鋸帶和鋸帶的生產方法

專利名稱：鋸帶和鋸帶的生產方法
鋸帶和鋸帶的生產方法 本發明涉及根據權利要求1前序部分的用于環形帶鋸機的鋸帶。此外，本發明涉及根據權利要求15前序部分的用于生產鋸帶的方法。現有#支術的鋸帶例如從DE10202770A1中已知。用于例如大型工件。盡管這些鋸帶相對于改良的材料成分非常費力，、它們還是僅 設計或適于較低的切割速度和小的進給率并具有非常短的刀刃壽命，即 它們通常很快就變鈍并必須經常做相應更換。此外已知的是提供刀具和帶覆層的成分以提高抗磨損性并進行腐 蝕保護。常常出于此目的而采用PVD (物理氣相沉積)法或paCVD (等 離子輔助化學氣相沉積)法或它們的組合。種硬質材料層施加于條的 一側，或在后續處理步驟中施加于條的兩側， 制出帶有冷扎鋼性能的條。繼而，鋸帶可由這種條制出。這種情況下的缺點在于覆層從側面展現。因此，最小層厚用在最直 接暴露于磨損的功能面(后刀面和前刀面)，最大層厚用在受到較小載 荷的側面，從而昂貴的覆層材料很少使用。此外，覆層常常用于冷扎鋼， 后者繼而僅進行硬化，可對層/基底結合產生不利影響。換句話說，這種 冷扎鋼在硬化后不易進行涂敷，因為常規PVD處理遠超出這種材料的退 火溫度。低溫PVD處理繼而具有產生較差粘結的層的缺點，這正好是存 在大載荷和研磨磨損的情況中的主要缺點，如在鋸割的情況下。另一缺 點由現有技術中提供的軋輥處理導致。這一工藝不允許選擇每種鋸的幾 何形狀，例如由于這些帶不能纏繞，不可能做出鉗齒形狀或只能很差地 做出。由于現有技術已知的層厚遠大于5Mm,它們制造昂貴并且不會比 未涂敷的鋸更具任何顯著的進步，并由于該層存在著磨合時從鋸頂端剝 落的趨勢，因此，覆層的優點在那里不再具有任何影響。因此，本發明的目的是提供一種用于帶鋸機的鋸帶以及用于生產這 種鋸帶的方法，使它有可能獲得更佳性能，特別是在加工金屬材料時更 佳。此外，生產和使用這種鋸帶方面的成本效益均得到提高。根據本發明的這一 目的通過權利要求1給出的特征獲得。
根據本發明的鋸帶，至少其齒坯的根據本發明的覆層使非常長的鋸 刃壽命成為可能，除了使鋸帶可用的較長壽命之外，允許在更換用過的 鋸帶之間具有更大的間隔。根據本發明鋸帶的另 一優點在于因此能獲得更高的切削速度，或許 能獲得更高的進給速度。此外，由于減小的摩擦，覆層會導致鋸帶非常 寧靜和均勻的運轉，其結果是需要的進給作用力顯著降低。根據本發明的鋸帶或相應帶鋸由HSS (高速鋼)基材料組成，硬質層通過PVD或paCVD方法施加其上。由于它們較高的熱穩定性，高速鋼 通過PVD或paCVD處理用于涂敷是理想的，因為這些鋼鐵的退火溫度通 常遠遠高于500。C，從而在500。C范圍內涂敷是可能的，不會有任何問 題，這保證了與低溫處理相比更好得多的層/基底材料粘結。在優選的實施例中，刀具后刀面上的層厚大于根據本發明的帶鋸齒 的側面上的層厚。特別適合于鋸覆層的層是TiAlN和AlCrN層，他們可例如在BAI1200 或RCS型工業涂敷系統上生產出來。此外至少在層與要加工材料的結合 部，切削性能方面已經有顯著提高的層是相應TiAlN、 AlCrN、 CrN以及 碳氮化物和碳化物各層的組合，例如帶有高碳含量的多層或梯度層，結 合有金屬或無金屬DLC (金剛石形碳)外層，以及各種含硅層，例如 TiAlSiN、AlCrSiN以及Si含量相對于整個金屬含量介于l至12原子百分比 的相應》友氮化物。此外特別適合的層系統還包括其它^:質材料，例如周期表中 一個或 多個副組金屬元素IV、 V或VI(過渡金屬)，或鋁或硅，及它們的化合 物。