一种用于制造金属板加工工具的方法及工具的制作方法

一种用于制造金属板加工工具的方法及工具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制造用以加工金属板的工具(1)的方法，尤其是制造用于裁切或借助于深度拉拔使金属板成型的工具(1)的方法，以及这样的工具(1)。该方法包含提供金属基体(2)，将焊接材料(9)至少在局部区域内焊接到金属基体(2)上。根据本发明，焊接材料(9)包含具有以质量百分比计的以下成分的合金：碳（C），1.5-1.8；钒（V），7.5-9.0；铬（Cr），4.5-6.0；钼（Mo），1.0-2.5；镍（Ni），低于（＜）1.0；锰（Mn），低于（＜）1.0；硅（Si），低于（＜）1.0；以及余量的铁(Fe)和熔融导致的杂质。
【专利说明】-种用于制造金属板加工工具的方法及工具

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于制造金属板加工工具的方法以及其工具。

【背景技术】
[0002] 钣金工具用于材料和工件的外形塑造。作为用于金属板加工的工具，它们具有例 如切削和/或成型功能。为了使金属板径直成型，尤其采用拉拔工具。相比之下，切削功能 需要借助于切削工具来实现。除了旋转的切削工具，它们还可以例如刚性连接到执行升降 运动的机械。根据切削工具的构造，借助于切屑清除方法或借助于分切方法，使得这些分离 的操作成为可能。分切切削工具具有为此目的的几何地定义的例如刀刃的形式的切削刃。
[0003] 更高强度和高强度的金属板的逐步发展迫切需要用于加工它们的钣金工具持续 发展。尤其是，汽车工业在加工这样的金属板方面，对尺寸稳定性以及针对此目所需要的工 具的途径和效率的稳定性，提出迫切的需求。在高的工具成本以及工具更换中发生的停工 时间的背景下，因此，致力于每个工具可加工的金属板的数量尽可能地高。此外，应用的工 具针对它们的维修和更新应当具有简单及持久的可能性。
[0004] 为了增加这种类型的工具的耐磨性，它们有时完全由高合金材料制成。此外，为了 获得尽可能坚固和精细结构的工具，尤其是，为此目的采用粉末冶金生产方法。然而这有时 会导致高材料成本。此外，以这种方式制造的工具需要的维修措施常常仅以受限制的方式 施行，或甚至是不可能的。这样，任何的表面焊接和/或修复焊接的不可避免的结果是在这 种情况下加工区域仅通过使用的焊接材料接触待加工的金属板。这样再加工后，结果是其 余工具本身的强度优势实质上并不重要了。继而大多需要在在短时间内完全替换工具而由 此产生了附加的成本因素。
[0005] 而且，在后期阶段有时必须对这样的工具实施表面检测的情况下会产生附加的困 难，例如起拱。在这样的情况下借助于增层产生的起拱可能是必须的，以便于，例如在拉拔 工具的情况下，以提高材料的拉拔流动。同时，有时，仅需要非常小的堆叠厚度。然而，在这 种情况下，增层必须具有高的耐磨性，同时，是可以机械加工的。而且，应该能够加工得越薄 越好，并且没有焊溅。然而，由于在这样情况下不可能使得整个工具随后在熔炉内硬化，增 层必须也已经具有足够的硬度。
[0006] 为了增加钣金工具、尤其是它们的制造方面的效率，现有技术中已知有进一步的 方法和实施方式。这些方法和实施方式提供了例如成本低的基板或基体的应用，该基板或 基体与例如相对较硬的或硬化的切削区域相结合。
[0007] DE102007044662A1公开了一种切削工具以及用于生产这样的切削工具的方法。切 削工具尤其用于裁切金属板。切削工具具有由成本低的铸铁制成的基体。提供用于裁切金 属板的切削工具的子区域设计为切削刃。在这种情况下切削刃具有硬度大于基体的铸铁的 材料。为了形成切削刃，在基体上焊接多个彼此紧挨以及上下紧挨的焊缝，并且随后进行加 工，从而降低应力。为了将较硬的材料焊接到基体，可以采用附加的适合铸铁的焊接的材 料。进一步地，为了形成切削刃，可以在基体上提供凹陷，在其中至少应用一些焊缝。在切 削刃磨损范围内，通过焊接上新的焊缝来进行更新，同时保持了由铸铁制成基体。
