. Также следует представить соответствующую заготовку для изготовления режущего инструмента.
Техническую задачу решают посредством способа изготовления заготовки для режущего инструмента в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения настоящей заявки, а предпочтительные усовершенствования способа являются объектами зависимых пунктов.
Соответственно, изобретение касается способа изготовления заготовки для режущего инструмента, в частности, заготовки для пильного полотна, пильной ленты, режущей линейки, штамповочного ножа или лезвия, причем по меньшей мере один первый режущий материал в форме частиц, наносят на плоский носитель, сваривают первый режущий материал в форме частиц с плоским носителем и разделяют плоский носитель по существу вдоль созданного таким образом сварного соединения. При этом режущий материал в форме частиц наносят на поверхность на верхней и/или нижней стороне плоского носителя. Благодаря свариванию в области контакта между плоским носителем и режущим материалом в форме частиц формируется зона сплавления из материала плоского носителя и режущего материала в форме частиц. В простейшем случае разделение обоих плоских носителей осуществляют вдоль прямой срединной линии, проходящей по образовавшемуся сварному соединению. Линия разделения, однако, не обязана проходить строго в пределах сварного соединения, а может иметь сложную форму и при необходимости частично простираться также в пределы плоского носителя, чтобы при разделении уже образовался профиль кромки, приближенный к желаемой последующей форме зубьев.
Способ согласно изобретению обладает множеством преимуществ. Поскольку режущий материал подают в форме частиц, выбор режущего материала не ограничивается материалами, из которых можно изготавливать проволоку. Даже при использовании материалов, которые в принципе также поставляются в виде проволоки, в случае применения материала в виде частиц, в частности, порошкообразного материала, имеется значительная экономическая выгода, так как отпадают затраты, связанные с изготовлением проволоки. Кроме того, ограничение скорости процесса, связанное с изготовлением участка резания методом порошковой металлургии, смягчается тем, что при использовании способа согласно изобретению после разделения сварного соединения образуются две биметаллические ленты или, соответственно, два биметаллических диска (пластины), которые изготовлены одной единственной операцией сварки. Поэтому фактически скорость процесса удваивается по сравнению со способом, известным и европейской заявки ЕР 1404484 В1. Чистую (эффективную) скорость процесса можно повысить дополнительно, применяя более широкий плоский носитель или создавая еще одну или несколько линий сварки, а затем разделяя плоский носитель на несколько биметаллических лент.
Имеющий форму частиц материал-носитель можно наносить непосредственно на, по существу, ровную поверхность плоского носителя и сваривать с материалом-носителем. Это, однако, с одной стороны приводит к формированию весьма высокого выступа после сварки, который, как правило, нуждается в дальнейшей обработке, а с другой стороны, под сварным соединением остается существенная доля материала-носителя, которая (в зависимости от применяемого материала-носителя) может оказаться нежелательна на режущем участке, образующемся после разделения плоского носителя. Поэтому предпочтительно вводить по меньшей мере один режущий материал в форме частиц в углубление, сделанное на верхней стороне и/или на нижней стороне плоского носителя. Таким образом, после разделения обоих носителей по сварному соединению образуется область кромки, которая состоит практически только из режущего материала, так что при последующей дополнительной обработке можно выработать острия зубьев, которые также состоят только из режущего материала. Кроме того, уменьшается образующееся сварное соединение (возвышение), так что дальнейшая обработка упрощается. Форма поперечного сечения углубления может быть любой - круглой, овальной, многоугольной.
Плоский носитель может иметь любую желаемую форму, подходящую для того, чтобы создать из нее, при последующей обработке, режущий инструмент, например, пильное полотно, пильную ленту, режущую линейку, или штамповочный нож, или лезвие. Особо предпочтительно, однако, представлять плоский носитель при реализации способа согласно изобретению в форме ленты из металла или металлического сплава, в частности, бесконечной ленты, которую, например, сматывают с рулона и подают на сварочное устройство.