特別是，例如已知的TiN、 VN或TiSiN或SiN這些氮化物、例如TiCN、 VCN這些碳化物或碳氮化物、硼化物、例如Al203、 (AlCr)203這些氧化 物以及例如氮化硼、碳氧氮化物(carbooxinitrides )這些相應非金屬的 混合物與所列金屬一起構成制層所考慮的事項。多層系統以及特定形成 粘結并過渡的層可有利于特定材料的加工。氮基材料的覆層已被證明相對于鋸刃壽命和切削速度以及進給速 度而言特別有利。在這種有利的改進中，覆層可包括TiN、 TiCN、 TiAlN 和/或AlCrN。所有這些材料還可作為合金或混合物用在這里。非常適合于實踐應用的又 一覆層可包括作為外層的WC/C,因為這 一含金屬DLC層系統具有特別良好的跑合表現，例如第一個切削循環中
的層光滑度。特別是作為支撐層，如上所述的系統成為考慮的事項。在本發明的有利發展中，如果覆層具有2-3 jnm的厚度，這將有利地導致鋸帶非常寧靜、均勻的運行，并且不會有在覆層厚度較大的情況 下在鋸工件時出現的堵塞或類似問題。當然，層厚還依賴于齒的分布、 齒形、要加工的材料和覆層本身的材料，其結果是因情況而異，也有可 能采用較大的層厚。為了優化根據本發明的涂敷鋸的切削性能，必須正確設定正確的層厚。在這一方面，測試中已經驚奇地發現，例如介于0.5至3 jum之間， 特別是介于0.7至2Mm之間的較薄層將比層厚大約為4ium或更厚的厚層 產生更好的切削結果。后者僅能在切削表現方面比未涂敷的帶相比獲得 小的改善或4艮本沒有改善。在本發明的又一改進中，可提供的是，齒坯由HSSE組成。于根據 本發明的覆層一起，這一用于齒坯的基底材料導致特別耐磨損的鋸帶。在現有技術中，未涂敷的鋸通常采用(1 = 0。的前角幾何形狀用于簡單 鋸切作業，例如鋸含高碳含量的工件(例如鑄鐵)或小截面或薄壁剖面 和管的工件。這里，前角幾何形狀ct-0。的涂敷的鋸能夠特別有利地用于 鋸硬質材料，例如刀具鋼，例如X38CrMoV5-l，材料號1.2343，硬度高 達HB犯- 235。這具有特別的優勢，因為這一鋸帶幾何形狀可比帶有較 大前角并可能還有彎曲刀面的幾何形狀更容易且成本更〗氐地生產出 來。因此，有可能不要附加覆層而以低生產成本生產出用于硬質鋸切操 作或鋸那些大的固體幾何尺寸的帶，所述幾何尺寸特別是直徑。此外， 還已經有可能用負前角來測試齒的幾何形狀，從而介于-5°至+ 5°之間、 優選介于-2°至3。之間的前角范圍成為帶有涂敷鋸片的硬質鋸的考慮對 象。另一方面，在非常有效潤滑的軟材料情況下，例如VA不銹鋼，例 如X6Crl7,材料號1.4016，石更度高達HB犯=185，已經有可能用前角a-10。的銳角齒形獲得最佳結果。類似結果可在01= 10。±3°的范圍內獲得。已經有可能通過傾斜刀后面一個P =1和5°的角度、優選p =2至3° 的角度獲得各種應用中的進一步改善。在有利的改進中，如果形成覆層的材料通過PVD或paCVD方法在 450 - 550。C的溫度下，優選大約500至550。C的溫度下施加，根據本發明
的涂敷鋸帶能夠以很容易實施的方法獲得非常良好的結果。此外，可提供的是，至少齒坯在涂敷施加之前被擦拭去毛刺。作為 其替換方式，至少齒坯還可在涂敷施加之前受到錘擊以去除毛刺。這種產生鋸帶的未涂敷表^。 口 、 '在這種方法的有利改進中，如果僅僅向上到達與帶背部相鄰的過渡 區的齒坯具有覆層，這會通過節省涂敷材料來降低根據本發明的鋸帶的 生產成本。這不會導致根據本發明的鋸帶的質量的任何降低，因為未涂 敷的帶背部不具有切削功能。為了此目的，例如有可能將切段鋸帶結合 為堆，將它們例如用已知的巻筒保持器包在一起。特別是，如果齒坯由 與帶背部不同的材料組成，如果齒坯焊接于帶背部將是有利的。此外，可提供的是，涂敷之后鋸帶焊接于一個環。這樣，鋸帶在帶 鋸機中的立即使用成為可能。