Die Ergebnisse von Schneideigenschaftsprüfungen an Messern unter Berücksichtigung des Einflusses der geometrischen Form des Messers und des Einflusses der Karbidverteilung und -größe im Werkstoff

43 Pages·1964·2.409 MB·German

by  Direktor Dipl.-Ing. Hans Stüdemann, Dr.-Ing. Fritz Esselborn (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr.1352
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers
von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt
DK 672.71:620.2
Direktor Dipl.-Ing. Hans Stüdemann
Dr.-Ing. Fritz Esselborn
Forschungsinstitut an der Fachschule für Metal/gestaltung
und Metal/technik Solingen
Die Ergebnisse von Schneideigenschaftsprüfungen
an Messern unter Berücksichtigung des Einflusses
der geometrischen Form des Messers
und des Einflusses der Karbidverteilung
und -größe im Werkstoff
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Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
ISBN 978-3-663-06087-1 ISBN 978-3-663-07000-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-07000-9
Verlag._Nr. 011352
CI 1964 by Sprinwer Fachl11e<!ien Wies.badon
UrsprUn~lich erschic""n bei Westdeutsche, Verlag Koln und Opladon 1964
Inhalt
I. Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
11. Einleitung..................................................... 8
IH. Einflüsse der geometrischen Form. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10
1. Zusammenstellung der bisherigen Erkenntnisse. . . . . . . . . . . . . . . . .. 10
2. Einfluß von Keilwinkelgröße und Klingendicke . . . . . . . . . . . . . . . .. 11
a) Schwierigkeiten in der Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse an
Klingen, die aus der üblichen Fabrikation stammen, und an Klin
gen, die nachträglich noch beidseitig abgezogen wurden. . . . . . . . 11
b) Eigene Untersuchungen... . . .. . ..... . . ...... . . . . . ... . . .. ... 15
c) Versuche an einseitig abgezogenen Klingen... . . . ... . .... . .. .. 21
3. Die Schartigkeit der Schneide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24
4. Einflüsse auf die Schneideigenschaften durch Gratbildung an der
Schneide ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27
IV. Untersuchungen über die Wirkung der Karbide auf die Schneideigen
eigenschaften von Messern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30
V. Zusammenfassung und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37
VI. Literaturverzeichnis ............................................ 39
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I. Vorwort
Die vorliegende Arbeit schließt an Versuche an, die im Rahmen einer Forschungs
arbeit über die Einflüsse unterschiedlicher Herstellung von rostbeständigen Mes
sern auf deren Qualität für die Beurteilung der Schneideigenschaften durchgeführt
werden mußten. Diese Versuche führten zu einigen grundlegenden Erkenntnissen
über die Einflüsse der Formgestaltung der Klinge sowie über den Zustand der
Karbidverteilung und -größe auf die Schneideigenschaften. Sie sind in weiteren
Untersuchungen ergänzt und erweitert worden. Der derzeitige Stand der Unter
suchungen wird hier dargelegt. Wenn auch noch etliche Probleme bisher unge
klärt sind, konnten doch mit den bereits gewonnenen Erkenntnissen für weiter
führende Untersuchungen wichtige Hinweise gegeben werden. In Heft 1140
dieser Schriftenreihe wurde bereits in ähnlicher Weise über die Einflüsse der Prüf
bedingungen - gegeben durch die Prüfverfahren - auf die Schneideigenschaften
berichtet.
Mit einer Reihe von Problemen, die mit der oben erwähnten Forschungsarbeit
in Zusammenhang stehen, steht auch die Dr.-Ing.-Dissertation von F. ESSEL
BORN, die von der Fakultät für Bergbau und Hüttenwesen der Rheinisch-West
fälischen Technischen Hochschule Aachen genehmigt worden ist, in Verbindung.
Wir möchten auch an dieser Stelle vor allem Herrn Dr. phil. A. ROSE danken, der
die wissenschaftliche Betreuung dieser Dissertation übernommen hatte. In späteren
Heften dieser Schriftenreihe sollen die weiteren Ergebnisse des gesamten For
schungsvorhabens bekanntgemacht werden.