[0008] DE19530641C1同样地公开了一种切削工具和一种用于制造和更新这样的用于将 纸裁切到合适尺寸的切削工具的方法。切削工具具有由成本低的回火钢材制成的基体，并 具有更高硬度的切削刃。切削刃形成为基体上的增层。为此目的，该教导是应用光束辅助焊 接方法施加增层，在其金属基体内嵌入硬质相。增层较佳地具有铁、镍或钴基材，在其内嵌 入具有占体积5 %至80 %的体积分数的硬质相。建议的焊接方法例如能够在激光束或电子 束、电弧和/或等离子体的辅助下实施。增层本身例如能够借助于粉末的、线形的和/或膜 状添加剂施加。进一步地，同样地，可以在基体上设置凹陷，从而至少部分地容纳增层。为 了获得理想的切削刃的形状，可以借助于磨削操作进行相应加工。
[0009] DE4134134A1公开了一种用于由铸铁制成的部件的表面处理的方法及其应用。在 这种情况下，表面处理由通过线状或粉状形式传递的材料的堆焊实施。目标是防止对铸铁 和增层之间的过渡区域的性能造成的任何影响，例如对硬度造成的影响。为此目的，为了形 成增层，铸铁部件较佳地借助于粉末或线状形式的铁基或铁/铬基的合金进行焊接。原则 上，合金可以具有例如镍、钴或铁基，其具有铜，铬，硅，或硼中的至少一种组分并且还具有 附加的铝和/或镁和/或钙的添加剂。在测试中已经发现，尤其是，最后提到的添加剂在防 止对过渡区域的材料性能--例如硬度--的另外的常见不良影响方面是决定性的。
[0010] 基于已经了解的成本低的基体与相对较硬的焊接部的组合，能够制造在材料成本 上高效的切削工具。然而，尤其是硬的切削刃的区域需要的再加工是明显更困难的，并且会 使得进而为此目的所需的工具承受相应的高磨损。


【发明内容】

[0011] 在此背景下，本发明的目的是提供一种用于制造用以裁切或拉拔金属板的工具的 方法，其使得由此制造的工具的整体的高效率制造和持久的可更新性成为可能。进一步地， 由此制造的工具表现为不仅制造成本低，而且具有长的使用寿命。
[0012] 该目的的第一部分通过具有下述特征的用于制造工具的方法实现包含提供金属 基体，将焊接材料至少在局部区域内焊接到该金属基体上，其中，焊接材料包含具有以质量 百分比计的以下成分的合金：
[0013] -碳（C) 1.5-1.8 -钒（V) 7.5-9.0 -铬（Cr) 4.5-6.0
[0014] -钼（Mo) 1.0-2.5 -镍（Ni) 低于（<)0.5 -锰（Μη) 低于（<)1.0 -硅（Si) 低于（<)1.0
[0015] 以及余量的铁（Fe)和熔融导致的杂质。
[0016] 根据本发明的另一方面，焊接材料通过等离子粉末堆焊来上部焊接。
[0017] 根据本发明的另一方面，对焊接材料进行上部焊接，以形成硬度大于基体的切削 刃，或使基体起拱。
[0018] 根据本发明的另一方面，以多个积层对焊接材料进行焊接。
[0019] 根据本发明的另一方面，所焊接的焊接材料最后通过切屑清除方法加工。
[0020] 该目的的实质的第二部分通过下述特征实现一种用于加工金属板的工具，其包含
[0021] 金属基体以及至少在局部区域内焊接到基体的焊接材料，其中，焊接材料由含以 质量百分比计的以下成分的合金制成：
[0022] -碳（C) 1.5- 1.8 -钒（V) 7.5-9.0 -铬（Cr) 4 5-6.0 -钼（Mo) 1.0-2.5 -镍（Ni) 低于（<)0·5 -锰（Mu) 低于（<)1.0 -硅（Si) 低于（<)1.0