Плоский носитель и режущий материал в форме частиц могут быть сварены друг с другом различным образом, для чего плоский носитель и/или первый режущий материал в форме частиц по меньшей мере частично расплавляют и по меньшей мере частично обеспечивают застывание расплавленного композита материалов. Обычно расплавляют по меньшей мере один из участвующих материалов, например, материал-носитель на том участке, куда подают имеющий форму частиц режущий материал, так что при застывании образуется композит материалов из материала-носителя и добавленного режущего материала в форме частиц. Сам режущий материал тоже может расплавиться, но он также может, однако, откладываться в области сварки в виде режущего материала в форме частиц. Матрикс, в котором откладывается режущий материал в форме частиц, может представлять собой материал, который добавляют вместе с имеющим форму частиц режущим материалом и который также расплавляется при подаче энергии. В качестве альтернативы матриксом для не расплавляющегося режущего материала в форме частиц может также служить материал плоского носителя. Предпочтительно, однако, применять режущий материал в форме частиц, который сам расплавляется при сваривании с плоским носителем.
Для разделения изготовленного таким образом сварного соединения как завершающего этапа способа согласно изобретению можно применять множество способов разделения, известных на нынешнем уровне техники, как то: резку, роспуск, насекание, лазерную резку, водоструйную резку и т.п.
Предпочтительно, чтобы плоский носитель состоял из основной части из первого материала-носителя, например, металла или металлического сплава, например, низколегированной инструментальной стали. В этом случае при реализации способа согласно изобретению путем подачи режущего материала в форме частиц формируют соответствующий высокопрочный режущий участок, который затем, после разделения плоского носителя, образует кромки образующейся разделительной линии.
Применяемый при реализации способа согласно изобретению плоский носитель может, однако, в дополнение к основной части из обычного материала-носителя уже иметь область кромки, состоящую еще из одного режущего материала. Такой плоский носитель может представлять собой, например, носитель с центрально расположенной полосой из быстрорежущей стали. Таким образом, с помощью способа согласно изобретению к участку плоского носителя из дополнительного режущего материала добавляют еще одну область из имеющего форму частиц первого режущего материала, так что образуется многослойная лента. Предпочтительно, чтобы первый и второй режущие материалы представляли собой различные материалы.
В качестве альтернативы или дополнения перед разделением композита из плоского носителя и первого режущего материала можно добавить и расплавить еще по меньшей мере один второй режущий материал в форме частиц, чтобы таким образом создать двухслойный или трехслойный комбинированный (композитный) материал. Этот процесс, разумеется, можно продолжать и в несколько этапов с применением дальнейших режущих материалов в форме частиц, чтобы создать многослойный композитный материал.
Первый и при необходимости второй режущий материал в форме частиц или же другие режущие материалы в форме частиц предпочтительно подавать в виде порошка, гранулята, пасты или порошковой сварочной проволоки. В случае порошковой сварочной проволоки режущий материал в форме частиц (в виде порошка, гранулята или пасты) находится внутри трубкообразной проволоки. Сама проволока может состоять, например, из материала носителя. Особо предпочтительно, однако, добавление в виде порошка.
Добавление режущего материала в виде частиц можно осуществлять самыми различными способами. Если режущий материал в форме частиц находится в виде порошка или пасты, то подачу можно осуществлять с помощью сопла, например, кольцевого или щелевидного сопла. Если же режущий материал в форме частиц находится в виде порошковой сварочной проволоки, то ее можно, например, подавать с подающей катушки.
Предпочтительно, чтобы применяемые режущие материалы содержали металлы и/или металлические сплавы, например, металлы или металлические сплавы, которые сами расплавляются в процессе сварки, как, например, быстрорежущая сталь (HSS).
В качестве имеющих форму частиц режущих материалов можно использовать, например, все материалы HSS, которые уже применяют в качестве проволоки для биметалла пильных полотен или пильных лент (примеры таких материалов - это S 2-10-1-8 (М42, 1.3247) или S 6-5-2 (М2, 1. 3343)). Сверх того при реализации способа согласно изобретению можно использовать все прочие материалы HSS, недоступные в виде проволоки. При этом ориентировочные значения для состава сплава следующие: 0,5-2,5% С, 0,1-1,0% Si, 0,1-0,7% Mn, 3,0-6,0% Cr, 2,0-11% Мо, до 6,5% V, до 15% W, до 15% Со. Кроме того, возможно добавление карбидообразующих элементов, например, Nb и Ti, с процентным содержанием до 5%.
