DE69708604T2

DE69708604T2 - Stanzmesser und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69708604T2
Application number: DE69708604T
Authority: DE
Inventors: Tzyh-Chang Cherng; Zhang
Original assignee: Bernal International Inc
Current assignee: Bernal International Inc
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2017-02-15
Also published as: JP2001525732A; DE69708604D1; ATE209551T1; EP0880423A1; CA2245864A1; WO1997029879A1; ES2166980T3; EP0880423B1; HK1026663A1; DK0880423T3; CN1071168C; US7827883B1; AU2051797A; CN1222106A; CA2245864C

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Schneidgesenke und insbesondere auf die Herstellung von Gesenken zum Schneiden unterschiedlicher Lagenwerkstoffe. Ein Verfahren mit den Schritten des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus der US-A-3952179 bekannt.
Schneidwerkzeuge (Schneidgesenke) sind bekannt zum Schneiden oder Trennen eines Bereiches eines Lagenmaterials von einem anderen. Zum Beispiel werden Schneidgesenke verwendet, um Flachmaterial aus Pappe oder Kunststoff oder Metall in bestimmte Halbzeuge zu zerschneiden. Bei einem bekannten Schneidverfahren liegen sich zwei drehende Zylinder gegenüber, und jeder hat kleine integrale Schneidklingen, die sich radial von der zylindrischen Oberfläche erstrecken, so dass beim Drehen die Klingen in generell einander gegenüberliegenden Seiten einer Bearbeitungslage eingreifen und so zusammenwirken, dass sie die Lage in ein Halbzeug zertrennen, wobei dessen Gestalt bestimmt ist durch die Konfigurierung der Klingen. Ein solches Verfahren ist indem US-Patent 4,608,905 beschrieben, das durch Bezugnahme hiermit offenbart ist.
Das Verfahren, jedes einzelne zylindrische Gesenk zu formen, erfordert gewisse Behandlungsverfahren, um sicherzustellen, dass die Klingen die vorgesehene Schneidtätigkeit über eine lange Lebensdauer hindurch zufriedenstellend ausführen können. Insbesondere müssen die Klingen sehr hart sein, damit eine lange Lebensdauer gewährleistet ist, bevor ein Aufarbeiten erforderlich ist.
Bei einer Form der Gesenkbearbeitung wird ein gesamter Gesenkzylinder von passender Größe wärmebehandelt, um so die Oberfläche des Zylinders mit einer erforderlichen Härte zu versehen, die im Bereich von zum Beispiel ungefähr HRC 60 Rockwell- Härte liegt. Da die Klingen integral mit dem Zylinder geformt sind, besteht der nächste Verfahrensschritt darin, Zylinderwerkstoff zu entfernen, um so die integralen Klingen zu bilden und zu definieren, welche sich radial nach außen von der Zylinderoberfläche erstrecken sollen. Auch wenn es möglich sein mag, die Oberfläche abzufräsen, um die Klingen zu formen, macht die Härte des Zylinders das Fräsen zu einer schlechten Wahl.
Dementsprechend ist es bekannt, zum Formen des Gesenks das Erodierverfahren (Electro Discharge Machining) zu verwenden. Bei diesem Verfahren wird ein Graphitzylinder ausgebildet, der die Negativform des zuformenden Gesenkzylinders mit den Klingen hat. Der Graphitzylinder und der Gesenkzylinder werden in einer elektrischen Entladungsumgebung einander gegenüber positioniert, so dass das Metall des Gesenkzylinders abgetragen wird und die gehärteten Schneidklingen zurücklässt, die sich nach oben von der abgearbeiteten Zylinderoberfläche erstrecken. Dies ist ein langsames Verfahren, und bei großen Zylindern mit zum Beispiel 12 Inch Durchmesser oder mehr und einigen Fuß Länge kann das Verfahren Tage dauern.
