CN101160192B - 锯带和锯带的生产方法 - Google Patents

Abstract

用于带锯机的钢制锯带(1)包括带背部(3)和具有多个齿的齿坯，至少齿坯(11)具有硬质材料覆层。根据本发明，覆层包含周期表中副族IV、V或VI的一种或多种或铝或硅和/或它们的氮化物、氧化物、碳化物、碳氮化物或硼化物及其混合物。根据本发明的方法是真空涂敷法，例如PVD或paCVD。

Description

锯带和锯带的生产方法

本发明涉及根据权利要求1前序部分的用于环形带锯机的锯带。此外，本发明涉及根据权利要求15前序部分的用于生产锯带的方法。

现有技术的锯带例如从DE10202770A1中已知。用于例如DE2538718A1所述的带锯机中并特别用于锯那些不能用环形锯加工的大型工件。尽管这些锯带相对于改良的材料成分非常费力，它们还是仅设计或适于较低的切割速度和小的进给率并具有非常短的刀刃寿命，即它们通常很快就变钝并必须经常做相应更换。

此外已知的是提供刀具和带覆层的成分以提高抗磨损性并进行腐蚀保护。常常出于此目的而采用PVD(物理气相沉积)法或paCVD(等离子辅助化学气相沉积)法或它们的组合。

国际公开WO2005/014877A1公开了轧辊处理中钢条的覆层，其中各种硬质材料层施加于条的一侧，或在后续处理步骤中施加于条的两侧，制出带有冷扎钢性能的条。继而，锯带可由这种条制出。

这种情况下的缺点在于覆层从侧面展现。因此，最小层厚用在最直接暴露于磨损的功能面(后刀面和前刀面)，最大层厚用在受到较小载荷的侧面，从而昂贵的覆层材料很少使用。此外，覆层常常用于冷扎钢，后者继而仅进行硬化，可对层/基底结合产生不利影响。换句话说，这种冷扎钢在硬化后不易进行涂敷，因为常规PVD处理远超出这种材料的退火温度。低温PVD处理继而具有产生较差粘结的层的缺点，这正好是存在大载荷和研磨磨损的情况中的主要缺点，如在锯割的情况下。另一缺点由现有技术中提供的轧辊处理导致。这一工艺不允许选择每种锯的几何形状，例如由于这些带不能缠绕，不可能做出钳齿形状或只能很差地做出。由于现有技术已知的层厚远大于5μm，它们制造昂贵并且不会比未涂敷的锯更具任何显著的进步，并由于该层存在着磨合时从锯顶端剥落的趋势，因此，覆层的优点在那里不再具有任何影响。

因此，本发明的目的是提供一种用于带锯机的锯带以及用于生产这种锯带的方法，使它有可能获得更佳性能，特别是在加工金属材料时更佳。此外，生产和使用这种锯带方面的成本效益均得到提高。

根据本发明的这一目的通过权利要求1给出的特征获得。

根据本发明的锯带，至少其齿坯的根据本发明的覆层使非常长的锯刃寿命成为可能，除了使锯带可用的较长寿命之外，允许在更换用过的锯带之间具有更大的间隔。

根据本发明锯带的另一优点在于因此能获得更高的切削速度，或许能获得更高的进给速度。此外，由于减小的摩擦，覆层会导致锯带非常宁静和均匀的运转，其结果是需要的进给作用力显著降低。

根据本发明的锯带或相应带锯由HSS(高速钢)基材料组成，硬质层通过PVD或paCVD方法施加其上。由于它们较高的热稳定性，高速钢通过PVD或paCVD处理用于涂敷是理想的，因为这些钢铁的退火温度通常远远高于500℃，从而在500℃范围内涂敷是可能的，不会有任何问题，这保证了与低温处理相比更好得多的层/基底材料粘结。

在优选的实施例中，刀具后刀面上的层厚大于根据本发明的带锯齿的侧面上的层厚。

特别适合于锯覆层的层是TiAlN和AlCrN层，他们可例如在BAI1200或RCS型工业涂敷系统上生产出来。此外至少在层与要加工材料的结合部，切削性能方面已经有显著提高的层是相应TiAlN、AlCrN、CrN以及碳氮化物和碳化物各层的组合，例如带有高碳含量的多层或梯度层，结合有金属或无金属DLC(金刚石形碳)外层，以及各种含硅层，例如TiAlSiN、AlCrSiN以及Si含量相对于整个金属含量介于1至12原子百分比的相应碳氮化物。