2
2
2
3
2
2
3
3
3
3
В качестве альтернативы или дополнения режущие материалы могут также содержать металлические твердые вещества. Металлические твердые вещества - это бориды, карбиды, силициды и нитриды тугоплавких переходных металлов, но также, однако, оксиды в сочетании с поддающимися деформации структурными составляющими, то есть матриксом, в котором отложены металлические твердые вещества. В категорию металлических твердых веществ попадают, например, TiC, ТаС, WC, TiB, MoSi, AlO, SiO, из чего можно получить также смешанные кристаллы (например, TiC-WC, MoC-TiC), двойные карбиды или, соответственно, комплексные карбиды (например, CoWC, NiWC) и интерметаллические соединения (металлиды). Кроме того, можно использовать также и смеси материалов HSS с металлическими твердыми веществами. Само собой разумеется, что возможны также и новые режущие материалы, создаваемые методом механического легирования. В качестве режущего материала можно также использовать троичные системы Fe-Co-Mo либо же, соответственно, Fe-Co-W и получаемую из них систему из четырех веществ Fe-Co-Mo-W. В процессе термического упрочнения(дисперсионного твердения) эти системы могут формировать очень тонкодисперсные частицы, в результате чего чрезвычайно возрастает твердость. В состоянии после диффузионного отжига такие сплавы обладают соответствующей мягкостью и пригодны к формовке в т.ч. в холодном состоянии. Обычные значения состава таких сплавов, пригодных к термическому упрочнению, находятся в пределах 23-25% Со и комбинации W+Мо/2 на уровне 10-31%. Остаток приходится на железо и примеси, обусловленные плавлением.
В качестве материалов-носителей при реализации способа согласно изобретению можно использовать все обычные материалы для нерабочей кромки режущего инструмента. Можно, например, применять обычные низколегированные стали, обладающие высокой вязкостью и усталостной прочностью. Значения состава подходящих носителей находятся, например, в пределах 0,2-0,6% С, 0,1-1,0% Si, 0,3-2,0% Mn, 0,5-7,0% Cr, 0,1-2,6% Мо, до 0,6% V и до 5,0% W. Для уменьшения размера зерен возможно добавление небольших количеств Nb и Ti в суммарном количестве до 0,5%. Остаток образован железом и обусловленными плавлением примесями. В качестве материала-носителя можно также применять углеродистую сталь, содержащую от 0,50 до 1,50% С, до 1,5% Si, до 1,5% Mn.
Плоский носитель и имеющий форму частиц режущий материал сваривают друг с другом посредством разогрева области соединения путем надлежащей подачи энергии, при необходимости с использованием давления. Подачу энергии осуществляют, например, с помощью сварочной установки. Подачи энергии должно быть достаточно, чтобы расплавить по меньшей мере один из задействованных материалов. Предпочтительно сваривать плоский носитель и имеющий форму частиц режущий материал друг с другом посредством подачи энергии с помощью одного или нескольких лазеров. Подачу энергии можно, однако, осуществлять и другим образом, например, электронно-лучевым способом. В частности, при подаче имеющего форму частиц режущего материала в виде пасты или порошковой сварочной проволоки можно также применять и любое другое обычное сварочное устройство, например, дуговой сварочный аппарат, аппарат для сварки в среде защитного газа или контактный сварочный аппарат.
В зависимости от целей последующего применения режущий материал в форме частиц можно подавать только с одной стороны поверхности плоского носителя. Предпочтительно, однако, подавать плоский режущий материал на обе стороны плоского носителей, то есть на верхнюю и нижнюю стороны плоского носителя. Это можно осуществлять одновременно или последовательно; например, плоский носитель можно размещать вблизи сварочного аппарата вертикально и подавать имеющий форму частиц режущий материал одновременно с обеих сторон. При горизонтальном размещении плоского носителя в области сварки после нанесения режущего материала в форме частиц на верхнюю сторону можно провести плоский носитель через концевой ролик, так что в компактной области рабочей (конвейерной) линии нижняя сторона носителя окажется обращена вверх и готова к нанесению режущего материала. В частности, если плоский носитель представлен в виде ленты, возможно также, например, после нанесения имеющего форму частиц режущего материала на верхнюю сторону перевернуть ленту на некотором определенном участке движения ленты на угол 180°, так что несколько ниже по движению исходная нижняя сторона носителя оказывается обращена вверх.
Изобретение также касается плоской заготовки для изготовления режущего материала, в частности, пильного полотна, пильной ленты, режущей линейки, штамповочного ножа или лезвия, которые получают в соответствии с описанным выше способом.