Hersteller haben versucht, das Gesenk zuerst zu formen und es dann zu härten. Dieses umgekehrte Verfahren funktioniert nicht gut. Der Zylinder und seine vorspringenden Klingen müssen bei austenitischer Temperatur gehärtet werden, die ungefähr zwischen 1038ºC und 1093ºC (1900ºF bis 2000ºF) für D-2-Stahl beträgt, um so die erwünschte Klingenhärte zu erzeugen. Wenn ein solcher vorgeformter Zylinder aus dem Ofen zum Abkühlen entnommen wird, kann er sich verziehen oder in den Bereichen um oder in den Gesenkklingen reißen. Diese Verformung ist wahrscheinlich Folge verschiedener Ursachen einschließlich thermischer Deformation und Deformation aufgrund von Phasenübergängen, die aus unterschiedlichen Abkühlungsgeschwindigkeiten resultieren zwischen der relativ geringen Masse der Klingen und der großen Masse der Zylinder sowie zwischen der Oberfläche und dem Inneren eines Gesenks.
Um noch stärker ins Detail zu gehen, kühlt die Oberfläche, wenn der Zylinder abkühlt, schneller als sein Inneres. Ungleichmäßige Volumenveränderung aufgrund sowohl von thermischer als auch von Phasentransformation bewirkt, dass das Gesenk reißt oder sich über tolerierbare Grenzen hinaus verwindet. Außerdem muss das Metall zum Erzeugen der erforderlichen Härte auf ein erforderliches Niveau erwärmt werden, um so die gewünschte Phasentransformation zu bewirken. Während derartige Phasentransformation in den Klingen erwünscht ist, um die gewünschte Härte zu produzieren, ist das schnelle Abkühlen, das von der austenitischen Temperatur von ungefähr 1038ºC (1900ºF) zur Produktion der Phasentransformation erforderlich ist, ein Grund für das unerwünschte Reißen und Verwinden der Klingen auf dem Zylinder aufgrund von unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Phasentransformation zwischen der Gelenkoberfläche und seinem Inneren. Diese Phasentransformationen im Metall finden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten statt aufgrund der Wärmeverteilung durch die unterschiedlichen Massenverteilungen der Klingen und des Zylinders. Dies produziert volumetrische und Dichte-Veränderungen, welche Reißen oder Verwindung bewirken können, und zwar insbesondere in den Klingen oder auf der Zylinderoberfläche.
Demzufolge ist die Schwierigkeit, der sich ein Hersteller von Gesenken gegenübersieht, der Konflikt zwischen der Notwendigkeit harter Klingen für eine große Lebensdauer und dem bevorzugt weichen Oberflächenwerkstoff zum Bilden der Gesenkklingen. Wenn das Gesenk zuerst gehärtet wird, ist ein langsamer, teurer und investitionsintensiver Erodier-Prozess zum Formen der Klingen erforderlich. Wenn die Klingen zunächst gefräst werden, und der Zylinder anschließend erwärmt und gekühlt wird, um die Klingen zu härten, können Verformung und Risse daraus resultieren.
Dementsprechend besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein verbessertes Herstellungsverfahren für ein Schneidgesenk bereitzustellen.
Um einige der beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden, hat der Anmelder am selben Tag mit dieser eine verwandte Anmeldung vorgeschlagen und eingereicht mit dem Titel "Cutting Die and Method of Making" [Schneidgesenk und Verfahren zu seiner Herstellung], die auf ein Herstellungsverfahren eines Schneidgesenks gerichtet ist, bei dem zunächst die Klingen auf einer Gesenkoberfläche, wie zum Beispiel einem Zylinder, gebildet werden und dann die Klingen gehärtet werden, indem sie mit einem Laser abgefahren werden, der in fünf Achsen beweglich ist und mittels CNC-Technologie gesteuert ist. Dies liefert ein Verfahren, Schneidgesenke effizient aus einem Werkstoff zu bilden wie zum Beispiel aus niedrig legiertem 4150-Stahl mit mittelmäßigem Kohlenstoffanteil. Die Klingen werden zuerst gefräst, bevor sie gehärtet werden, und dann mit dem Laser erwärmt und gehärtet, so dass kein unerwünschtes oder signifikantes Verformen oder Reißen entsteht. Ein derartiges Verfahren ist insbesondere effektiv für Werkstoffe wie zum Beispiel niedrig legiertem 4150-Stahl mit mittlerem Kohlenstoffanteil.