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II. Einleitung
Eine Beurteilung der Qualität von Messerklingen kann sich nicht allein auf die
Kennzeichnung von Härte- und Gefügezustand des Materials beschränken. Das
Verhalten einer Messerklinge bei einer zweckentsprechenden schneidenden Bean
spruchung wird zwar durch diese Materialeigenschaften deutlich mitbestimmt, ist
aber nicht ausschließlich von ihnen abhängig. Eine Reihe von Arbeiten über die
Qualität von Messerklingen und ihre Beeinflussung haben sich in Erkenntnis dieser
Tatsachen vorab der Schaffung geeigneter Prüfverfahren widmen müssen. Diese
Verfahren sind meist nur für die Versuche, wie sie in den betreffenden Arbeiten
vorgenommen wurden, eingesetzt worden. Bedauerlicherweise sind keine weite
ren umfangreichen Arbeiten an diesen Prüfgeräten bekanntgeworden, die dazu
verholfen haben, die sehr vielschichtigen Einflüsse auf das Schneidverhalten in
folgerichtiger, sinnvoller Weise Punkt für Punkt zu klären. So sind in einer Anzahl
dieser Arbeiten immer wieder die gleichen Einflußgrößen, wie zum Beispiel Härte
oder Keilwinkel, untersucht worden. Durch die Verschiedenheit der angewandten
Verfahren sind die Ergebnisse allenfalls in ihrer Tendenz, niemals aber absolut
miteinander vergleichbar. Viele andere Einflüsse sind demgegenüber unberück
sichtigt, ja vielleicht sogar unerkannt geblieben. Eine genaue Klärung aller
mangelnden Einflüsse ist jedoch unbedingte Voraussetzung für die Weiterent
wicklung eines Schneideigenschaftsprüfverfahrens. Das bedeutet, daß die bisher
vorgenommenen Untersuchungen, bei denen jeweils neue Verfahren entwickelt
wurden, nicht zu dem erhofften Ziel eines für die Praxis und das Labor einsetz
baren Prüfgerätes geführt haben. Daher erscheint es sinnvoll, mit den vorhandenen
Verfahren alle weiteren Einflüsse zu untersuchen und gegebenenfalls auf Grund
der gewonnenen Erkenntnisse in konsequenter Weise Schritt für Schritt die Prüf
bedingungen entsprechend abzuwandeln.
Im Rahmen von Untersuchungen über den Einfluß der Formgebung und Wärme
behandlung auf die Eigenschaften von Messerklingen müßten zwangsläufig auch
die Ergebnisse von Schneideigenschaftsprüfungen herangezogen werden. Bei der
Durchführung dieser Prüfungen konnte eine Reihe von Einflüssen beobachtet
werden, von denen einige schon in früheren Arbeiten erwähnt waren und zum
Teil auch näher untersucht wurden. Es handelt sich dabei meist um Einflüsse, die
in der betrieblichen Fertigung nicht konstant gehalten werden, zum Teil auch gar
nicht konstant gehalten werden können (z. B. Härte, Keilwinkel, Klingendicke
u. a.). Es war deshalb von Interesse, die Größenordnung derartiger Einflüsse mit
aufzuzeigen, um vor allem der Praxis Anhaltspunkte dafür zu geben, welche der
vielfältigen Einflüsse in erster Linie die Schneideigenschaften nachhaltig ver
ändern und dementsprechend nach Möglichkeit im Rahmen der Fertigung mit
besonderer Aufmerksamkeit zu beachten sind. Zwar konnte in vielen prinzipiellen
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Aussagen auf die Ergebnisse früherer Arbeiten zurückgegriffen werden. Es muß
ten jedoch auch eigene Versuche durchgeführt werden, damit einmal die Ergeb
nisse mit den zur Klärung des Verformungseinflusses durchgeführten Unter
suchungen vergleichbar werden und damit zum anderen über die aus früheren
Arbeiten vorliegenden Untersuchungsergebnisse hinaus weitere Einflußgrößen
mit berücksichtigt werden konnten. Wenn auch diese Untersuchungen bisher nur
soweit durchgeführt wurden, als es zu einer prinzipiellen Klärung der Zusammen
hänge notwendig und zu einer größenordnungsmäßigen Einstufung dieser Ein
flußfaktoren erforderlich war, erscheint es doch sinnvoll, bereits über diesen Stand
der Untersuchungen zusammenfassend zu berichten.