В соответствии с первым вариантом в состав плоской заготовки согласно изобретению входит плоский носитель, имеющий основную часть из материала-носителя, и режущий участок по меньшей мере из одного первого режущего материала, причем плоский носитель и режущий участок соединены друг с другом первой зоной сплавления. Первый режущий материал наносят на плоский носитель в виде частиц способом согласно изобретению таким образом, чтобы образующийся режущий участок и плоский носитель перекрывались на некоторой длине поперечного сечения, которая находится в пределах от 0,2 до 3 значений ширины поперечного сечения плоского носителя. Предпочтительно, чтобы образующийся режущий участок и плоский носитель перекрывались на длине сечения 1, которая находится в пределах 0,3-2, особо предпочтительно в пределах от 0,5 до 1,5 значений ширины сечения плоского носителя. В отличие от обычной биметаллической ленты, изготовленной из проволоки многоугольного сечения, в сечении заготовки согласно изобретению отсутствует какая бы то ни было однозначная высота, на которой исходный плоский носитель переходит в область кромки, образовавшуюся из исходно поданного в форме частиц режущего материала. Напротив, плоский носитель, например, внутри плоской заготовки простирается в область кромки дальше, чем в наружной области на верхней и/или нижней стороне.
Плоский носитель может состоять из основной части из материала-носителя. В качестве альтернативы возможно, чтобы плоский носитель включал в себя основную часть из материала-носителя и область кромки по меньшей мере из еще одного режущего материала, так чтобы при реализации способа согласно изобретению образовывалась многослойная заготовка. Так, можно также получить плоский носитель на основе носителя с центрально расположенной полосой из быстрорежущей стали согласно международной заявке WO 2006/000256 А1.
В соответствии с одним из вариантов многослойной заготовки в состав плоской заготовки согласно изобретению входит плоский носитель, имеющий основную часть из материала-носителя, и режущий участок по меньшей мере из одного режущего материала, причем на режущем участке по меньшей мере на одном углу имеется угловая область по меньшей мере из одного дополнительного режущего материала. Этот вариант заготовки отличается тем, что угловая область и режущий участок соединены друг с другом зоной сплавления. Соответственно, можно дополнительно улучшить зубья, создав, например, углы с особо высокой износостойкостью и, в частности, с особо высокой прочностью при резании, в то время как срединная область зубьев обладает более высокой вязкостью и более высоким пределом прочности на изгиб, но в то же время все еще и более высокой износостойкостью, чем материал основной части. При этом другой режущий материал для угловой области подают с применением способа согласно изобретению. Режущий участок по меньшей мере из одного режущего материала может быть изготовлен по способу согласно изобретению из первого режущего материала в форме частиц или же может состоять из дополнительного режущего материала, который, например, получен на основе носителя с центрально расположенной полосой из быстрорежущей стали в соответствии с международной заявкой WO 2006/000256 А1. Таким образом, плоский носитель в этом случае может также состоять из основной части из материала-носителя или же дополнительно включать в себя область кромки по меньшей мере из одного дополнительного режущего материала.
Этот вариант многослойной заготовки согласно изобретению можно также создать с применением способа, при реализации которого подготавливают плоский носитель, включающий в себя основную часть из материала-носителя и режущий участок из режущего материала, наносят по меньшей мере один имеющий форму частиц режущий материал по меньшей мере на одну кромку режущего участка плоского носителя и сваривают имеющий форму частиц режущий материал с плоским носителем. Режущий участок из режущего материала плоского носителя может быть изготовлен по способу согласно изобретению из первого режущего материала в форме частиц или же может состоять из дополнительного режущего материала, который, например, приваривают к основной части как проволоку многоугольного сечения. В отличие от известного на нынешнем уровне техники изготовления режущей кромки методом порошковой металлургии, при реализации способа согласно изобретению режущий материал, имеющий форму частиц, в частности, порошкообразный режущий материал наносят не на материал-носитель, а на уже имеющийся на кромке плоского носителя режущий участок. Особо предпочтительно наносить имеющий форму частиц режущий материал на углы режущего участка плоского носителя, что в свою очередь дает возможность изготавливать углы с особо высокой износостойкостью и прочностью при резании.
Особо предпочтительно, чтобы плоская заготовка согласно изобретению представляла собой ленту. Для дальнейшей обработки после реализации способа согласно изобретению такую ленту можно смотать в рулоны и поставлять, например, производителю пил.