Ein Schwierigkeit in dem Verfahren besteht darin, dass Bereiche von zuvor gehärteten, sich schneidenden Klingen ausglühen und demzufolge ein weicher Bereich in diesen Klingen entstehen kann, der möglicherweise die Lebensdauer reduziert. Zudem ist dieses Verfahren gewissermaßen werkstoffabhängig, weil es schwierig ist, Werkstoffe zu verwenden wie zum Beispiel hoch legierten Stahl mit hohem Kohlenstoffanteil, nämlich zum Beispiel als "D-2" bekannter Stahl oder sogar höhergradiger Stahl. Solch höhergradiger Stahl würde eine noch höhere Lebensdauer bewirken, wenn er in einem Schneidgesenk verwendbar wäre. Wenn aber das Gesenk aus D-2- Stahl hergestellt wird, indem es zunächst gefräst wird und dann Härtung mittels Laser versucht wird, ist der Härtungsprozess schwierig zu steuern. Wenn die Laserintensität und Quergeschwindigkeit gesteuert werden, um so die gewünschte Einsatzhärten- Tiefe zu erzeugen, wird riskiert, dass die Stahlklinge in ihrer Oberfläche schmilzt. Auf der anderen Seite kann eine höhere Quergeschwindigkeit oder verringerte Strahlintensität die Temperatur möglicherweise nichfgenügend groß werden lassen, um die D-2- Klinge in genügender Tiefe zu härten. Während die Wärme-Parameter zur Produktion der gewünschten Härte erfolgreich gesteuert werden können, ergeben diese äußerst strengen Vorgaben eine schwierigere Prozess-Steuerung.
Schließlich besteht ein weiteres Problem bei der Laser-Härtung in Materialkosten, wenn höhergradiger Stahl verwendet wird. Oft werden die Schneidgesenke integral aus Zylindern gebildet, die 10 oder mehr Inch Durchmesser haben und einige Fuß lang sind. Derartige Zylinder wiegen hunderte oder tausende von Pfund. Demzufolge vergrößert die Verwendung eines hochgradigen Stahls, wie zum Beispiel D-2, der drei bis vier Mal soviel kosten kann wie einfacher Kohlenstoffstahl oder niedrig legierter Stahl, wie zum Beispiel 1045- oder 415D-Stahl die Kosten des fertigen Gesenks wesentlich. Darüber hinaus kann die Verwendung von noch höhergradigem Stahl, der für eine noch größere Lebensdauer sorgen könnte, wie zum Beispiel mit der Bezeichnung CMPIDV oder CMP15 V, um das Achtfache größere Kosten erzeugen als die Verwendung von D-2-Stahl. Die Verwendung solcher noch höhergradiger Stähle vergrößert die Materialkosten noch wesentlicher. Außerdem ist es äußerst schwierig, diese Werkstoffe direkt zu bearbeiten.
Nachdem die Klingen der Schneidgesenke die Schneidarbeit ausführen, wäre es vorzuziehen, das Gesenkmaterial auf Basis der Parameter auszuwählen, die für die Klinge erforderlich sind, und nicht auf Basis der Parameter, die aufgrund des Verhaltens des gesamten Gesenkzylinders bei Wärmebehandlung oder Bearbeitungsverfahren erforderlich sind sowie aufgrund der in dem Zylinder erforderlichen Klingenlagerungs- und Stabilitäts-Faktoren. In dem Fall eines integralen Schneidgesenks, wie zum Beispiel dem beschriebenen zylindrischen Gesenk aber erfordert die Auswahl eines höhergradigen Stahls, zum Beispiel D-2, dass der gesamte Zylinder aus dem hochgradigen Werkstoff besteht, um den Klingenparametern zu genügen, und demzufolge ist das Gesenk wesentlich teurer.
Dementsprechend war es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Schneidgesenks bereitzustellen mit Klingen hoher Lebensdauer aus hochgradigem Stahl bei im Wesentlichen denselben Kosten wie für Schneidgesenke, die integral aus niedergradigerem Stahl gebildet sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung lag darin, ein Herstellungsverfahren für ein Schrieidgesenk bereitzustellen, wobei der Prozess es ermöglicht, auf Grundlage gewünschter Klingenparameter und Lebensdauer ein Material auszuwählen, ohne die Kosten des Gesenks unangemessen zu erhöhen.
Die Veröffentlichung "The rapid manufacture of metallic components by laser surface cladding" ["Das schnelle Herstellen von metallischen Komponenten mittels Laser- Oberflächenbearbeitung"] von Murphy et al. in LANE '94 Proceedings Vol. II, Seiten 803-814 beschreibt ein Verfahren zur Laserbeschichtung, bei dem ein Substrat mittels eines Lasers erwärmt wird und pulverförmiges Beschichtungsmetall in das erzeugte Schmelzebad injiziert wird.