[0023] 以及余量的铁（Fe)和熔融导致的杂质，另外，对焊接材料进行焊接从而形成切削 刃。
[0024] 根据本发明的另一方面，对焊接材料进行上部焊接从而形成切削刃。
[0025] 根据本发明的另一方面，对焊接材料进行上部焊接，以使基体起拱。
[0026] 根据本发明的再一方面，以多个积层对焊接材料进行焊接。
[0027] 应当指出，在下述的说明中分别地列出的特征可以以任何需要的技术上的有利的 方式彼此组合，并且进一步地显示了本发明的改进。说明书结合附图进一步地表征并且详 细说明了本发明。
[0028] 本发明的方法使得由此制造的工具的整体的高效率制造成为可能。根据本发明， 这尤其归功于在材料成本上有利的基体与增层材料的审慎组合。用于要施加的增层材料、 也就是要焊接的焊接材料的本合金的具体优势是，对由此制造的增层实现了回火稳定性以 及高的耐磨性。在这种情况下高的耐磨性主要归功于在应用中形成的金属碳化物。这些金 属碳化物是由碳与金属的化合物，该金属甚至在小的层厚度的情况下也导致高的耐磨性。
[0029] 进一步地，借助于根据本发明的方法，使得由此制造的工具的持久的可更新性成 为可能。此处的优势在于基体的选择，在本发明的情况下的耐磨增层材料从一开始就在相 关的区域中焊接到该基体上。工具因此不通过它的基体接触，而是至少在承受应力的区域 通过施加的增层材料与待加工的金属板直接接触。任何的磨损或甚至破裂可以通过由根据 本发明的合金制成的增层材料的重新应用简单并且有效地得到矫正。因而获得高的维修便 利性。而且，随后的应用，也就是说在磨损或损坏的情况下需要的焊接，具有在耐磨性方面 相同的有利性能。这样，甚至对于这样更新的工具，获得对相同基体的运行时间的多次延迟 的长的使用寿命。
[0030] 用于基体的材料可以有利地是低合金的基材。基体优选为至少部分地由例如 1.7140(G47CrMn6)or Ck45(l. 1191)形成。这些材料成本低并且具有高的韧性。当然，具有 球状石墨的铸铁，更加具体是球状灰铸铁或球墨铸铁，例如，EN-JS2060or EN-JS2070,其也 可以用于基体。它们的性能与钢铁的应用是相似的。
[0031] 增层材料，也就是说焊接材料，较佳地采用粉末形式。根据应用的堆叠方法，这还 可以采用焊丝或填充焊丝的形式。
[0032] 在本发明的构思的一个非常有利的发展中规定，增层材料，也就是焊接材料，能够 借助于等离子粉末堆焊（PTA =等离子转移弧焊）进行焊接。PTA技术的优势是基于将增层 材料，也就是焊接材料，在基体的表面上极薄应用的可能性。结果是，基体的材料性能不会 不利地改变。还可以设想以PTWA(等离子转移弧喷涂）方法（其中将线熔融）来应用根据 本发明的合金。尤其是结合以粉末的形式的增层材料（也就是焊接材料）的应用，仅得到 小的熔融深度。这导致了在基体的材料和增层材料（也就是焊接材料）之间仅形成轻微混 杂。结果是，获得整体改良的和非常理想的材料性质。
[0033] 原则上，还可以设想以可选择的焊接方法来应用增层材料，也就是用于焊接焊接 材料。在可选择的措施的情况下，焊接材料还可以借助于填丝焊接进行焊接。进一步的可 选择的焊接方法还可以例如是激光焊接、金属极惰性气体保护焊接（MIG)，金属极活性气体 保护焊接（MAG)，钨极惰性气体保护焊（WIG)或明弧焊（0A)。
[0034] 在本发明中，可以应用（也就是焊接）增层材料，也就是上部焊接（welded on)，从 而形成具有与基体的硬度相似或不同的切削刃。进一步地，还可以应用（也就是焊接）增 层材料，也就是上部焊接，以使基体起拱。后者可以视为尤其结合拉拔工具。自此，增层材 料等同焊接材料并且应用等同上部焊接。通过上部焊接形成切削刃，接触待裁切金属板的 基体的区域有意制成耐磨的。尤其是结合PTA焊接，提供了焊接材料在基体上的有意较薄 的应用的可能性，而省略了缓冲层。如果需要，基体可以因而以直接的方式起拱。
