EP0327530A2 - Cutting rule for working sheet material - Google Patents

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EP0327530A2 EP89890027A EP89890027A EP0327530A2 EP 0327530 A2 EP0327530 A2 EP 0327530A2 EP 89890027 A EP89890027 A EP 89890027A EP 89890027 A EP89890027 A EP 89890027A EP 0327530 A2 EP0327530 A2 EP 0327530A2
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Abstract

Cutting rule for working sheet materials, consisting of a ribbon-shaped support part having a cutting edge and a coating, a one- or multi-layered coat of hard material being applied to the surface in the cutting-edge region of a cutting rule composed of low alloy, non-stainless steel.

Description

Die Erfindung betrifft Linien-Schneidmesser für die Be­arbeitung von flächigen Materialien, insbesondere für den Einsatz in der papier-, leder-, kunststoff- und derglei­chen- verarbeitenden Industrie, bestehend aus einem band­förmigen Trägermaterial mit einem längsseitig, vorzugs­weise durch mechanische Bearbeitung, erstellten Schneid­kantenbereich bzw. mit einer ein- oder beidseitig entlang des Bandes verlaufenden Schneidkante und einer Beschich­tung.The invention relates to line cutting knives for processing flat materials, in particular for use in the paper, leather, plastic and the like processing industry, consisting of a band-shaped carrier material with a longitudinally, preferably by mechanical processing, created cutting edge area or with a cutting edge running on one or both sides along the belt and a coating.

Linien-Schneidmesser dienen beispielsweise zur Erzeugung von Faltschachteln bzw. Faltschachtelrohlingen, zum Aus­stanzen von klebstoffbeschichteten Papieretiketten, wel­che auf Abziehfolien haften, zur Erstellung von gleich­geformten Massenteilen in der Lederindustrie, zum Aus­schneiden von ein- und mehrlagigen sowie verschweißten Teilen aus Kunststoffolien und dergleichen.Line cutting knives are used, for example, for the production of folding boxes or folding box blanks, for punching out adhesive-coated paper labels that adhere to peel-off foils, for creating uniformly shaped mass parts in the leather industry, for cutting out single and multi-layer and welded parts from plastic films and the like.

Die Dicke der Linien-Schneidmesser, die eine Härte von 40 bis 48 HRc aufweisen sollen, beträgt meist zwischen 0,5 und 2 mm, wobei eine hohe Elastizität des Werkstoffes gefordert ist, sodaß durch Biegen des Messerbandes beim Einbringen in eine Halterung auch Schnittmuster mit ge­ringen Radien gebildet werden können.The thickness of the line cutting knives, which should have a hardness of 40 to 48 HRc, is usually between 0.5 and 2 mm, whereby a high degree of elasticity of the material is required, so that when the knife band is bent into a holder, cutting patterns are also included small radii can be formed.

Linien-Schneidmesser sind Werkzeuge, die beim Einsatz hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden, wo­bei auch ein Verschleiß durch Abrieb und chemische Korro­sion die Haltbarkeit bzw. Standzeit begrenzt. Auch der bei den Schneidvorgängen durch Oberflächenreibung vom Schneidgut abfallende Staubanteil ist in vielen Fällen unerwünscht.Line cutting knives are tools that are exposed to high mechanical stresses during use, whereby wear due to abrasion and chemical corrosion also limits their durability or service life. Also in the cutting processes due to surface friction from Dust that falls off the material to be cut is undesirable in many cases.