此外特别适合的层系统还包括其它硬质材料，例如周期表中一个或多个副组金属元素IV、V或VI(过渡金属)，或铝或硅，及它们的化合物。特别是，例如已知的TiN、VN或TiSiN或SiN这些氮化物、例如TiCN、VCN这些碳化物或碳氮化物、硼化物、例如Al₂O₃、(AlCr)₂O₃这些氧化物以及例如氮化硼、碳氧氮化物(carbooxinitrides)这些相应非金属的混合物与所列金属一起构成制层所考虑的事项。多层系统以及特定形成粘结并过渡的层可有利于特定材料的加工。

氮基材料的覆层已被证明相对于锯刃寿命和切削速度以及进给速度而言特别有利。在这种有利的改进中，覆层可包括TiN、TiCN、TiAlN和/或AlCrN。所有这些材料还可作为合金或混合物用在这里。

非常适合于实践应用的又一覆层可包括作为外层的WC/C，因为这一含金属DLC层系统具有特别良好的跑合表现，例如第一个切削循环中的层光滑度。特别是作为支撑层，如上所述的系统成为考虑的事项。

在本发明的有利发展中，如果覆层具有2-3μm的厚度，这将有利地导致锯带非常宁静、均匀的运行，并且不会有在覆层厚度较大的情况下在锯工件时出现的堵塞或类似问题。当然，层厚还依赖于齿的分布、齿形、要加工的材料和覆层本身的材料，其结果是因情况而异，也有可能采用较大的层厚。

为了优化根据本发明的涂敷锯的切削性能，必须正确设定正确的层厚。在这一方面，测试中已经惊奇地发现，例如介于0.5至3μm之间，特别是介于0.7至2μm之间的较薄层将比层厚大约为4μm或更厚的厚层产生更好的切削结果。后者仅能在切削表现方面比未涂敷的带相比获得小的改善或根本没有改善。

在本发明的又一改进中，可提供的是，齿坯由HSSE组成。于根据本发明的覆层一起，这一用于齿坯的基底材料导致特别耐磨损的锯带。

在现有技术中，未涂敷的锯通常采用α＝0°的前角几何形状用于简单锯切作业，例如锯含高碳含量的工件(例如铸铁)或小截面或薄壁剖面和管的工件。这里，前角几何形状α＝0°的涂敷的锯能够特别有利地用于锯硬质材料，例如刀具钢，例如X38CrMoV5-1，材料号1.2343，硬度高达HB₃₀＝235。这具有特别的优势，因为这一锯带几何形状可比带有较大前角并可能还有弯曲刀面的几何形状更容易且成本更低地生产出来。因此，有可能不要附加覆层而以低生产成本生产出用于硬质锯切操作或锯那些大的固体几何尺寸的带，所述几何尺寸特别是直径。此外，还已经有可能用负前角来测试齿的几何形状，从而介于-5°至+5°之间、优选介于-2°至3°之间的前角范围成为带有涂敷锯片的硬质锯的考虑对象。

另一方面，在非常有效润滑的软材料情况下，例如VA不锈钢，例如X6Cr17，材料号1.4016，硬度高达HB₃₀＝185，已经有可能用前角α＝10°的锐角齿形获得最佳结果。类似结果可在α＝10°±3°的范围内获得。

已经有可能通过倾斜刀后面一个β＝1和5°的角度、优选β＝2至3°的角度获得各种应用中的进一步改善。

本目的借助于由权利要求15的特征反映的方法来获得。

在有利的改进中，如果形成覆层的材料通过PVD或paCVD方法在450-550℃的温度下，优选大约500至550℃的温度下施加，根据本发明的涂敷锯带能够以很容易实施的方法获得非常良好的结果。

此外，可提供的是，至少齿坯在涂敷施加之前被擦拭去毛刺。作为其替换方式，至少齿坯还可在涂敷施加之前受到锤击以去除毛刺。这种毛刺从齿坯的去除方式防止毛刺在后续的锯带使用中脱落，这种脱落会产生锯带的未涂敷表面。