[0035] 关于起拱，较薄地应用焊接材料的可能性允许工具尤其是拉拔工具的快速和直接 的裁切，以提高待成型尤其是待拉拔的金属板的流动特性。借助于PTA焊接，总体上，必要 的焊接的直接局部应用成为可能。由于局部应用，因此整个基体的硬化是不需要的。耐磨 焊接材料的应用能够以非常薄的形式、尤其是没有任何的飞溅地施行。
[0036] 为了形成切削刃，本发明规定较佳地将其设置在切削工具的边缘。为此目的，基 体较佳地在其至少一个边缘上具有切角。可选择地，所述的基体的边缘还可以具有弧面 (Teilradius)或切角与弧面的组合。这样配置的切削工具的边缘至少在局部区域内借助根 据本发明的焊接材料进行焊接，从而形成切削刃。
[0037] 在本发明的另一优选改进中规定，焊接材料较佳地以多个积层进行上部焊接。尽 管理想地不采用缓冲层的实施方式，多个薄的增层材料的多积层的堆叠在焊接材料与基体 的材料之间仅形成轻微的混杂。在本发明中，缓冲层理解为表示焊接到基材上的材料，将实 际的增层材料应用（也就是焊接）到缓冲层。本发明理想地省掉了缓冲层。
[0038] 作为本发明的另一有利措施，在被上部焊接之后，焊接材料可以最后借助于切屑 清除方法进行加工。也可以是例如铣削。由于应用的焊接材料有时意味着需要的、尤其是 用于工具的尺寸稳定的最终尺寸未实现，随后的简单的可加工性的可能性尤其重要。在这 一点上，能够在测试中发现，根据本发明的合成物使一个或多个焊接区域的高耐磨性以及 同时高的可加工性这样的以其他方式不兼容的性能相互结合。
[0039] 本发明上述呈现的与方法相关的部分提供了一种用于制造用于裁切或拉拔金属 板的工具、尤其是切削工具或拉拔工具的方法，其使得由此制造的工具具有整体的高效制 造和持久的可更新性成为可能。这种情况下的具体优势是应用由成本低的材料制成的基体 并结合根据本发明的用于上部焊接的焊接材料的合金。尤其是结合PTA焊接，实现了在制 造以及在磨损或损坏的工具的随后更新方面的简单实施过程。
[0040] 既然已经提供了工具，至少在从一开始就具有根据本发明的焊接材料的相关区 域，仅通过这些区域接触待裁切的金属板。在这样的范围内，基体仅用作用于接收耐磨损焊 接材料的成型的支承体。通过简单的维修可能性，以这样的方式制造的工具能够应用于例 如在型号的整个运行时间制造用于汽车工业的钣金部件。既然制造成本高的钣金工具现在 不再必须频繁地更换，这带来尤其高的效率。而且，必需的维修还能够在内部工具制造车间 实施。这还尤其归因于根据本发明的用于焊接材料的合金，该合金借助于在传统的制造工 厂可用的工具制造车间根据需要进行加工。
[0041] 这还应用到由此制造的拉拔工具的起拱。根据本发明的焊接材料和PTA焊接的 结合使得除了具有高的耐磨性外还具有非常薄的和清洁的应用，并且简单的再加工成为可 能。结果是，使得工具的快速和高质量的裁切成为可能。在这样的情况下，工具的裁剪能够 在短时间内发生。而且，由于上部焊接的焊接材料的高耐磨性，将任何的再加工降低到最小 并且增加了拉拔工具的整体使用寿命。
[0042] 本发明的实质性部分提供一种用于裁切或拉拔金属板的、已经根据上述的方法制 造的工具。工具包含金属基体以及至少在局部区域内焊接到基体的焊接材料。焊接材料是 一种硬度大于基体的硬度的材料。在这种情况下，焊接材料具有含以质量百分比计的以下 成分的合金：
[0043] -碳（C) 1.5-1.8 -钒（V) 7.5-9.0 -铬（Cr) 4 5-6.0 -钼（Mo) 1.0-2.5 -镍（Ni) 低于（<)0.5 -锰（Μη) 低于（<)1.0 -硅（Si) 低于（<)1.0