Besonderes Augenmerk wurde bei den Versuchen vor allem auf die Anzeige
empfindlichkeit und Genauigkeit der Schneidenprüfungen gelegt. Diese Frage ist
in allen früheren Arbeiten bisher unberücksichtigt geblieben, erscheint aber im
Hinblick auf eine sinnvolle Weiterentwicklung derartiger Prüfverfahren als be
sonders vorrangig. Im vorliegenden Bericht sind die vom Prüfling (Messer) her
rührenden Einflüsse (geometrische Formen, Materialzustand) berücksichtigt wor
den. Die Einflüsse von seiten des Prüfverfahrens selbst (z. B. Schnittkraft, Schnitt
geschwindigkeit und anderes) sind in einem anderen Bericht zusammengestellt
worden [1].
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IIr.
Einflüsse der geometrischen Form
1. Zusammenstellung der bisherigen Erkenntnisse
Die Gestaltung der geometrischen Form, besonders des Querschnittes eines Mes
sers, bietet weitreichende Möglichkeiten zur Beeinflussung der Schneideigen
schaften. Hierzu zählen insbesondere der Winkel an der Schneide, Keilwinkel
genannt, wie auch die Klingendicke. Darüber hinaus sind durch die Schartigkeit
der Schneide wie auch durch eine an ihr auftretende Gratbildung weitere Beein
flussungsmöglichkeiten gegeben. So nimmt es nicht wunder, daß in früheren
Arbeiten über Fragen der Schneideigenschaften versucht wird, diese Einfluß
größen zu erfassen und sie in der Auswirkung auf die Schneideigenschaften zu
kennzeichnen. Bereits HONDA und T AKAHASI [2] weisen darauf hin, daß mit
stumpferen Keilwinkeln die Schneidfähigkeit verschlechtert wird. Prinzipiell
gleiche Ergebnisse werden auch in den Arbeiten von KNAPP [3] und KOLBERG [4]
wiedergegeben. Die Ergebnisse sind allerdings untereinander nicht vergleichbar,
da die von den Verfassern zugrunde gelegten Prüfbedingungen verschieden
waren. Weitere Versuche in diesen Arbeiten befaßten sich mit dem Einfluß der
Klingendicke, wobei übereinstimmend festgestellt wurde, daß mit zunehmender
Klingendicke eine Verschlechterung der Schneideigenschaften vorlag. Erst in der
Arbeit von STÜDEMANN und MÜCHLER [5] werden auch die durch die Schartigkeit
und die Gratbildung gegebenen Einflüsse näher untersucht. Dabei bleibt zu be
merken, daß diese Einflüsse besonders stark zu Beginn des Schneidens zur Aus
wirkung kommen und nach einer gewissen Abstumpfung kaum noch spürbar
sind. STÜDEMANN und MücHLER umgehen diese nur anfangs deutlich wirksamen
Einflüsse durch die Methode ihrer Prüfung, bei der bewußt eine sehr viel schärfere
Abstumpfung der Schneide vorgenommen wird, so daß die Anfangswerte gar
nicht so fein abgestuft aufgenommen werden, als daß die genannten Einflüsse
noch in stärkerem Maße zur Auswirkung kämen. Alles in allem mögen diese
kurzen Hinweise genügen, um zu zeigen, daß zwar die veränderlichen Bedin
gungen bekannt sind und auch zum Teil überprüft wurden, daß jedoch weiter
führende Folgerungen aus den Ergebnissen dieser Untersuchung bisher nicht
gezogen worden sind. Da insbesondere die Erzielung irgendwelcher absolut gül
tiger Versuchsergebnisse bisher noch nicht möglich war - dazu wird in einer
anderen Arbeit ausführlicher Stellung genommen [1] -, sind letztlich alle Unter
suchungen auf ein Vergleichen der Ergebnisse untereinander angewiesen. Hierbei
müssen zwangsläufig alle auftretenden Einflüsse soweit wie irgend möglich kon
stant gehalten werden, so daß nur eine Veränderung des zu untersuchenden Ein
flusses erfolgt. Dazu ist es aber erforderlich, daß alle möglichen Einflüsse aufge-
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deckt werden und daß sie in ihrem Ausmaß auf die Prüfergebnisse untersucht
werden. Nur so ist auch die Möglichkeit gegeben, die besten Maßnahmen zur
Beseitigung oder Fixierung solcher Einflüsse zu finden.