Es sind viele Versuche bekannt geworden, Linien-Schneid­messer mit verbesserten Gebrauchseigenschaften herzu­stellen, insbesondere die Härte der Messerschneide zu erhöhen. Höhere Materialhärten verringern zwar den me­chanischen Verschleiß im praktischen Betrieb, insbeson­dere beim Schneiden und Stanzen von Recyclingpapier mit hohem Füllstoffanteil, es sind jedoch dadurch nur Linien mit großen Kantenradien herstellbar, wobei schon bei der Montage oder bei geringen Betriebszeiten Messerbrüche auftreten können. Auch die Korrosionsneigung, der Schnittstaubanfall und die Haftneigung der Messer gegen­über Klebstoffen werden durch eine höhere Härte praktisch nicht beeinflußt. Es sind Linien-Schneidmesser bekannt, bei welchen nur der Schneidkantenbereich induktiv oder mittels Plasmaverfahrens und dergleichen gehärtet ist. Auch wurde versucht, die Gebrauchseigenschaften der Mes­ser durch Auftragen von reibungswiderstandvermindernden Stoffen zu verbessern. Weiters sind korrosionsbeständige, insbesondere aus hoch chromlegierten Stählen gefertigte Linien-Schneidmesser bekanntgeworden, wobei das gesamte Messer oder nur die Schneidkantenbereiche gehärtet sind. Messer mit einer galvanischen Beschichtung,z.B. aus Hart­chrom,zur Verhinderung von Korrosionsangriff sind eben­falls bekannt.Many attempts have become known to produce line cutting knives with improved performance properties, in particular to increase the hardness of the knife edge. Although higher material hardnesses reduce mechanical wear in practical operation, especially when cutting and punching recycled paper with a high filler content, this means that only lines with large edge radii can be produced, whereby knife breaks can occur during assembly or during short operating times. The tendency to corrode, the amount of cut dust and the tendency of the knives to stick to adhesives are practically not influenced by a higher hardness. Line cutting knives are known in which only the cutting edge area is hardened inductively or by means of a plasma process and the like. Attempts have also been made to improve the useful properties of the knives by applying substances that reduce friction. Furthermore, corrosion-resistant line cutting knives, in particular made of high-chromium alloyed steels, have become known, the entire knife or only the cutting edge regions being hardened. Knives with a galvanic coating, e.g. hard chrome, to prevent corrosion attack are also known.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit den bekannten Linien-­Schneidmessern und Messerausführungen nicht immer eine Erhöhung der Standzeit erreicht werden kann, weil zusätz­lich zur Forderung nach entsprechender Biegbarkeit eine Vielfachbeanspruchung, insbesondere der Schneidbereiche, durch mechanische Kräfte, durch Reibung und durch chemische Korrosion gegeben ist.However, it has been shown that the known line cutting knives and knife designs cannot always increase the service life because, in addition to the requirement for corresponding bendability, multiple stresses, particularly in the cutting areas, due to mechanical forces, friction and chemical corrosion.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Linien-Schneid­messer zu schaffen, welche bei einer entsprechenden Härte des Grundmaterials von mindestens 40 bis 48 HRc und bei guter Biegbarkeit zumindest im Schneidkantenbereich eine hohe Festigkeit gegen mechanischen Abrieb, eine geringe Haftneigung für Klebemittel und eine Korrosionsbeständig­keit gegen die bei der Verarbeitung auftretenden che­mischen Substanzen und somit eine höhere Standzeit auf­weisen, wobei gegebenenfalls der im praktischen Betrieb anfallende Papier- und Füllstoffstaub gering ist. Erfin­dungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf der Ober­fläche im Schneidkantenbereich eines aus niedriglegiertem rostenden Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, be­stehenden Linien-Schneidmessers eine ein- oder mehrlagige Hartstoffschicht aufgebracht ist, welche aus Nitrid und/­oder Karbid und/oder Oxid und/oder Karbonitrid und/oder Oxikarbonitrid der Elemente der Gruppen IVb, Vb, VIb des periodischen Systems oder aus Nitrid der Elemente Bor, Aluminium, und Silizium gebildet ist und gegebenenfalls unterschiedliche Zusammensetzung der Einzellagen auf­weist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Beschich­tung mittels PVD-Verfahrens aufgebracht ist und die Dicke der Hartstoffschicht 1 bis 10 µm, vorzugsweise 3 bis 5 µm, aufweist. Weiters bevorzugt ist, daß die Hartstoff­schicht aus Titankarbonitrid und/oder Titannitrid be­steht.The invention had for its object to provide line cutting knives which, with a corresponding hardness of the base material of at least 40 to 48 HRc and with good bendability, at least in the cutting edge area, high strength against mechanical abrasion, a low tendency for adhesives to adhere and corrosion resistance against the chemical substances occurring during processing and thus have a longer service life, the paper and filler dust accumulating in practical operation possibly being low. According to the invention, this is achieved in that a single-layer or multilayer hard material layer is applied to the surface in the cutting edge region of a line cutting knife consisting of low-alloy stainless steel, in particular carbon steel, which layer consists of nitride and / or carbide and / or oxide and / or carbonitride and / or oxicarbonitride of the elements of groups IVb, Vb, VIb of the periodic system or of nitride of the elements boron, aluminum, and silicon is formed and may have different compositions of the individual layers. It is particularly advantageous if the coating is applied by means of the PVD method and the thickness of the hard material layer is 1 to 10 μm, preferably 3 to 5 μm. It is further preferred that the hard material layer consists of titanium carbonitride and / or titanium nitride.