Das US-Patent Nr. 3952179 beschreibt ein drehbares Schneidgesenk, das dadurch gebildet wird, dass eine Schmelzeperle auf die periphere Fläche eines Halbzeugs angebracht und dann bearbeitet wird, um so die Schneidkanten zu formen.
Ein Verfahren zum Formen eines Schneidgesenks in Übereinstimmung mit der Erfindung umfasst das Aufbringen eines Klingenmaterials auf eine Gesenkoberfläche zum Bilden einer Klinge, die sich von der Oberfläche nach außen erstreckt, und das Gestalten der aufgebrachten Klinge und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt aufweist, die Klinge cryogen zu behandeln.
Nach einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren zum Bilden eines Schneidgesenks, eine Gesenkoberfläche mit einem Laser über ein gewünschtes Klingenmuster abzufahren, ein bestimmtes Pulver in den von dem Laserstrahl abgefahrenen Bereich einzubringen, um so eine integrale Klinge entlang des abgefahrenen Musters aufzubauen, und das anschließende Formen der endgültigen Gestalt der Klinge durch Fräsen, Schleifen, Erodieren oder andere geeignete Verfahren. Optional kann die Formung der Klinge dann zusätzlich wärmebehandelt und/oder cryogen behandelt werden, wenn es erforderlich ist. Die Klinge ist vorzugsweise in einem Laserdurchgang geformt, wobei eine Klingenhöhe von ungefähr 2 Millimetern produziert wird. Zusätzliche Durchgänge können Verwendung finden, wenn höhere Klingen erwünscht sind. Auch Laser mit größerer Leistung können verwendet werden, um so höhere Klingen in einem einzigen Durchgang aufzubauen, aber die Kosten von Lasern höherer Leistung als denen, die für eine 2 Millimeter hohe Klinge erforderlich sind, können dem entgegenstehen.
Solch ein oben beschriebenes Auftragsverfahren bietet eine Anzahl von Vorteilen beim Bilden von Schneidgesenken. Zunächst können die Werkstoffe für die Gesenkklingen und für den Gesenkzylinder jeweils auf Grundlage der unterschiedlichen Parameter ausgewählt werden, wie zum Beispiel Klingenhärte und Lebensdauer einerseits, und Gesenkzylinderfestigkeit andererseits, ohne dass große Kostenzunahmen entstehen, wenn der gesamte Gesenkkörper aus dem gewünschten Klingenwerkstoff herzustellen ist.
Zweitens produziert das Verfahren ein metallurgisches Verbinden zwischen dem pulverförmigen Klingenwerkstoff und dem Grundkörperwerkstoff. Eine derartige Verbindung ist bei Weitem sicherer als eine mechanische Verbindung, die aus herkömmlichen Oberflächenbeschichtungs-Techniken entstehen können, und produziert im Wesentlichen eine Gesenkklinge aus hochgradigem Werkstoff integral mit einem Gesenckörper aus niedergradigerem, weniger kostenaufwendigem Werkstoff.
Drittens kann die Klinge nach ihrer Formung abschließend durch eine beliebige geeignete Technik geformt werden, wie zum Beispiel durch Erodieren oder durch Schleifen oder durch Fräsen. Erodieren ist bevorzugt. Im Vergleich aber zu Kantenverfahren, wo die gesamte Klinge mittels eines Erodierverfahrens geformt wird, welches Zylinderwerkstoff als Relief entfernt, ist das abschließende Gestaltungsverfahren vergleichsweise schneller und weniger kostenaufwendig. Nur sehr kleine Bereiche der geformten Klinge sind hier zu entfernen, um die abschließende, vorzugsweise konische Klingengestalt zu bilden, bei der jede Seite ungefähr 25º bis 35º geneigt ist, und kein Zylinderwerkstoff braucht abgetragen zu werden, um die Klinge zu definieren.