Далее приведено более подробное пояснение изобретения с опорой на прилагаемые чертежи.
На чертежах представлены:
Фиг. 1 схематическое изображение создания сварного соединения между плоским носителем и подаваемым режущим материалом в форме частиц при реализации способа согласно изобретению;
Фиг. 2 вариант фиг. 1, при котором в плоском носителе имеются углубления для размещения имеющего форму частиц режущего материала;
Фиг. 3 вариант фиг. 1, при котором плоский носитель изготовлен как биметаллический носитель с центрально расположенной полосой из дополнительного материала;
Фиг. 4 вариант фиг. 1 или фиг. 2, при котором подают два режущих материала в форме частиц;
Фиг. 5 заготовка согласно изобретению с фиг. 1 или фиг. 2 после создания сварного соединения;
Фиг. 6 заготовка согласно изобретению с фиг. 5 после раскатки сварного соединения;
Фиг. 7 заготовка согласно изобретению с фиг. 3 после создания сварного соединения;
Фиг. 8 заготовка согласно изобретению с фиг. 7 после раскатки сварного соединения;
Фиг. 9 заготовка согласно изобретению с фиг. 4 после создания сварного соединения;
Фиг. 10 заготовка согласно изобретению с фиг. 9 после раскатки сварного соединения;
Фиг. 11 заготовка с фиг. 6 после разделения сварного соединения;
Фиг. 12 заготовка с фиг. 8 после разделения сварного соединения;
Фиг. 13 заготовка с фиг. 10 после разделения сварного соединения;
Фиг.14 схематическое изображение нанесения режущего материала в форме частиц на режущую кромку плоского носителя;
Фиг. 15 вариант способа с фиг. 14, при котором имеющий форму частиц режущий материал наносят с трех направлений; и
Фиг. 16 заготовка согласно изобретению с фиг. 15 после обработки области кромки.
На фигуре 1 в качестве примера схематически представлена первая форма исполнения способа согласно изобретению для изготовления заготовки для режущего инструмента, например, пильного полотна, пильной ленты или режущей линейки. Виден плоский носитель 10, который в представленном примере включает в себя только сплошную основную часть 11 из материала-носителя. В представленном примере плоский носитель из соображений обзорности изображен в виде короткого отрезка. Предпочтительно, однако, чтобы это была бесконечная лента, которую сматывают с рулонов, также не представленных на настоящем изображении. Плоский носитель 10 имеет верхнюю сторону 13 и нижнюю сторону 14, которые в представленном примере плоские. С помощью сварочной головки 15 сварочного устройства, не изображенного более подробно, на верхнюю сторону 13 плоского носителя 10 наносят первый режущий материал 16 в форме частиц и расплавляют его лазерным лучом 17, так что носитель 10 и имеющий форму частиц режущий материал 16 можно сваривать друг с другом. Для этого в представленном примере сварочная головка 15 имеет кольцевидное сопло 18, к которому по трубопроводам 19, 20 подают имеющий форму частиц режущий материал 16. Можно, однако, применять и любой другой вид сопла. Изображенное кольцевидное сопло 18 создает конусообразную струю режущего материала 16 в форме частиц, которая направлена на верхнюю сторону 13 носителя. Луч лазера 17 направляют через центр сварочной головки 15 и центр конусообразной струи режущего материала 16 и фокусируют на области 21, в которой режущий материал попадает на поверхность носителя 10. В этой области происходит процесс сварки. В зависимости от применяемых материалов режущий материал 16 в виде частиц, и/или подаваемый вместе с режущим материалом материал матрикса, и/или материал-носитель по меньшей мере частично расплавляются в области сварки 21, так что образуется сварное соединение 22.
Плоский носитель, то есть в представленном примере бесконечная лента, перемещают под неподвижной сварочной головкой 15 в направлении стрелки 23.
Фиг. 2 демонстрирует вариант формы исполнения фиг. 1, при котором в плоском носителе имеются углубления 24, 25 для размещения имеющего форму частиц режущего материала; Элементы, соответствующие элементам, уже описанным в контексте фигуры 1, несут те же обозначения. В этом варианте на верхней стороне 13 плоского носителя 10 имеется закругленное углубление 24, а на его нижней стороне - закругленное углубление 25. Углубления 24, 25, с одной стороны, уменьшают выступ (возвышение) сварного соединения 22 над поверхностью плоского носителя 10, так что затраты на дополнительную обработку и, в частности, потери режущего материала при последующей обработке уменьшаются. С другой стороны, уменьшается толщина материала-носителя 12 в области сварки 21, так что, как более подробно поясняется ниже, после разделения сварного соединения образуется область кромки, которая по существу состоит из режущего материала 16.