Dem Fachmann ist bekannt, daß spröde Hartstoffschichten, die insbesondere auf Werkzeuge, die sich äußerst gering plastisch verformen, wie Hartmetall oder Schnellstahl, aufgebracht werden, nur dann eine gute Haftung auf dem Substrat aufweisen können, wenn eine Oberflächendiffusion gegeben ist, so daß der Beschichtungsvorgang bei Tempera­turen zwischen 400 und 500°C in einer Zeit von ca. 30 bis 100 Minuten durchgeführt wird. Beschichtungen bei diesen Temperaturen bewirken jedoch bei niedriglegierten und Kohlenstoffstählen einen Anlaßeffekt, der schon ab ca. 150°C beginnt und mit steigender Temperatur zu Verände­rungen der Eigenschaften bzw. zu einer wesentlichen Er­niedrigung der Vergütungshärte des Materials führt. Die­ser Härteabfall wird beispielsweise im Lehrbuch "Handbuch der Sonderstahlkunde" v. Eduard Houdremont, 3. verbesser­te Auflage, 1956, 1. Band, auf den Seiten 179 - 187 aus­führlich beschrieben.It is known to the person skilled in the art that brittle hard material layers, particularly on tools that deform extremely little plastically, such as hard metal or high-speed steel, applied, can only have good adhesion to the substrate if there is surface diffusion, so that the coating process is carried out at temperatures between 400 and 500 ° C in a time of about 30 to 100 minutes. Coatings at these temperatures, however, cause a tempering effect in low-alloy and carbon steels, which starts at approx. 150 ° C and, with increasing temperature, leads to changes in the properties or to a substantial reduction in the hardness of the material. This drop in hardness is described, for example, in the textbook "Handbuch der Sonderstahlkunde". Eduard Houdremont, 3rd improved edition, 1956, 1st volume, described in detail on pages 179-187.