在根據本發明的方法的有利改進中，如果鋸帶被包在形如線圈的結 構中，因此在涂敷之前螺旋纏繞并在涂敷過程中固定在這種形式中，從 而齒坯全都指向相同的方向，則在涂敷裝置中可獲得鋸帶非常容易的處 理。對本方法而言，這一過程還導致顯著的成本降低，因為較大的鋸帶 長度可同時涂敷。根據本發明，大量螺旋纏繞的鋸帶安裝在保持器上并在一批中涂敷。附圖中圖l顯示了一個齒； 圖2顯示了鋸帶的細節；圖3顯示了未涂敷的齒和經涂敷的齒的剖面；以及 圖4顯示了涂敷裝置；圖5至圖9顯示了用根據本發明的鋸帶所做鋸切測試的圖表。

圖1顯示了帶有鋸背部3的鋸帶1的齒2的示意性細節，該齒具有前角 為a的前刀面、后角為P的后刀面5以及側面7。鋸帶可形成為閉環并用本身已知的方式安裝在帶鋸機上。鋸帶l的 切削速度的方向由圖l中表示為'V，的箭頭指示。這種鋸帶可水平或垂
直向地用在帶鋸機中。根據使用類型，工件向著帶鋸機l運動或相反運 動。圖2中顯示了鋸帶1的細節。這里可以看到，鋸帶1具有帶背部10, 鋸帶l在帶鋸機中以未示出但本身已知的方式在其上引導，此外齒坯ll 具有多個齒2。帶背部ll優選地由相對簡單的"軟"鋼組成，同時齒坯 ll由高速鋼組成，優選HSSE。對于帶背部10而言更簡單的鋼的使用使 得成本節約并且鋸帶l的柔韌度增加。焊接方法優選用于將齒坯ll連接 于帶背部IO。為了特別增加鋸帶l的刀刃壽命，優選地也增加切削速度，或許也 增加進給速度，至少齒坯ll具有增加耐磨性的覆層。附圖中看不到的覆 層可例如包括上述材料或由這樣一種材料組成。覆層還有助于降低鋸帶 l的切削力。圖3圖表顯示了未涂敷或用傳統層涂數的齒2，以及用根據本發明的 層涂敷的齒2"在經過一段時間使用以后的剖視圖。未使用過的齒的頂端 或幾何形狀分別用虛線6表示。未涂敷的齒顯示出尖端6'具有更大的磨 損并且在相同次數的切削之后出現尖端6'的倒圓。另一方面，涂敷的齒 2"顯示出其頂端6"更小的磨損，并且即使在覆層已經全部磨完之后還 沒有或很少出現倒圓。這具有很大的優勢，由于大致由尖端6的邊刃保 證的材料引導因此而得到保持，即使當鋸帶嚴重磨損時筆直切割也有可 能實現，同時，具有大圓角齒2，的帶顯示出強烈的運行失真趨勢，這將 增加遭拒和/或材料耗費的比率。圖4以非常示意性的表達顯示了涂敷裝置12,用于帶鋸機的上述鋸 帶l的生產方法用它來實現。用這種涂敷裝置12,上述增加鋸帶l的耐磨 性的覆層至少施加于齒坯ll。雖未示出，優選形為真空涂敷裝置的裝置 12包括涂敷所必需的裝置，如噴濺目標，沿其電操作裝置設置的蒸發坩 堝或電弧光源(也可以是它們的組合)；以及氣體進給和控制裝置，例 如用于能夠分離含氧化物或含氮化物層；產生操作PVD或paCVD方法必 需的壓力條件的真空泵，以及加熱裝置、測量儀器及其它輔助驅動。這 種類型的裝置是本領域中用于涂敷工具和部件的裝置。在本情況下，對于涂敷鋸帶l,將一個如線圈8的巻繞結構引入涂敷 裝置7，它懸吊在提供在那里的保持器9上。在這種情況下，線圈8可具 有高達50cm的直徑，它使得鋸帶l的全長有100m。優選地，僅僅向上到 達與帶背部10相鄰的過渡區的齒坯6 ，即大致向上到達相應齒間隙的齒 坯6具有覆層，從而節省涂敷材料。在涂敷之后，鋸帶1從裝置12取出并 能夠以未示出的方式焊接于如圖1所示的環。為了避免可能存在于齒2上的毛刺在鋸帶1的后續使用中脫落，這種 脫落會給鋸帶l的表面帶來未涂敷區域，從而顯著降低其耐磨性，在這 種情況下，至少齒坯1 l用較低的壓力進行擦拭或錘擊以在覆層施加之前 去除毛刺。加工之后，相應的齒5具有小半徑而非毛刺。在擦拭時可采 用循環刷，擦拭繞在線圏8上的鋸帶1。實例圖5非常清楚地顯示了根據本發明的鋸帶的優點。