[0044] 以及余量的铁（Fe)和熔融导致的杂质。
[0045] 在本发明中，将焊接材料进行上部焊接，以形成比基体硬、硬度与基体的相同或甚 至比基体软的切削刃。可选地或者与此结合，焊接材料还可以上部焊接到基体，以使后者形 成拱形。当根据本发明的工具配置为拉拔工具时尤其如此。为了形成切削刃，基体较佳地 在其中的一个边缘上具有切角或弧面。根据本发明的焊接材料焊接到所述边缘，从而形成 切削刃。根据需求以及构造，可以将焊接材料以多个积层焊接到基体。
[0046] 在本发明的上述的关于方法的部分中已经充分地说明了从上述的特征中得出的 优势，并且因此在此处参考所述声明。
[0047] 本发明的一个优势是降低了成本（基材的材料成本），制造（工具制造车间）以及 修理方案方面的简单实施过程。工具从一开始就被提供有新开发的焊接材料。只有焊接材 料因此接触金属板，使得有利的基材仅执行支承作用。这一合金的发展有益于耐回火性能 (具有二级硬度最大值）并且实现了高的耐磨性，最主要的是由于在焊接中形成的碳化物。 基质中的碳化物的有意选择的尺寸不允许快速的破裂，因此实现了比得上或优于高合金工 具材料的使用寿命。特别地，增层的金属基质中的均匀分布的优质的硬质相的嵌入对耐磨 性起了决定性作用。
[0048] 基于维修的可能性，工具元件在制造完成后能够应用于模具的整个运行时间。最 后，施加的合金能够在传统可用的制造工厂的工具制造车间中进行加工。现在的起拱的差 异主要是堆叠高度。PTA焊接、非常薄的和清洁的应用以及再加工、同时具有高的耐磨性的 组合，允许工具快速和高质量的裁切，由此节省了裁切的时间，降低了制造中的重复工作并 且因此增加了使用寿命。
[0049] 本发明的进一步的有利细节和效果，借助于下述附图中示意性示出的示例性实施 例进行详细说明。

【专利附图】

【附图说明】
[0050] 图1示出根据本发明的切削工具形式的工具的透视图。
[0051] 图2示出图1的切削工具的侧视图。
[0052] 图3示出图2的切削工具的替代实施例的侧视图。
[0053] 图4示出具有用于形成切削刃的所焊接的焊接材料的图1的切削工具的透视图以 及
[0054] 图5示出根据本发明的工具的一部分的剖视图。

【具体实施方式】
[0055] 图1示意性地示出根据本发明的用于裁切金属板（未详细示出）的切削工具1。 切削工具1用于连接到用于加工金属板的装置（同样地未详细示出）。为此目的，切削工具 1首先包含在端面边缘3具有连续的弧面4的基体2。为了将基体2连接到用于加工金属 板的装置（未示出），所述基体在该情况下具有两个通孔5,每个具有盲孔6。通孔5用于接 收螺钉（此处未示出），借助于此，基体2能够连接到所述装置。盲孔6在该情况下用于接 收螺钉头，后者倒陷到盲孔6内。
[0056] 图2示出切削工具1的侧视图。在该示图中，能够观察到基体2的边缘3的弧面 4的形状。而且，通过虚线示出通孔5的其中一个的侧面轮廓以及相关联的盲孔。
[0057] 图3示出图1和图2的切削工具1的替代实施例。如图所示，此处示出的切削工 具1在基体2的边缘3具有不同的设计。所述边缘，在该情况中，不具有弧面4,但是具有切 角7。切角7在该情况下相对于基体2的端面8倾斜45°。
[0058] 由于图4中示出的焊接材料9接收，在基体的相应边缘3上提供用于形成切削刃 10的弧面4和切角7。焊接材料9以借助于PTA焊接方法的方式（未详细示出）焊接到弧 面4或如此处示出的，焊接到切角7。
[0059] 焊接材料9是包含以重量百分比计的下述合金组分的合金：