Beim Einsatz von hartstoffbeschichteten Linien-Schneid­messern trat ein vom Fachmann erwartetes Absplittern der spröden Hartstoffschicht von den Oberflächen des Schneid­bereiches beim Biegen und bei der elastischen Material­verformung durch die mechanischen Beanspruchungen beim Schnitt nicht ein. Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine im Schneidbereich aufgebrachte Hartstoffschicht eine wesentliche Steigerung der Standzeit des Linien-­Schneidmessers bewirkt, weil sich die Reibungskräfte zwi­schen Schneidgut und Messer und dadurch die mechanischen Beanspruchungen, insbesondere im Schneidkantenbereich, verringern, wobei gegebenenfalls der Papierstaub und der Füllstoffanfall deutlich kleiner werden. Weiters ist trotz geringfügiger Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit der Schneidflächen durch die Hartstoffbeschichtung nur eine äußert geringe Haftneigung für Klebstoffe gegeben. Völlig unerwartet wurde auch gefunden, daß schon eine Dicke der Hartstoffschicht von 1 µm eine wesentliche Ver­ ringerung des Korrosionsangriffes bewirkt und ab einer Schichtdicke von 3 µm ein Korrosionsschutz gegen che­mische Substanzen, die bei der Verarbeitung von kleb­stoffbeschichteten Kunststoff- und Ledermaterialien vor­liegen, gegeben ist, wodurch die Standzeit der Linien-­Schneidmesser bei der Verarbeitung derartiger Produkte sowie bei Einwirkung von Feuchtigkeit wesentlich ge­steigert wird.When using hard-coated line cutting knives, the brittle hard material layer expected from the expert did not chip off the surfaces of the cutting area during bending and during the elastic material deformation due to the mechanical stresses during cutting. Surprisingly, it was found that a hard material layer applied in the cutting area brings about a substantial increase in the service life of the line cutting knife, because the frictional forces between the material to be cut and the knife and thereby the mechanical stresses, in particular in the cutting edge area, are reduced, the paper dust and the amount of filler possibly being significantly less will. Furthermore, despite the slight increase in the surface roughness of the cutting surfaces due to the hard material coating, there is only an extremely low tendency for adhesives to adhere. Completely unexpectedly, it was also found that a thickness of the hard material layer of 1 µm was an essential ver reduces the corrosion attack and from a layer thickness of 3 microns there is corrosion protection against chemical substances that are present when processing adhesive-coated plastic and leather materials, whereby the service life of the line cutting knife when processing such products and when exposed to moisture is essential is increased.

Im folgenden werden anhand von Zeichnungen erfindungsge­mäße Linien-Schneidmesser näher beschrieben und deren Herstellung erklärt. Es zeigen: Fig. 1 bis Fig. 3 schematisch Querschnittsformen von Linien-Schneidmessern.Line cutting knives according to the invention are described in more detail below with reference to drawings and their manufacture is explained. 1 to 3 show schematic cross-sectional shapes of line cutting knives.

In Fig. 1 ist ein einseitig schneidendes Linien-Schneid­messer mit Anschliff beider Bandflächen dargestellt. Ein Schneidbereich 1 mit einer Schneidlinie 2 eines Bandes 3 ist keilartig ausgebildet, wobei die Keilflächen 4 und 4′ zu den parallelen Oberflächen des Bandes 3 geneigt sind. Auf den Keilflächen 4 und 4′ ist eine Hartstoffschicht angeordnet.In Fig. 1 a one-sided cutting line cutting knife is shown with grinding both band surfaces. A cutting area 1 with a cutting line 2 of a band 3 is wedge-like, the wedge surfaces 4 and 4 'being inclined to the parallel surfaces of the band 3. On the wedge surfaces 4 and 4 'a hard material layer is arranged.

Fig. 2 zeigt ein einseitig schneidendes Linien-Schneid­messer mit einseitiger Anfasung. Die Schneidlinie 2 liegt in einer der parallelen Oberflächen des Bandes 3 und bil­det mit dieser und der Keilfläche 4 einen als schiefen Keil ausgebildeten Schneidbereich 1. Auf der Keilfläche 4 befindet sich eine Hartstoffschicht, die Keilfläche 4′, welche den der Schneidlinie 2 zugewandten Teil der Ober­fläche des Bandes 3 darstellt, kann ebenfalls eine Hart­stoffschicht tragen.Fig. 2 shows a one-sided cutting line cutting knife with one-sided chamfer. The cutting line 2 lies in one of the parallel surfaces of the belt 3 and forms with this and the wedge surface 4 a cutting area designed as an oblique wedge 1. On the wedge surface 4 there is a hard material layer, the wedge surface 4 ', which the part of the cutting line 2 facing Represents surface of the band 3, can also wear a hard material layer.

In Fig. 3 ist ein beidseitig schneidendes Linien-Schneid­ messer dargestellt, wobei auf einem Band 3 zwei Schneid­bereiche 1 und 1′ in einer Ausführung, wie in Fig. 1 dar­gestellt, angeordnet sind.In Fig. 3 is a double-sided line cutting Knives shown, with two cutting areas 1 and 1 'in a version, as shown in Fig. 1, arranged on a band 3.