91.45 x 14.3mm的 100Cr6管，材料號1.3505，用帶有大約1至2 ju m的TiAlN覆層(Balinit FuturaNano， FN1處理)和0。前角的鋸帶在120m/min的切割速度進行加 工。對于未涂敷的帶，采用制造者推薦的切割速度，即60m/min。曲線 顯示了依賴于切割數量的切割時間。上面的曲線顯示了未涂敷帶的值， 下面的曲線顯示了已涂敷帶的值。300個工件用已涂敷帶的全部切割時 間是5小時。300個工件用未涂敷帶的全部切割時間是8小時24分鐘。在 300次切割之后，已涂敷帶每次切割的切割時間已經低于未涂敷帶的切 割時間的一半。圖6顯示了對在80 x 80mm、 X38CrMoV5-l、材泮+號1.2343的不同幾 何形狀的刀具鋼上涂敷有大約1至2 m m的TiAlN覆層(Balmit FuturaNano，如圖)的鋸帶進4亍兩個鋸切測試。切割速度為卯m/mm，切 割壓力16巴，進給速度4。兩個帶之間的不同只存在于齒的幾何形狀， 更準確而言在于前角。這里發現，完全令人驚訝的是，具有更小前角即 0°前角(帶菱形標記的曲線，位于底部)的鋸帶清楚地優于帶較尖前角 即10。前角(帶矩形標記的曲線，位于中部)的鋸帶，這與已涂敷鋸帶的 經驗相反。在這里所示的對比測試中，僅僅對未涂敷的"10。帶，，施以一半的切 割速度，即45m/mm (根據制造者的推薦)，其他方面與上述條件相同， 帶有0。前角的鋸帶在第一次切割的三分之一后變鈍，帶有10。前角的鋸帶 在第一切割的一半之后變鈍。該測試因此僅續以"10。帶，，(帶三角形標 記的曲線，位于頂部)。當然，已經用到第三次切割，切割時間大約18 分鐘，而幾何相同的已涂敷帶需要大約10分鐘的切割時間，而已涂敷的 "0。帶"僅需要大約6分鐘的切割時間。圖7顯示了具有不同齒形的涂敷和未涂敷鋸帶的切割時間的對比。 這種情況下鋸切固體的可熱處理鋼C45、材料號1.0503、 d=100mm。已 涂敷帶的鋸切參數如下分別設定。第一結果由圖7中的柱1顯示。切割速度120m/min切割壓力18巴進給速度4。如果未涂敷的帶用相同的參數操作，該切割變成已知的失真，即切 割不成直線，導致遭拒。因此，未涂敷的帶不得不以相應的較低切割速 度和壓力進行操作；其結果是圖7的柱4:切割速度75m/min切割壓力12巴進給速度3。'因此這既允許0。前角的帶也允許帶10°前角的帶，以降低大約50 %的 切割時間，作為涂敷結果，從而有可能第一次以更高的切割速度和壓力 進行操作，同時采用選定的切割參數，僅可能的是用"0。鋸帶，，獲得平 面切割。換句話說，在已涂敷和未涂敷的"10。帶"情況下，切割表面的 凸度從切割平面存在最大lmm的偏差，這將導致工件或遭拒或重加工。圖8和9顯示了具有帶0。/10。前角的不同幾何形狀(類型1-3)的鋸片 在涂敷和未涂敷形式下的鋸切測試結果。圖8中的工件是不銹鋼， X6Crl7,材料號1.4016。切割寬度未d = 102mm,切割速度120m/min， 進纟合壓力6.0。在圖9中，可熱處理的鋼42CrMo4、材津+號1.7225用d = 90 mm的切割深度、90m/min的切割速度和4.4進給壓力。在所有的情況下， 已涂敷鋸帶超越未涂敷鋸帶的優勢是明顯的。在較軟的不銹鋼中，最佳切割結果用10。前角的已涂敷鋸片獲得。然 而在較硬的可熱處理鋼中，最佳結果用0。前角的已涂敷帶獲得，這更令 人震驚，因為具有這種前角的未涂敷帶產生最差的結果。另 一鋸切測試對固體的可熱處理鋼/冷扎鋼42CrMo4V執行，其材料 號1.7225、 d = 300mm，切割速度50m/min，切割壓力16巴，進給速度3， 確定帶16。前角的未涂敷鋸帶和帶有0。前角的已涂敷鋸帶的鋸刃壽命和 總切割面積。在這種情況下，未涂敷帶在6小時之后磨損，總數量是21 切，總切割面積是1.48m2。用已涂敷的帶，有可能在其有用的8小時53
