CN102114596B - 一种大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法，其特征在于依次经选材、设计、部件加工、组焊和热处理工序而制得大型锻件的组焊剪切刀具，该组焊剪切刀具的刃口部位(1)采用耐高温抗蠕变性能好的高速工具钢材料和支撑基体(2)采用普通耐热合金钢材料，经形状和尺寸设计以及铣削机械加工后采用高能电子束焊接，再经高温回火热处理制得成品。本发明制得的组焊剪切刀具不仅使其刃口的抗高温磨损性能好、抗高温塑性变形能力强，对大型锻件剪切质量高；而且制造材料省、制造成本低、使用寿命长；同时还可满足刃口长期使用后磨损的修复和性能恢复；以替代传统单一材料制造的大型锻件剪切刀具。
Description
技术领域
本发明涉及一种锻件刀具的制造方法，特别是一种大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法。
背景技术
现有的大型锻件剪切刀具一般都采用耐热合金钢等单一材料锻造而成。由这种单一材料锻造的大型锻件剪切刀具，在高温锻件剪断过程受到高温磨损、高温塑性变形，剪切刀刃易于变厚、变钝、甚至卷边，导致剪切刃口剪切质量变差，锻件需要去除的材料浪费增大。采用整体高速工具钢锻造剪切刀具，其材料的利用率非常低、成本极高，无法进入实用阶段；采用机械连接高速工具钢和耐热合金钢的方法，需要配置较大尺寸的高速工具钢和复杂的连接机构，且高速工具钢利用率很低，成本很高，特别作为大型锻件剪切刀具其连接可靠性非常差，无法实际应用；采用电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊等常规弧焊方法焊接高速工具钢和耐热合金钢，焊缝强度低、焊接热影响区大、焊接变形很大，且容易产生焊接裂纹，焊缝整体质量不能满足剪切刀具要求，无法实际应用；若采用高能激光束焊接高速工具钢和耐热合金钢，仅仅用于焊接板厚小于10mm的薄板结构，而且锻件剪切刀具的厚度δ一般大于10mm，高能激光束不能适应该类刀具的焊接要求；扩散焊接方法可以用于高速工具钢和耐热合金钢的连接，但是扩散焊接的焊接时间超长、焊接效率非常低，不利于大批量生产低成本应用的刀具产品，市场用户不能接受。如何克服现有技术存在的不足，已成为当今锻件刀具领域中亟待解决的重大难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足而提供一种大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法，以提高剪切刀具刃口的抗高温磨损性能、抗高温塑性变形的能力，提高大型锻件剪切质量，降低制造成本，延长剪切刀具的使用寿命等。
根据本发明提出的一种大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法，其特征在于依次经选材、设计、部件加工、组焊和热处理工序而制得大型锻件的组焊剪切刀具，其中：
选材是对组焊剪切刀具刃口部位采用耐高温抗蠕变性能好的高速工具钢材料，组焊剪切刀具支撑基体采用普通耐热合金钢材料；
设计是根据大型锻件剪切的最大直径300～1000mm、大型锻件剪切时温度在750～1050℃℃范围，以及剪切的设计寿命大于等于180个正常工作日的要求，确定大型锻件的组焊剪切刀具的形状和尺寸为：厚度δ30～100mm、宽度800～1800mm和高度550～1500mm；
部件加工是根据上述设计要求，对组焊剪切刀具刃口部位和组焊剪切刀具支撑基体分别进行铣削机械加工；
组焊是对完成上述机械加工的刃口部位和支撑基体的待焊部位装配定位，采用具有穿透组焊剪切刀具厚度δ的深熔焊能力的中压或高压的高能电子束焊机所发生的高能电子束实施焊接，制得刃口部位和支撑基体完全一次穿透连接的高能电子束组合焊缝，或者对完成高能电子束焊接的剪切刀具的组合焊缝区域进行无损检测，对组合焊缝检测不合格的重新进行高能电子束焊接的修复，直至组合焊缝合格；
热处理是利用540～600℃高温回火方式，对完成上述高能电子束组焊的双金属高温剪切刀具进行降低组合焊缝的残余应力处理。