Ein erfindungsgemäßes Linien-Schneidmesser wird herge­stellt, indem ein Band aus einem niedriglegierten Stahl, beispielsweise einem Kohlenstoffstahl mit einer Kohlen­stoffkonzentration von 0,4 bis 0,8 Gew.-% Kohlenstoff, mittels Warm- und/oder Kaltwalzung auf eine erforderliche Dicke gebracht wird, wonach gegebenenfalls eine Wärmebe­handlung in einer bestimmten Atmosphäre zur Bandober­flächenbeeinflussung erfolgt. Am derart gefertigten Band wird ein Vergüten, bestehend aus mindestens einer Härtung und einer Anlaßbehandlung, vorgenommen, worauf durch eine vorzugsweise mechanische Bearbeitung eine oder zwei Schneidkanten sowie eine geforderte Enddimension einge­stellt werden. Auf die Bandoberfläche im Schneidkanten­bereich wird eine Hartstoffschicht aufgebracht, wobei vorzugsweise ein PVD-Verfahren Anwendung findet.A line cutting knife according to the invention is produced in that a strip made of a low-alloy steel, for example a carbon steel with a carbon concentration of 0.4 to 0.8% by weight carbon, is brought to a required thickness by hot and / or cold rolling, after which, if necessary, a heat treatment is carried out in a specific atmosphere to influence the strip surface. A tempering consisting of at least one hardening and an annealing treatment is carried out on the strip produced in this way, whereupon one or two cutting edges and a required final dimension are set by a preferably mechanical processing. A hard material layer is applied to the strip surface in the cutting edge area, preferably using a PVD process.

Die Haltbarkeit von handelsüblichen und erfindungsgemäßen Linien-Schneidmessern wurde vergleichend untersucht. Bei den erfindungsgemäßen Linien-Schneidmessern bestand der bandförmige Trägerteil aus dem Werkstoff C60 (Kohlen­stoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,6 Gew.-%). Auf vergütete Messerbänder mit einer Härte von 45 HRc erfolgte die Aufbringung von einlagigen und mehr­lagigen Hartstoffschichten aus Titankarbonitrid (Ti(C,N)) und/oder Titannitrid (TiN), wonach diese Linien-Schneid­messer parallel zu solchen, die den herkömmlichen Aufbau aufwiesen, in Schnellschneidern eingesetzt wurden. Bei der Ermittlung und Auswertung der Standzeitergebnisse wurden die Schneidzahlwerte herangezogen bzw. gegenüber­ gestellt. Es zeigte sich, daß mit den erfindungsgemäßen Linien-Schneidmessern bei der Bearbeitung von Neupapier eine Standzeiterhöhung von mindestens 65 % erreicht wird. Bei der Verarbeitung von Recyclingpapier und Karton mit hohem Füllstoffanteil konnten mindestens die 2,5-fachen Standzeiten erreicht werden, wobei der Staubanfall auf ca. 25 % reduziert war. Mindestens 5 mal höhere Stand­zeiten waren bei der Verarbeitung von Kunststoffolien und mit Klebstoff beschichteten Etiketten sowie bei hö­heren Wassergehalten der flächigen Materialien gegeben. Herkömmliche Linien-Schneidmesser wiesen schon nach kurzem Einsatz Korrosionsangriff auf, der sich auch bei Stillstand des Schnellschneiders und bei der Lagerung von ungesäuberten Linien-Schneidmessern verstärkte.The durability of commercially available line cutting knives according to the invention was compared. In the line cutting knives according to the invention, the band-shaped carrier part consisted of the material C60 (carbon steel with a carbon content of approximately 0.6% by weight). Single-layer and multi-layer hard material layers made of titanium carbonitride (Ti (C, N)) and / or titanium nitride (TiN) were applied to tempered knife tapes with a hardness of 45 HRc, after which these line cutting knives parallel to those which had the conventional structure, were used in high-speed cutters. The cutting number values were used or compared when determining and evaluating the tool life results posed. It was found that the line cutting knives according to the invention increase the service life of at least 65% when processing new paper. When processing recycled paper and cardboard with a high filler content, at least 2.5 times the service life could be achieved, whereby the amount of dust was reduced to approx. 25%. At least 5 times longer service lives were achieved with the processing of plastic films and labels coated with adhesive as well as with higher water contents of the flat materials. Conventional line cutting knives showed a corrosion attack after only a short use, which increased even when the high-speed cutter was at a standstill and when uncleaned line cutting knives were stored.