Фиг. 3 демонстрирует вариант формы исполнения фиг. 1, при котором плоский носитель 10 выполнен в виде биметаллического носителя; Плоский носитель 10 включает в себя основная часть 11 из материала-носителя 12, который подразделен на две боковые полосы 10а, 10b. Обе боковые полосы 10а, 10b соединены друг с другом центральной полосой 10с из более прочного (износостойкого) материала, например, из быстрорежущей стали 26. Такой вариант носителя 10 можно изготовить, например, способом, известным из международной заявки WO 2006/000256 А1 этого же заявителя. Носитель 10 изображен гладким, аналогично форме исполнения фигуры 1. Само собой разумеется, что носитель 10 в области центральной полосы 10с можно снабдить углублениями сверху и/или снизу, подобно описанным в контексте фигуры 2.
В варианте фигуры 4 представлены различные изменения формы исполнения фигуры 1 или фигуры 2. Изобретение, однако, не ограничивается изображенной комбинацией этих изменений, напротив, каждое из описанных ниже изменений может быть также реализовано по отдельности или в сочетании с вариантом, представленным на фигуре 3. Так, в варианте фигуры 5 применяют плоский носитель 10, который аналогично варианту фигуры 2 снабжен двумя углублениями 24, 25. В представленном здесь варианте углубления, однако, характеризуются многоугольным профилем поперечного сечения. Кроме того, в варианте фигуры 4 вместо сварочной головки 15 используют две расположенные друг за другом сварочные головки 15а, 15b. Сварочная головка 15а, аналогично процессу на фиг. 1, вводит в верхнее углубление 24 первый режущий материал 16а и с помощью лазера 17а создает сварное соединение 22. Используя сварочное устройство 15b, можно нанести еще один режущий материал 16b и сварить его с первым режущим материалом для создания многослойного режущего участка. Если необходимость наносить еще один режущий материал отсутствует, возможно также использовать лазерное устройство 17b второго сварочного устройства 15b или же подобный ему источник тепла для того, чтобы провести тепловую обработку сварного соединения 22 в целях ослабления напряжений в сварном соединении.
На иллюстрациях, приведенных на фигурах 1-4, режущий материал в форме частиц наносят на плоский носитель 10 с верхней стороны 13. В большинстве случаев, однако, предпочтительно подавать режущий материал с верхней 13 и нижней стороны 14 плоских носителей, одновременно или последовательно. Для последовательной подачи сборку плоских носителей 10 можно проводить или скручивать с помощью концевого ролика (не изображен на чертеже), так что после этого нижняя сторона 14, представленная на фигурах 1-4, оказывается направлена вверх, а верхняя сторона 13 с уже созданным сварным соединением 22 обращена вниз.
На фигурах 5 и 6 изображен результат процесса сварки фигуры 1 или фигуры 2, причем режущий материал 16 вводили как в верхнее углубление 24, так и в нижнее углубление 25, так что образовано верхнее сварное соединение 22 и нижнее сварное соединение 27. В области дна углублений 24, 25 из-за расплавления материалов лазерным лучом 17 в каждом случае образуется верхняя зона сплавления 28 либо же, соответственно, нижняя зона сплавления 29 между материалом-носителем и добавленным режущим материалом 16, имеющим форму частиц. Видно, что сварные соединения 22, 27, которые по существу состоят из подаваемого в форме частиц и расплавленного режущего материала 16, выступают над верхней 13 либо же, соответственно, нижней стороной 14 плоского носителя 10 в виде сварного шва (возвышения). В таком случае сварные соединения предпочтительно еще и подвергнуть раскатке, так что получают гладкий (ровный) композит, как представленный на фигуре 6. До раскатки или в качестве альтернативы ей полученные при сварке возвышения можно при необходимости также сошлифовывать. В качестве дополнения или альтернативы раскатки сварные соединения 22, 27 можно также обрабатывать профильным накатыванием (профильной вальцовкой). Это позволяет изготовить заготовку, которую можно обрабатывать в целях получения особых геометрических параметров зубьев, например, трапециевидных зубьев, с меньшими затратами, чем методами, известными на нынешнем уровне техники.