Folglich produziert dieses Auftragsverfahren ein diskretes Klingenmuster auf dem Gesenkzylinder oder -körper, das sich als Schneidklinge nutzen lässt. Das pulverförmige Material kann D-2-Stahl oder höhergradiger sein, wie zum Beispiel CMP10 V oder CMP15V1, um eine sehr harte Klinge mit hoher Lebensdauer zu produzieren. Es ist aber nicht nötig, ein so hochgradiges Material für den Gesenkzylinder oder -körper zu verwenden, welcher aus 4150- oder sogar 1045-Stahl hergestellt sein kann, die genügen, um einen stabilen Gesenkkörper zu gewährleisten. Werkstoffkosten werden wesentlich reduziert, während gleichzeitig Klingen-Leistung und -Lebensdauer wesentlich verbessert sind. Das Klingenmaterial ist auf Basis von Kriterien der Klingen-Leistung ausgewählt, während das Körpermaterial ausgewählt ist auf Basis der Gesenkkörperparameter, wobei immer noch ein integrales Schneidgesenk gebildet wird bei niedrigeren Werkstoffkosten als vorher erreichbar, wenn eine verbesserte Klingenlebensdauer erwünscht war.
Diese und andere Ziele und Vorteile werden noch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten und einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sowie aus den Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Formens einer Klinge auf einem Gesenkzylinder mittels eines Verfahrens nach der Erfindung zeigt;
Fig. 3 ein Teilquerschnitt durch eine Klinge ist, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet ist, vor deren Gestalten;
Fig. 4 eine Darstellung ist ähnlich wie Fig. 3, bei der aber die Klingenabschnitte gezeigt sind, die beim endgültigen Gestalten entfernt worden sind;
Fig. 5 eine illustrative Ansicht ähnlich Fig. 4 ist, worin aber die Formungsverfahren mit herkömmlichen Techniken der Klingenformung aus dem Zylinderwerkstoff in Gegenüberstellung dargestellt sind; und
Fig. 6 eine Ansicht ist ähnlich der Fig. 4, worin aber ein optionaler Wärmebehandlungs- oder Härtungs-Schritt dargestellt ist.
Mit Bezug auf die Zeichnungen ist eine diagrammartige Darstellung der Vorrichtung und des Verfahrens zum Ausführen der Erfindung in Fig. 1 gezeigt. Ein CO&sub2;-Laserkopf 10 und ein Generator 11, die von einer CNC-Vorrichtung 12 gesteuert sind, stehen operativ miteinander in Verbindung. Ein solcher CO&sub2;-Laserkopf 10 und ein Lasergenerator 11 können zum Beispiel die von TRUMPF, Incorporated of Farmington, Connecticut, sein, und zwar deren Modell Nr. TLF 2600 turbo. Der Weg und die Dichte des Laserstrahls können von der CNC-Vorrichtung 12 gesteuert sein. Eine solche CNC- Vorrichtung wird von Boston Digital Corporation of Boston, Massachusetts, mit der Modellbezeichnung BD85-2 hergestellt. Das Gesenk wird auf einer Dreiachsenmaschine oder besser noch einer Vierachsenmaschine 15 montiert. Eine solche Maschine wird von Boston Digital Corporation mit der Modellbezeichnung BD85-2 hergestellt. Pulverzuführer 16 können entweder ein Seitenzuführer oder koaxialer Zuführer sein, wobei Letzteres bevorzugt ist. Solch ein seitlicher Zuführer wird von Sulzer Metco (Wostbury, Inc), Cincinnati, Qhio, mit der Modellbezeichnung METCO Type 9MP hergestellt. Ein Gesenkzylinder 13 ist dargestellt, bei dem die Klinge 14 darauf gebildet wird. Der Gesenkzylinder wird von der Maschine 15 gedreht und wird außerdem von der CNC- Maschine 12 gesteuert, um so eine Koordination mit dem Laserkopf 10 und dem Lasergenerator 11 durchzuführen. Der Pulverzuführer 16 ist mit dem Laserkopf assoziiert, um so bei Bedarf Pulver in den Bereich, auf den aufgetragen werden soll, einzubringen, was beschrieben werden wird.
Es ist vorteilhaft erkennbar, dass die Bewegung des Laserstrahls bezüglich der Oberfläche des Gesenks von der CNC-Vorrichtung 12 gesteuert ist. Entweder der Laserkopf oder der Gesenkzylinder 13 bewegen sich entlang des Pfades, der den gewünschten Konfigurationen der Gesenkklingen, die sich von dort erstrecken sollen, entspricht.