Schichten auf niedriglegierten bandförmigen Trägerteilen aus Nitrid, Karbid, Oxid, Karbonitrid und Oxikarbonitrid, sämtlicher Elemente der Gruppen IVb, Vb, VIb des perio­dischen Systems sowie aus Nitrid der Elemente Bor, Alu­minium und Silizium, führen zu ähnlichen Steigerungen der Standzeit von Linien Schneidmessern, wobei besondere Vor­teile durch eine entsprechende Abstimmung von der Schichtzusammensetzung und dem Werkstoff des flächigen Materials erreichbar sind.Layers on low-alloy band-shaped carrier parts made of nitride, carbide, oxide, carbonitride and oxycarbonitride, all elements of groups IVb, Vb, VIb of the periodic system and of nitride of the elements boron, aluminum and silicon lead to similar increases in the service life of line cutting knives, whereby Special advantages can be achieved by appropriate coordination of the layer composition and the material of the flat material.

Claims (4)

1. Linien-Schneidmesser für die Bearbeitung von flächigen Materialien, insbesondere für den Einsatz in der papier-, leder-, kunststoff- und dergleichen- verarbeitenden Industrie, bestehend aus einem bandförmigen Trägerteil mit einem längsseitig, vorzugsweise durch mechanische Be­arbeitung erstellten Schneidkantenbereich bzw. mit einer ein- oder beidseitig entlang des Bandes verlaufenden Schneidkante und einer Beschichtung, dadurch gekennzeich­net, daß auf der Oberfläche im Schneidkantenbereich eines aus niedriglegiertem rostenden Stahl, insbesondere aus Kohlenstoffstahl, bestehenden Linien-Schneidmessers ei­ne ein- oder mehrlagige Hartstoffschicht aufgebracht ist, welche aus Nitrid und/oder Karbid und/oder Oxid und/oder Karbonitrid und/oder Oxikarbonitrid der Elemente der Gruppen IVb, Vb, VIb des periodischen Systems oder aus Nitrid der Elemente Bor, Aluminium und Silizium gebildet ist und gegebenenfalls unterschiedliche Zusammensetzung der Einzellagen aufweist.1. Line cutting knife for processing flat materials, in particular for use in the paper, leather, plastic and the like processing industry, consisting of a band-shaped carrier part with a longitudinal edge, preferably created by mechanical processing or with a cutting edge running on one or both sides along the belt and a coating, characterized in that a single or multi-layer hard material layer is applied to the surface in the cutting edge area of a line cutting knife made of low-alloy stainless steel, in particular carbon steel, which layer is made of nitride and / or carbide and / or oxide and / or carbonitride and / or oxycarbonitride of the elements of groups IVb, Vb, VIb of the periodic system or of nitride of the elements boron, aluminum and silicon and optionally having different compositions of the individual layers. 2. Linien-Schneidmesser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Hartstoffschicht mittels PVD-Verfahrens aufgebracht ist.2. Line cutting knife according to claim 1, characterized in that the hard material layer is applied by means of the PVD method. 3. Linien-Schneidmesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht eine Dicke von 1 bis 10 µm, vorzugsweise eine solche von 3 bis 5 µm, aufweist.3. Line cutting knife according to claim 1 and 2, characterized in that the hard material layer has a thickness of 1 to 10 µm, preferably that of 3 to 5 µm. 4. Linien-Schneidmesser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht aus Titankarbo­nitrid und/oder Titannitrid (TiN) besteht.4. Line cutting knife according to claim 1 to 3, characterized in that the hard material layer consists of titanium carbonitride and / or titanium nitride (TiN).
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