在这种方法的有利改进中，如果仅仅向上到达与带背部相邻的过渡区的齿坯具有覆层，这会通过节省涂敷材料来降低根据本发明的锯带的生产成本。这不会导致根据本发明的锯带的质量的任何降低，因为未涂敷的带背部不具有切削功能。为了此目的，例如有可能将切段锯带结合为堆，将它们例如用已知的卷筒保持器包在一起。特别是，如果齿坯由与带背部不同的材料组成，如果齿坯焊接于带背部将是有利的。

此外，可提供的是，涂敷之后锯带焊接于一个环。这样，锯带在带锯机中的立即使用成为可能。

在根据本发明的方法的有利改进中，如果锯带被包在形如线圈的结构中，因此在涂敷之前螺旋缠绕并在涂敷过程中固定在这种形式中，从而齿坯全都指向相同的方向，则在涂敷装置中可获得锯带非常容易的处理。对本方法而言，这一过程还导致显著的成本降低，因为较大的锯带长度可同时涂敷。

根据本发明，大量螺旋缠绕的锯带安装在保持器上并在一批中涂敷。

附图中：

图1显示了一个齿；

图2显示了锯带的细节；

图3显示了未涂敷的齿和经涂敷的齿的剖面；以及

图4显示了涂敷装置；

图5至图9显示了用根据本发明的锯带所做锯切测试的图表。

图1显示了带有锯背部3的锯带1的齿2的示意性细节，该齿具有前角为α的前刀面、后角为β的后刀面5以及侧面7。

锯带可形成为闭环并用本身已知的方式安装在带锯机上。锯带1的切削速度的方向由图1中表示为“v”的箭头指示。这种锯带可水平或垂直向地用在带锯机中。根据使用类型，工件向着带锯机1运动或相反运动。

图2中显示了锯带1的细节。这里可以看到，锯带1具有带背部10，锯带1在带锯机中以未示出但本身已知的方式在其上引导，此外齿坯11具有多个齿2。带背部11优选地由相对简单的“软”钢组成，同时齿坯11由高速钢组成，优选HSSE。对于带背部10而言更简单的钢的使用使得成本节约并且锯带1的柔韧度增加。焊接方法优选用于将齿坯11连接于带背部10。

为了特别增加锯带1的刀刃寿命，优选地也增加切削速度，或许也增加进给速度，至少齿坯11具有增加耐磨性的覆层。附图中看不到的覆层可例如包括上述材料或由这样一种材料组成。覆层还有助于降低锯带1的切削力。

图3图表显示了未涂敷或用传统层涂敷的齿2’以及用根据本发明的层涂敷的齿2”在经过一段时间使用以后的剖视图。未使用过的齿的顶端或几何形状分别用虚线6表示。未涂敷的齿显示出尖端6’具有更大的磨损并且在相同次数的切削之后出现尖端6’的倒圆。另一方面，涂敷的齿2”显示出其顶端6”更小的磨损，并且即使在覆层已经全部磨完之后还没有或很少出现倒圆。这具有很大的优势，由于大致由尖端6的边刃保证的材料引导因此而得到保持，即使当锯带严重磨损时笔直切割也有可能实现，同时，具有大圆角齿2’的带显示出强烈的运行失真趋势，这将增加遭拒和/或材料耗费的比率。

图4以非常示意性的表达显示了涂敷装置12，用于带锯机的上述锯带1的生产方法用它来实现。用这种涂敷装置12，上述增加锯带1的耐磨性的覆层至少施加于齿坯11。虽未示出，优选形为真空涂敷装置的装置12包括涂敷所必需的装置，如喷溅目标，沿其电操作装置设置的蒸发坩埚或电弧光源(也可以是它们的组合)；以及气体进给和控制装置，例如用于能够分离含氧化物或含氮化物层；产生操作PVD或paCVD方法必需的压力条件的真空泵，以及加热装置、测量仪器及其它辅助驱动。这种类型的装置是本领域中用于涂敷工具和部件的装置。