Mit Bezug auf Fig. 2 nun ist ein Teil des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. Der Laserstrahl 10 wird entlang der Gesenkfläche 13A gefahren und schmilzt oder schweißt einen Bereich 17 der Oberfläche 13A entlang eines Pfades auf, der dem gewünschten Gesenkklingenmuster entspricht. Nach einem solchen Schmelzen oder Aufschweißen wird das Pulver 16A in den Bereich eingebracht, der von dem Laser aufgetragen werden soll, so dass in einem Durchgang über der Oberfläche 13A gemäß Fig. 3 eine Gesenkklinge mit einer halbelliptischen Ausdehnung in ihrem Querschnitt geformt wird. Der Werkstoff des Gesenkkörpers 13 ist so ausgewählt, dass er den gewünschten Parametern des Gesenkkörpers bezüglich Steifigkeit und Festigkeit genügt. Gewöhnlicherweise können einfache Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt oder niedrig legierte Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, wie zum Beispiel 1045-oder 4150- Stahl, Verwendung finden.
Demgegenüber kann der Werkstoff, der vorzugsweise als Pulver zugeführt wird, um die Klinge 14 zu bilden, ein anderer sein, der ausgewählt wird auf Basis der gewünschten Parameter für die Gesenkklinge. Dieser Werkstoff kann ein sehr hochgradiger Stahl sein, wie zum Beispiel CMP10 V oder CMP15 V oder ein Metall-Keramik- Verbundwerkstoff, wie zum Beispiel eine Nickelbasissuperlegierung mit 30-40% Volumenanteil an Wolfram-Carbiden.
Gegenwärtig bildet das Deponieren von Pulver durch zum Beispiel eine Pulverdüse (nicht dargestellt) eine im Wesentlichen in ihrem Querschnitt halbelliptische Klinge mit Kanten, die gewissermaßen konisch sind mit zum Beispiel ungefähr 25º bis 35º. Derartige Klingengestalten sind zum Beispiel in dem US-Patent Nr. 4,608,895 beschrieben, welche Klingen ergeben, die für einen Kontakt mit einem gegenüberliegenden Gesenk geeignet sind, um ein dazwischen eingesetztes Werkstück zu schneiden.
Fig. 4 illustriert die gewünschte endgültige Gestalt der Gesenkklinge 14. In Fig. 4 ist vorteilhaft erkennbar, dass Bereiche 21, 22 und 23 von der Klinge 14 entfernt worden sind, so dass die Gesenkklinge 14 eine konische oder sich verjüngende Gestalt in ihrem Querschnitt aufweist.
Es ist vorteilhaft erkennbar, dass es nur erforderlich ist, die sehr kleinen Bereiche 21, 22 und 23 zu entfernen, um so die endgültige Gesenkklinge 14 aus der halbelliptischen Gestalt der Gesenkklinge gemäß Fig. 3 zu bilden. Als ein Ergebnis des Auftragsverfahrens, von dem das Gesenkklingen-Material aufgebaut ist, wird die Gelenkklinge integral mit dem Gesenkkörper 13 geformt, und ein metallurgisches Verbinden wird zwischen der Gesenkklinge und dem Gesenkkörper bewirkt. Wenn die Klinge 14 endgültig, wie in Fig. 4 erkennbar, gestaltet ist, lässt sie sich als Schneidgesenk verwenden.
Es kann wünschenswert sein, die Gesenkklinge zusätzlich zu härten, und dies kann mit einer beliebigen geeigneten Technik vorgenommen werden, wie zum Beispiel durch Erhöhung der Temperatur der Gesenkklinge auf einen Betrag, der ausreicht, den Werkstoff zusätzlich zu verstärken, und/oder durch cryogene Behandlung der Auftragsspuren, um so den verbleibenden Austenit in dem Auftragswerkstoff zu eliminieren. Zum Beispiel könnte die Klinge durch Abfahren mit einem Laserstrahl entlang der Gesenkklingen behandelt werden, wobei die Parameter der Quergeschwindigkeit und Intensität geeignet sind, die optimalen Mikrostrukturen und Härten zu produzieren. Es ist aber vorteilhaft erkennbar, dass aufgrund der Verwendung des sehr hochwertigen Stahls beim Bilden der Klinge wie zum Beispiel solcher Stähle, die oben erwähnt sind, die optionalen Wärmebehandlungsschritte zum Verstärken der Gesenkklinge nicht erforderlich sind. Alternativ kann ein lokales Härten durch Induktionswärmen bewerkstelligt werden.