2. Einfluß von Keilwinkelgräße und Klingendicke
a) Schwierigkeiten in der Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse an Klingen, die aus
der üblichen Fabrikation stammen, und an Klingen, die nachträglich noch beid
seitig abgezogen wurden
Klingendicke und Keilwinkel sind zwei für die Schneideigenschaften sehr wesent
liche Faktoren. So ist es nicht verwunderlich, daß gerade diesen Einflußgrößen
bereits in früheren Arbeiten in besonderem Maße nachgegangen wird. Besonders
KOLBERG [4] befaßt sich eingehend mit dem Einfluß des Abzugswinkels auf die
Ergebnisse der Schneideigenschaftsprüfungen. Im nachfolgenden soll zunächst
aufgezeigt werden, wie sich von der Fabrikation her diese Einflüsse geltend ge
macht haben und wie in eigenen Versuchen einige für die Prüfverfahren wichtige
Erkenntnisse gewonnen wurden.
Bei den Untersuchungen über den Einfluß von Formgebung und Wärmebehand
lung wurden Messer aus gleichem Material in verschiedener Weise hergestellt und
anschließend unter gleichen Bedingungen gehärtet. Die Herstellung dieser Ver
suchsklingen wurde ganz bewußt rein fabrikatorisch durchgeführt. Auch der
Abzug der Klingenschneide erfolgte in der allgemein üblichen Weise. Eine große
Anzahl dieser Messer wurde mit dem Verfahren von STÜDEMANN und MÜCHLER
auf ihre Schneideigenschaften untersucht. Das Ergebnis war nicht auszuwerten, da
die Werte sehr stark streuten und dadurch sich auch kein Einfluß der verschiede
nen Formungsmethoden abzeichnete. Die Abb. 1 zeigt den Streubereich, in dem
die Ergebnisse liegen. Dargestellt ist der Anstieg der Schnittkraft in Abhängigkeit
von der Menge des durchschnittenen Materials (aufgetragen in Anzahl der Um-
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Abb.l Schneidprüfungen nach dem Verfahren von STÜDEMANN und MÜCIILER
Ergebnisse von Untersuchungen an Messern aus der Produktion mit unter
schiedlichen Schneidenwinkeln
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drehungen der Walze, die den Prüfwerkstoff kontinuierlich dem Messer zuführt).
Nach den Versuchen wurden die aus der Produktion stammenden Messer mittels
einer Vorrichtung mit einem fast gleichen Keilwinkel von ca. 300 abgezogen und
erneut geprüft. Die Ergebnisse, die in Abb. 2 wiedergegeben sind, zeigen ein ganz
anderes Bild als bei den vorangegangenen Versuchen. Es ist hier fast keine
Streuung mehr zu verzeichnen. Die Klingen weisen bei diesem Prüfverfahren also
fast gleiches Schneidverhalten auf.
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Walzenumdrehungen
Abb.2 Schneidprüfungen nach dem Verfahren von STÜDEMANN und MÜCIILER
Ergebnisse an Messern mit 30° Schncidenwinkel
Eigene Versuche zur Klärung dieses Umstandes sollten bewußt die Gegeben
heiten der Praxis berücksichtigen.
Aus diesem Grunde wurden von drei Schleifern verschiedener Firmen einige
Messer abgezogen. An diesen Messern wurden anschließend die Keilwinkel be
stimmt. In Tab. 1 sind die Ergebnisse dieser Messungen wiedergegeben.
Tab. 1 Winkel an der Schneide von Messern aus der Produktion
Messer Winkel Winkel Winkel Dicke Schleifer
1 2 3 [mm]
91° 1270 1520 0,17
2 87° 1270 154° 0,10
3 89° 1270 155° 0,10
4 89° 1260 1530 0,11 1
5 92° 126° 1530 0,24 1
6 94° 132° 1500 0,26
7 57° 1520 1580 0,14 2
8 57° 1510 159° 0,16 2
9 52° 1590 1590 0,17 2
10 54° 1520 161° 0,08 2
11 660 1460 1580 0,22 3
12 70° 1480 151 ° 0,10 3
13 68° 1460 153° 0,13 3
14 630 1490 1540 0,13 3
Die Skizze in Abb. 3 zeigt die Lage der aufgeführten Winkel.
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