Затем носитель 10 разделяют по существу вдоль сварных соединений 22, например, вдоль представленной на фигуре 6 разделительной линии 30. После разделения и - при необходимости - следующих этапов обработки заготовка согласно изобретению имеет вид двух плоских носителей, предпочтительно - лент, в каждом случае с одной областью кромки, состоящей по существу из режущего материала (ср. фиг. 11 и соответствующие описания ниже). Заготовка согласно изобретению может представлять собой, например, две биметаллические ленты, которые затем можно подвергать дальнейшей обработке путем вырезки зубьев в области кромки, получая режущий инструмент. В представленном примере разделительная линия 30 представляет собой прямую срединную линию, проходящую через сварные соединения 22, 27. Разделительная линия может, однако, иметь и более сложную форму и, например, приближаться к желаемой будущей форме зубьев. Разделение плоского носителя на две половины предпочтительно осуществлять уже при изготовлении заготовки согласно изобретению, так что образуются две ленты в каждом случае с одной режущей кромкой.
На фигурах 7 и 8, аналогично изображенному на фигурах 5 и 6, представлен результат процесса сварки с фигуры 3 В данном случае имеющий форму частиц режущий материал 16 нанесли на центральную полосу 10 с носителя 10, предпочтительно состоящую из быстрорежущей стали 26 и сварили с быстрорежущей сталью. Видно, что хотя поверхность быстрорежущей стали 26 была ровной, лазерная сварка обеспечивает некоторое заглубление сварного соединения в плоский носитель. Опять же образовано верхнее сварное соединение 22 и нижнее сварное соединение 27 с зонами сплавления 28, 29. На фигуре 8 показан плоский носитель 10 со сварными соединениями 22, 27 после раскатки. В этом случае носитель 10 также разделяют по существу вдоль сварных соединений 22, например, вдоль представленной на фигуре 8 разделительной линии 30. Отделенная половина носителя представлена на фигуре 12.
На фигуре 9 и 10, аналогично изображенному на фигурах 5 и 6, представлен результат процесса сварки с фигуры 4. В этом случае сначала нанесли первый имеющий форму частиц режущий материал 16а и сварили с материалом-носителем плоского носителя 10, так что между материалом-носителем 12 и первым режущим материалом 16а сформировалась первая зона сплавления 28а. На приваренный режущий материал 16а нанесли второй имеющий форму частиц режущий материал 16b и сварили его с ним, формируя зону сплавления 28b, так что образуется двухслойное сварное соединение 22. Соответствующим образом на нижнюю поверхность 14 плоского носителя 10 нанесли два слоя имеющего форму частиц режущего материала 16а, 16b для формирования сварного соединения 27. На фигуре 10 показан плоский носитель 10 со сварными соединениями 22, 27 после раскатки. В этом случае носитель 10 также разделяют по существу вдоль сварных соединений 22, например, вдоль представленной на фигуре 8 разделительной линии 30. Отделенная половина носителя представлена на фигуре 13.
На фигурах 11, 12 и 13 в каждом случае изображена в поперечном сечении половина заготовок согласно изобретению, образовавшихся после разреза на фигурах 6, 8 и 10.
На фигуре 11 видно, что после разреза вдоль линии разделения 20 в каждом случае в сварных соединениях 22, 27 образовалась поверхность среза 31. В варианте фигуры 11 материал-носитель 12 достигает поверхности среза 31. Сбоку от него находятся режущие участки 32, 33 из режущего материала 16, исходно имевшего форму частиц. При желании этот материал-носитель можно выфрезеровать, выполняя в поверхности среза 31 клиновидный паз (не иображен), так что при последующей дальнейшей обработке, выполняемой изготовителем пил, материала-носителя в области концов зубьев более не будет. Для способа согласно изобретению, при реализации которого на носитель наносят режущий материал 16 в порошкообразной форме, характерен тот факт, что в отличие от классической биметаллической ленты из быстрорежущей стали в сечении готовой ленты - там, где материал-носитель 12 и режущий материал 16 переходят друг в друга, не возникает по существу горизонтальный сварной шов или горизонтальная зона сплавления. Напротив, режущие участки 32, 33 из режущего материала 16 охватывают срединную зону 34 из материала-носителя 12. Благодаря перекрыванию режущих участков 32, 33 из режущего материала 16 и материала-носителя 12 плоского носителя 10 зоны сплавления 28, 29 в сечении обычно проходят вдоль высоты готовой плоской заготовки не по горизонтали, как у классической биметаллической ленты. Обычно режущие участки 32, 33 из режущего материала и плоский носитель из материала-носителя 12 перекрываются в области кромки вдоль высоты поперечного сечения на длине 1, которая приблизительно соответствует 0,2-3 значениям ширины b плоского носителя 10 в поперечном сечении. Таким способом обеспечивают формирование особо устойчивой режущей кромки.