Die abschließende Gestalt und Größe der Gesenkklinge sind unwesentlich. Die Gesenkklinge muss genügend hoch sein, um den erwünschten Schneideffekt auf das gewünschte Werkstück zu haben. Für viele Anwendungen hat sich herausgestellt, dass eine Gesenkklinge von ungefähr 1,5 bis 2 Millimeter genügend hoch ist für eine große Anzahl und Bandbreite von Anwendungen. Wenn die Gesenkklinge konisch sein soll, hat sich außerdem herausgestellt, dass nachdem Gestalten der Klinge die Oberfläche 14A der Gesenkklinge gemäß Fig. 4 ungefähr 0,889 mm (0,035 Inch) breit ist. Eine solche Gesenkklinge ist dann zum Beispiel geeignet für drehende Schnitte unter Druck. Wenn es aber andererseits erwünscht ist, Gesenkklingen für Bruchschnitte zu produzieren, kann die Breite der Gesenkklingenoberseite 14A zum Beispiel 0,0254 - 0,0508 mm (0,001-0,002 Inch) betragen.
Es wird vorteilhaft erkennbar, dass das endgültige Gestalten der Gesenkklinge gemäß Fig. 4 mittels eines beliebigen Verfahrens durchgeführt werden kann. Es ist bevorzugt, ein elektrisches Erodierverfahren einzusetzen, um so die kleine Werkstoffmenge zu entfernen, die auf jeder Seite der Gesenkklingen abzutragen ist. Natürlich können die Gesenkklingen auch geschliffen oder in die gewünschte Gestalt gefräst werden.
Mit Bezug nun auf Fig. 5 ist eine Gesenkklinge 14 dargestellt, die gemäß der Erfindung auf einer Gesenkoberfläche 13A des Gesenkkörpers 13 ausgebildet ist. Die Phantomlinie 25 dient dazu, das Verfahren gemäß der Erfindung früheren Verfahren gegenüberzustellen, wobei die Gesenkklingen integral aus dem Gesenkkörper hergestellt wurden. Zum Beispiel hatte in einem früheren Verfahren ein Gesenkkörper eine äußere Peripherie 25. Um eine Gesenkklinge 14 zu bilden, war es daher erforderlich, den gesamten Werkstoff des Gesenkkörpers von der Peripherie 25 auf eine Oberfläche 13A abzuarbeiten oder zu entfernen oder herunterzunehmen, mit Ausnehme des verbleibenden Klingenmaterials, das von der Klinge 14 in Fig. 5 dargestellt ist.
Es ist vorteilhaft erkennbar, dass gemäß der Erfindung das Ausgangsmaterial ein Gesenkkörper 13 ist mit einer Oberfläche 13A und dass die Gesenkklinge 14 auf der Gesenkoberfläche 13A als Ergänzung aufgebaut wird. Demzufolge ist es nicht erforderlich, mit einem Zylinder zu beginnen, der eine Peripherie wie zum Beispiel gemäß 25 aufweist, und dann das zwischen der Oberfläche 13A und der Phantomlinie 25 dargestellte Material zu schleifen oder zu entfernen. Statt dessen ist die einzige erforderliche Formung die gemäß Fig. 4, wo ein abschließendes Gestalten der Seiten der Gesencklinge erreicht wird, bei dem nur das mit 21, 22 und 23 bezeichnete Material entfernt wird. Es ist außerdem vorteilhaft erkennbar, dass im Gegensatz zu den früheren Verfahren die Gesenkklinge 14 aus beliebigen Werkstoffen hergestellt werden kann entsprechend den gewünschten Parametern der Gesenkklinge selbst und nicht notwendigerweise aus demselben Material wie der Gesenkkörper.
Dementsprechend lassen sich sehr hochgradige Werkstoffe für die Bildung der Gesenkklingen einsetzen, ohne einen gesamten Gesenkzylinder aus demselben hochgradigen und teuren Stahl erwerben zu müssen.
Mit Bezug nun auf das Verfahren gemäß dieser Erfindung ist vorteilhaft erkennbar, dass ein Laser von ungefähr zwei Kilowatt oder mehr geeignet ist zum Auftragen oder Aufbauen des Gesenkklingen-Werkstoffs. Gesenkklingen von ungefähr zwei Millimeter oder etwas mehr an Höhe können in einem einzigen Durchgang mit einem derartigen Laser produziert werden. Es wäre möglich, die Gesenkklingen durch mehrfache Laser- Überläufe aufzubauen unter der Annahme selbstverständlich, dass die Überschneidungen der unterschiedlichen Schichten nicht ein Verwendungs- oder ein Verschleißproblem in der endgültigen Gesenkklinge erzeugen.