分鐘壽命之內獲得31切和2.19m2的切割面積，這對應于切割次數的增加 和^U氐于50 %的總切割面積。此外，在長時間鋸切測試中，此時直徑91mm、壁厚16mm、材料 號1.7131 (HB140至207)的16MnCr5管材受到鋸切，人們發現在帶有 10。前角的未涂敷鋸帶情況下，500至600次切割以后，切割在直徑上磨 掉該角lmm。換句話說，用相同但未涂敷的鋸帶，900至1200次切割 可以獲得而不會觀察到帶磨完該角。這很令人驚奇，因為涂敷的鋸帶即 使當它們在其服務壽命終結而變鈍時仍保有該角。因此，例如自動的整 夜鋸切操作很有可能實現。
權利要求
1、用于帶鋸機的鋼制鋸帶(1)，包括帶背部(3)和具有多個齒(2)的齒坯(11)，其特征在于至少齒坯(11)具有硬質材料覆層。
2、 如權利要求l所述的鋸帶，其特征在于齒坯(11)的后刀面(5) 上的硬質材料覆層的厚度大于側面(7)上的。
3、 如權利要求1和2所述的鋸帶，其特征在于硬質材料覆層大致僅 覆蓋后刀面(5)和前刀面(4)。
4、 如權利要求1至3所述的鋸帶，其特征在于覆層包含周期表中副 族IV、 V或VI的一種或多種金屬或鋁或硅。
5、 如權利要求4所述的鋸帶，其特征在于覆層包含上述金屬的氮化 物、氧化物、碳化物、碳氮化物或硼化物或其混合物。
6、 如權利要求5所述的鋸帶，其特征在于該覆層包含TiAlN、 AlCrN、 金屬或無金屬DLC、 TiAlSiN、 TiAlCN或WC/C。
7、 如權利要求4-6所述的鋸帶，其特征在于覆層采用多層系統的 形式。
8、 如權利要求7所述的鋸帶，其特征在于多層系統具有粘結和過渡層。
9、 如權利要求l - 8所述的鋸帶，其特征在于覆層具有小于4nm、 伊C選0.5至3Mm、特別4尤選0.7至2 jjm的厚度。
10、 如權利要求l - 9所述的鋸帶，其特征在于帶背部UO)和齒坯 (11)包括不同類型的鋼，齒坯(ll)包括高速鋼，優選HSSE。
11、 如權利要求l - IO所述用于硬鋸切的鋸帶，其特征在于前角a等 于-5至5°，優選-3至3°。
12、 如權利要求10所述的鋸帶，其特征在于前角a等于O。。
13、 如權利要求l - IO所述用于切割軟金屬材料的鋸帶，其特征在 于前角a等于10土3。。
14、 如權利要求l - 13所述的鋸帶，其特征在于后角^等于0至5。， 但優選l至3°。
15、 用于生產鋸帶(1)的方法，其特征在于硬質材料覆層通過至 少對鋸帶(1 )的齒坯(11 )進行真空涂敷處理來施加。
16、 如權利要求ll所述的方法，其特征在于真空涂敷法是PVD或 paCVD法或其組合。
17、 如權利要求ll - 12所述的方法，其特征在于該硬質材料覆層在 高達550。C的溫度下施加。
18、 如權利要求ll - 13所述的方法，其特征在于該鋸帶在涂敷之后 焊接于一個環。
19、 如權利要求11-13所述的方法，其特征在于通過擦拭從齒坯 (11)向上螺旋形成線圈(8)，并以這種形式涂敷。
全文摘要
用于帶鋸機的鋼制鋸帶(1)包括帶背部(3)和具有多個齒的齒坯，至少齒坯(11)具有硬質材料覆層。根據本發明，覆層包含周期表中副族IV、V或VI的一種或多種或鋁或硅和/或它們的氮化物、氧化物、碳化物、碳氮化物或硼化物及其混合物。根據本發明的方法是真空涂敷法，例如PVD或paCVD。
文檔編號B23D61/12GK101160192SQ200680012800
公開日2008年4月9日 申請日期2006年2月23日 優先權日2005年2月24日
發明者邁克爾·巴林特 申請人:邁克爾·巴林特