在本情况下，对于涂敷锯带1，将一个如线圈8的卷绕结构引入涂敷装置7，它悬吊在提供在那里的保持器9上。在这种情况下，线圈8可具有高达50cm的直径，它使得锯带1的全长有100m。优选地，仅仅向上到达与带背部10相邻的过渡区的齿坯6，即大致向上到达相应齿间隙的齿坯6具有覆层，从而节省涂敷材料。在涂敷之后，锯带1从装置12取出并能够以未示出的方式焊接于如图1所示的环。

为了避免可能存在于齿2上的毛刺在锯带1的后续使用中脱落，这种脱落会给锯带1的表面带来未涂敷区域，从而显著降低其耐磨性，在这种情况下，至少齿坯11用较低的压力进行擦拭或锤击以在覆层施加之前去除毛刺。加工之后，相应的齿5具有小半径而非毛刺。在擦拭时可采用循环刷，擦拭绕在线圈8上的锯带1。

实例：

图5非常清楚地显示了根据本发明的锯带的优点。91.45×14.3mm的100Cr6管，材料号1.3505，用带有大约1至2μm的TiAlN覆层(BalinitFuturaNano，FNl处理)和0°前角的锯带在120m/min的切割速度进行加工。对于未涂敷的带，采用制造者推荐的切割速度，即60m/min。曲线显示了依赖于切割数量的切割时间。上面的曲线显示了未涂敷带的值，下面的曲线显示了已涂敷带的值。300个工件用已涂敷带的全部切割时间是5小时。300个工件用未涂敷带的全部切割时间是8小时24分钟。在300次切割之后，已涂敷带每次切割的切割时间已经低于未涂敷带的切割时间的一半。

图6显示了对在80×80mm、X38CrMoV5-1、材料号1.2343的不同几何形状的刀具钢上涂敷有大约1至2μm的TiAlN覆层(BalinitFuturaNano，如图)的锯带进行两个锯切测试。切割速度为90m/min，切割压力16巴，进给速度4。两个带之间的不同只存在于齿的几何形状，更准确而言在于前角。这里发现，完全令人惊讶的是，具有更小前角即0°前角(带菱形标记的曲线，位于底部)的锯带清楚地优于带较尖前角即10°前角(带矩形标记的曲线，位于中部)的锯带，这与已涂敷锯带的经验相反。

在这里所示的对比测试中，仅仅对未涂敷的“10°带”施以一半的切割速度，即45m/min(根据制造者的推荐)，其他方面与上述条件相同，带有0°前角的锯带在第一次切割的三分之一后变钝，带有10°前角的锯带在第一切割的一半之后变钝。该测试因此仅续以“10°带”(带三角形标记的曲线，位于顶部)。当然，已经用到第三次切割，切割时间大约18分钟，而几何相同的已涂敷带需要大约10分钟的切割时间，而已涂敷的“0°带”仅需要大约6分钟的切割时间。

图7显示了具有不同齿形的涂敷和未涂敷锯带的切割时间的对比。这种情况下锯切固体的可热处理钢C45、材料号1.0503、d＝100mm。已涂敷带的锯切参数如下分别设定。第一结果由图7中的柱1显示。

切割速度120m/min

切割压力18巴

进给速度4。

如果未涂敷的带用相同的参数操作，该切割变成已知的失真，即切割不成直线，导致遭拒。因此，未涂敷的带不得不以相应的较低切割速度和压力进行操作；其结果是图7的柱4：

切割速度75m/min

切割压力12巴

进给速度3。

因此这既允许0°前角的带也允许带10°前角的带，以降低大约50％的切割时间，作为涂敷结果，从而有可能第一次以更高的切割速度和压力进行操作，同时采用选定的切割参数，仅可能的是用“0°锯带”获得平面切割。换句话说，在已涂敷和未涂敷的“10°带”情况下，切割表面的凸度从切割平面存在最大1mm的偏差，这将导致工件或遭拒或重加工。

图8和9显示了具有带0°/10°前角的不同几何形状(类型1-3)的锯片在涂敷和未涂敷形式下的锯切测试结果。图8中的工件是不锈钢，X6Cr17，材料号1.4016。切割宽度未d＝102mm，切割速度120m/min，进给压力6.0。在图9中，可热处理的钢42CrMo4、材料号1.7225用d＝90mm的切割深度、90m/min的切割速度和4.4进给压力。在所有的情况下，已涂敷锯带超越未涂敷锯带的优势是明显的。