На фигуре 12 показано соответствующее изображению на фигуре 11 изображение заготовки согласно изобретению, получаемой после разделения носителя 10 с фигур 7 и 8 вдоль линии разделения 30. По сравнению с фигурой 11 отчетливо видно многофазное строение режущих участков 32, 33 заготовки согласно изобретению, которое также отражается в поверхности среза 31. Поскольку плоский носитель 10 уже исходно имел основную часть с полосами 10а, 10b из материала-носителя 12 и центральную полосу 10 с еще из одного режущего материала 26, то размещенный с помощью способа согласно изобретению режущий материал 16, исходно имевший форму частиц, уже представляет собой второй слой 35, 36 режущего материала. Соответственно, созданные по способу согласно изобретению зоны сплавления 28, 29 проходят между режущим материалом 26 плоского носителя 10 и приваренным режущим материалом 16, исходно имевшим форму частиц. Если в качестве режущего материала 16 используется еще более прочный материал, чем режущий материал 26, то прочие слои 35, 36 режущих участков 32, 33 готовой заготовки с фигуры 12, соответственно, формируют у выработанных впоследствии зубьев режущего инструмента дополнительно усиленную угловую область.
На фигуре 13 показано соответствующее изображению на фигуре 11 изображение заготовки согласно изобретению, получаемой после разделения носителя 10 с фигур 9 и 10 вдоль линии разделения 30. Здесь режущие участки 32, 33 имеют многослойное строение. На поверхности разделения видна центрально расположенная полоса из материала-носителя 12, которая зоной сплавления 28а, 29а отделена от первого режущего материала 16а, в свою очередь отделенного зоной сплавления 28b, 29b от второго режущего материала 16b. Заготовка с фигуры 13 также, в частности, годится для изготовления зубьев пилы с укрепленными угловыми областями.
На фигурах 14-16 изложен альтернативный способ изготовления заготовки для биметаллической ленты с усиленными углами. Согласно фигуре 14 готовят плоский носитель 10, который включает в себя основную часть из материала-носителя 12 и режущий участок 37 из режущего материала 26. С помощью двух сварочных головок 15а, 15b имеющий форму частиц режущий материал 16а, 16b наносят на углы режущего участка 37 из режущего материала 26 плоского носителя и сваривают с плоским носителем посредством лазерных лучей 17а, 17b. В представленных примерах носитель 10 опять же состоит из материала ленты и в процессе сварки продвигается под сварочными головками в направлении стрелки 23. Режущий участок 37 плоского носителя 10 из режущего материала плоского носителя может быть изготовлен по способу согласно изобретению из первого режущего материала в форме частиц или же может состоять из дополнительного режущего материала 26, который, например, приваривают к основной части как проволоку многоугольного сечения. В соответствии с вариантом с фигуры 15 имеющий форму частиц режущий материал наносят не только на углы режущего участка 37 плоского носителя 10, но - с помощью третьей сварочной головки 15с, в виде потока частиц 16с - также по центру торцевой стороны режущего участка 36 носителя 10. Этот вариант дает возможность не только изготавливать углы с особо высокой износостойкостью и прочностью при резании; напротив, область заострения 38 всего участка остриев зубьев оказывается укреплена и обладает особо высокой износостойкостью и прочностью при резании. Имеющие форму частиц режущие материалы 16а, 16b, 16с могут быть одинаковы или различны. Если режущие материалы 16а, 16b, 16с представляют собой один и тот же режущий материал 16, то получается изображенная на фигуре 16 заготовка с носителем 10, имеющим основную часть из материала-носителя 12 и режущий участок 37 из режущего материала 26. Область заострения 38, которая нанесена способом согласно изобретению, состоит из исходно имевшего форму частиц режущего материала 16.