Es ist außerdem vorteilhaft erkennbar, dass Laser mit höherer Energie einsetzbar sind, um so Gesenkklingen von signifikant größerer Höhe oder größerer Tiefe in einem Gang zu erzeugen oder um Klingenmetall mit einer höheren Schmelztemperatur einzusetzen, es wären jedoch deutlich leistungsstärkere Laser erforderlich, und diese würden wesentlich mehr kosten. Die Möglichkeit, Schneidgesenke herzustellen mit Klingen von herausragend hartem Material und dadurch die Lebensdauer des Schneidgesenkes zu vergrößern, macht es unnötig, Gesenkklingen von einer Höhe einer weicheren Klinge herzustellen, die erforderlich wäre, um eine größere Anzahl von Aufarbeitungszyklen zu ermöglichen. Gegenwärtig sind Klingen mit im Übrigen unnötig großer Höhe üblich bei Schneidgesenken, die aus relativ niedriggradigem Stahl hergestellt sind, selbst wenn sie gehärtet sind.
Es ist anzumerken, dass in dieser Erfindung ein CO&sub2;-Laser Verwendung findet, der die Gesenkoberfläche und das Pulver lokal aufschmelzen kann. Nichts desto weniger ist das Lasererzeugungsmedium nicht auf CO&sub2;-Gas begrenzt. Beliebige andere Typen von Lasern, die andere Medien verwenden, können ebenso Verwendung finden, wenn sie genügend Leistung zu produzieren imstande sind.
Schließlich sei angemerkt, dass in dieser Erfindung die Klingen sich aufbauen lassen mittels Auftragen unter Verwendung einer Wärmequelle (Laserstrahl) und einer Zufuhr von Auftragsmaterial (Pulver). Aber die Wärmequelle, die zum Schmelzen des Auftragsmaterials und der Gesenkoberfläche verwendet ist, ist nicht auf Laser eingeschränkt. Beliebige andere Wärmequellen, die Temperatur in einem ausgewählten Bereich schnell anheben können, lassen sich in dieser Erfindung einsetzen, und zwar zum Beispiel thermische Sprühvorrichtungen, Ionenstrahl, Elektronenstrahl und Plasmabogen usw. Andererseits sind die Auftragswerkstoffe nicht auf Pulver eingeschränkt. Zum Beispiel lassen sich Schmelzdraht, gasförmige Werkstoffe, flüssige Werkstoffe verwenden, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Bilden einer Schneidform mit dem Schritt, ein Klingenmaterial (16A) auf einer Oberfläche (13A) für die Form zu bringen und so eine Klinge (14) zu bilden, die sich nach außen von der Oberfläche (13A) erstreckt, sowie dem Schritt die aufgebrachte Klinge (14) zu formen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den zusätzlich Schritt aufweist, die Klinge (14) cryogen zu behandeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Aufbringens umfasst, einen Bereich der Fläche (13A) für die Form zu erhitzen und das Klingenmaterial (16A) in den erhitzten Bereich (17) einzubringen und eine Klinge (14) aus dem Material (16A) außerhalb der Oberfläche (13A) aufzubauen.

3. Verfahren nach Anspruch 2 mit dem Schritt, den Bereich (17) mittels eines Lasers zu erhitzten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Aufbringens umfasst, einen Laserstrahl entlang der Oberfläche (13A) für die Form auf einen Weg entsprechend einem erwünschten Klingenmuster zu führen, die Oberfläche (13A) für die Form entlang des Weges zu schmelzen und das Klingenmaterial (16A) auf dem Weg einzubringen und so die Klinge (14) aufzubauen, während der Weg erhitzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Klingenmaterial Beschichtungspulver (16A) ist.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schritt des Formens umfasst, die Klinge (14) durch Bearbeitung mittels elektrischer Entladung zu formen.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schritt des Formens umfasst, die Klinge (14) durch Fräsen zu formen.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schritt des Formens umfasst, die Klinge (14) durch Schleifen zu formen.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zusätzlich mit dem Schritt, die Klinge (14) wärmezubehandeln.