在较软的不锈钢中，最佳切割结果用10°前角的已涂敷锯片获得。然而在较硬的可热处理钢中，最佳结果用0°前角的已涂敷带获得，这更令人震惊，因为具有这种前角的未涂敷带产生最差的结果。

另一锯切测试对固体的可热处理钢/冷扎钢42CrMo4V执行，其材料号1.7225、d＝300mm，切割速度50m/min，切割压力16巴，进给速度3，确定带16°前角的未涂敷锯带和带有0°前角的已涂敷锯带的锯刃寿命和总切割面积。在这种情况下，未涂敷带在6小时之后磨损，总数量是21切，总切割面积是1.48m²。用已涂敷的带，有可能在其有用的8小时53分钟寿命之内获得31切和2.19m²的切割面积，这对应于切割次数的增加和仅低于50％的总切割面积。

此外，在长时间锯切测试中，此时直径91mm、壁厚16mm、材料号1.7131(HB140至207)的16MnCr5管材受到锯切，人们发现在带有10°前角的未涂敷锯带情况下，500至600次切割以后，切割在直径上磨掉该角1mm。换句话说，用相同但未涂敷的锯带，900至1200次切割可以获得而不会观察到带磨完该角。这很令人惊奇，因为涂敷的锯带即使当它们在其服务寿命终结而变钝时仍保有该角。因此，例如自动的整夜锯切操作很有可能实现。

Claims (21)

1.用于带锯机的钢制锯带(1)，包括带背部(3)和具有多个齿(2)的齿坯(11)，其特征在于至少齿坯(11)具有硬质材料覆层；覆层具有0.5-3μm的厚度。

2.如权利要求1所述的锯带，其特征在于齿坯(11)的后刀面(5)上的硬质材料覆层的厚度大于侧面(7)上的覆层厚度。

3.如权利要求1或2所述的锯带，其特征在于硬质材料覆层大致仅覆盖后刀面(5)和前刀面(4)。

4.如权利要求1或2所述的锯带，其特征在于覆层包含周期表中副族IV、V或VI的一种或多种金属或铝或硅。

5.如权利要求4所述的锯带，其特征在于覆层包含上述金属的氮化物、氧化物、碳化物、碳氮化物或硼化物或上述化合物的混合物。

6.如权利要求5所述的锯带，其特征在于该覆层包含TiAlN、AlCrN、金属DLC、无金属DLC、TiAlSiN、TiAlCN或WC/C。

7.如权利要求4所述的锯带，其特征在于覆层采用多层系统的形式。

8.如权利要求7所述的锯带，其特征在于多层系统具有粘结和过渡层。

9.如权利要求1或2所述的锯带，其特征在于带背部(10)和齿坯(11)包括不同类型的钢，齿坯(11)包括高速钢。

10.如权利要求1或2所述的锯带，其特征在于当所述锯带用于硬锯切时，前角α等于-5至5°。

11.如权利要求9所述的锯带，其特征在于前角α等于0°。

12.如权利要求1或2所述的锯带，其特征在于当所述锯带用于切割软金属材料时，前角α等于10±3°。

13.如权利要求1或2所述的锯带，其特征在于后角β等于0至5°。

14.如权利要求1所述的锯带，其特征在于覆层具有0.7-2μm的厚度。

15.如权利要求9所述的锯带，其特征在于齿坯(11)由HSSE构成。

16.如权利要求10所述的锯带，其特征在于前角α等于-3至3°。

17.如权利要求13所述的锯带，其特征在于后角β等于1至3°。

18.用于生产锯带(1)的方法，硬质材料覆层通过至少对锯带(1)的齿坯(11)进行真空涂敷处理来施加，锯带向上螺旋卷绕形成线圈(8)，并以这种形式涂敷，毛刺至少在涂敷之前从齿坯(11)去除；毛刺至少通过擦拭或锤击的方式从齿坯(11)去除。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于真空涂敷法是PVD或paCVD法或其组合。

20.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于该硬质材料覆层在高达550℃的温度下施加。

21.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于该锯带在涂敷之后焊接于一个环。

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