[0060] -碳（C) 1.5-1.8 -钒（V) 7.5-9.0 -铬（Cr) 4.5-6.0 -钼（Mo) 1.0-2.5 -镍（Ni) 低于（<)0.5 -锰（Μη) 低于（<)1.0 -硅（Si) 低于（<)1.0
[0061] 以及余量的铁（Fe)和熔融导致的杂质。
[0062] 焊接材料9最后以例如借助于切屑清除方法的方式（未详细示出）进行加工。例 如，铣削是一种可能的加工类型。
[0063] 图5示出了工具的一部分的剖视图，该工具表示了根据本发明的拉拔工具以及来 自之前的图1至图4的切削工具1。如图所示，基体2具有将焊接材料9引入到其中的凹陷 11。图5意在示出简单地根据本发明维修或更新无论何种构造的工具1的可能性。因而， 引入的凹陷11的焊接材料9具有已经借助于PTA焊接以简单的方式再次充满焊接材料9 的破裂12。根据本发明，基体2的表面上的任何破裂13也能够以这样的方式修复，在这样 的情况下，同样填充焊接材料9。
[0064] 而且，在基体2内能够看到凹部14。基体2在凹部14的区域内形成拱形。为此目 的，将焊接材料9薄薄地施加到凹部14的子区域。
【权利要求】
1. 一种用于制造金属板加工工具（1)的方法，其特征在于，包含提供金属基体（2)，将 焊接材料（9)至少在局部区域内焊接到该金属基体（2)上， 其中，焊接材料（9)包含具有以质量百分比计的以下成分的合金： -碳（C) 1 5-1.8 -钒（V) 7 5-9.0 -铬（Cr) 4.5-6.0 -钼（Mo) 1'0-2.5 -镍（Ni) 低于（<)0.5 -锰（Μη) 低于（<)1.0 -硅（Si) 低于（<)1.0 以及余量的铁（Fe)和熔融导致的杂质。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 焊接材料（9)通过等离子粉末堆焊来上部焊接。
3. 根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于， 对焊接材料（9)进行上部焊接，以形成硬度大于基体（2)的切削刃（10)，或使基体（2) 起拱。
4. 根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于， 以多个积层对焊接材料（9)进行焊接。
5. 根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于， 所焊接的焊接材料（9)最后通过切屑清除方法加工。
6. -种用于加工金属板的、尤其是根据前述任一权利要求所述的方法制造的工具 (1)，其特征在于，包含金属基体（2)以及至少在局部区域内焊接到基体（2)的焊接材料 (9)， 其中，焊接材料（9)由含以质量百分比计的以下成分的合金制成： -碳（C) 1.5-1.8 -钒（V) 75-9.0 -铬（Cr) 4 5-6.0 -钼（Mo) 1.0-2.5 -镍（Ni) 低于（<)0.5 -锰（Μη) 低于（<)1.0 -硅（Si) 低于（<)1.0 以及余量的铁（Fe)和熔融导致的杂质。
7. 根据权利要求6所述的工具，其特征在于， 对焊接材料（9)进行上部焊接从而形成切削刃（10)。
8. 根据权利要求6或7所述的工具，其特征在于， 对焊接材料（9)进行上部焊接，以使基体（2)起拱。
9. 根据权利要求6至8中任一项所述的工具，其特征在于， 以多个积层对焊接材料（9)进行上部焊接。
【文档编号】B23K35/24GK104289823SQ201410336012
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2013年7月15日
【发明者】托尔斯滕·黑尔费尔德, 雷蒙德·尤金·普夫利奇, 安吉洛·平图斯, 弗兰克·施赖伯, 阿尔方斯·费舍尔 申请人:福特全球技术公司