本发明的原理是：本发明利用高能电子束深熔焊具有一次最大焊透可达250mm厚度钢的特殊优势，而大型锻件剪切刀具一般厚度δ30～100mm，采用其它弧焊方法都不能一次焊透，若采用其它弧焊方法多次重复填充金属焊接且多次焊接同一部位，将使得焊接热影响区很大、残余应力很高致使变形很大，焊缝及其高速工具钢的性能变差，由于填充金属只能采用强度级别低于高速工具钢和耐热合金钢的材料，所以弧焊方法的填充金属一般都降低了焊缝的强度，实际应用不可行；高能电子束深熔焊一次穿透焊接，焊缝不需要填充其它金属，其高能束流特性保障了焊缝的热影响区很小、残余应力和变形都很小，焊缝晶粒细小，焊缝焊接质量优势很大，保持了高速工具钢材料本身特性。本发明的组合剪切刀具的刀刃采用高温强度和韧性较好的高速钢材料，以提高剪切刀具刃口的抗高温磨损、抗高温塑性变形的能力，提高大型锻件剪切质量，减少锻件剪切后需要去除材料的浪费，提高刀具的可修复性，增加剪切刀刃的使用寿命等；组合剪切刀具基体部分采用常规剪切刀具材料耐热合金钢，可以大大降低制造成本；在高温强度和韧性较好的高速钢材料和常规剪切刀具材料耐热合金钢之间采用高能电子束流焊接，可避免高温锻件在剪断过程中受到高温磨损、高温塑性变形，以及剪切刀刃易于变厚、变钝、甚至卷边，导致剪切刃口剪切质量变差，材料浪费增大的情况发生。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：第一，制得的大型锻件剪切刀具使其刃口的抗高温磨损性能好、抗高温塑性变形能力强，对大型锻件剪切质量高；第二，节省了优质高速工具钢材料、降低了制造成本、延长了使用寿命；第三，可修复性好。当剪切刀具刃口磨损到一定程度，通过铣削原焊缝还可以采用相同的制造方法对其剪切刀具刃口进行修复，恢复其原有性能。本发明制得的大型锻件剪切刀具完全能够替代传统单一材料制造的大型锻件剪切刀具。
附图说明
图1是本发明一种大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法的流程示意图。
图2是本发明带无损检测工序的一种大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法的流程示意图。
图3是本发明带装配工序的一种大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法的流程示意图。
图4是本发明带无损检测和装配工序的一种大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法的流程示意图。
图5是本发明大型锻件的一字形刃口的组焊剪切刀具的结构示意图。
图6是本发明大型锻件的圆弧形刃口的组焊剪切刀具的结构示意图。
图7是本发明大型锻件的弧锥形刃口的组焊剪切刀具的结构示意图。
图8是本发明大型锻件的带刀具座的圆弧形刃口的组焊剪切刀具的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1。结合图1，本发明提出的大型锻件的组焊剪切刀具的具体实施方式是，组焊剪切刀具由二种不同材料焊接组成，其中，组焊剪切刀具刃口部位(1)采用耐高温抗蠕变性能好的高速工具钢材料，组焊剪切刀具支撑基体(2)采用普通耐热合金钢材料，刃口部位(1)和支撑基体(2)之间经铣削机械加工，后采用高能电子束焊接，再经热处理制得成品。结合图5，现以制得厚度δ30mm的大型锻件的一字形刃口(1-1)的组焊剪切刀具为例，具体步骤为：
步骤1，选材。如图5所示，一字形刃口(1-1)的组焊剪切刀具刃口部位(1)采用耐高温抗蠕变性能好的厚度δ30mm的W6Mo5Cr4V2高速工具钢，一字形刃口(1-1)的组焊剪切刀具支撑基体(2)采用厚度δ30mm的5CrNiMo耐热合金钢；
步骤2，设计。根据大型锻件剪切的最大直径300mm、大型锻件剪切时温度在750～1050℃范围，以及组焊剪切刀具的设计寿命大于等于180个正常工作日的要求，设计该大型锻件的组焊剪切刀具的厚度δ30mm、宽度800mm和高度550mm；
步骤3，部件加工。根据上述设计的该大型锻件的组焊剪切刀具的形状和尺寸，对一字形刃口(1-1)的组焊刃口部位(1)和一字形刃口(1-1)的组焊剪切刀具支撑基体(2)待焊接部位分别进行铣削机械加工，满足焊缝(3)对接要求；
步骤4，组焊。如图1所示，对完成机械加工后的刃口部位(1)和支撑基体(2)的待焊部位装配定位，采用具有穿透组焊剪切刀具厚度δ的深熔焊能力的中压或高压的高能电子束实施焊接，制得厚度δ30mm的刃口部位(1)和支撑基体(2)完全一次穿透连接的高能电子束组合焊缝(3)，或者如图2所示，对完成高能电子束焊接的组焊剪切刀具的焊缝(3)进行无损检测，对组合焊缝(3)不合格的进行高能电子束焊接的修复，直至组合焊缝(3)合格；
步骤5，热处理。利用540～600℃高温回火方式，对完成上述高能电子束组焊的双金属高温剪切刀具进行降低组合焊缝(3)的残余应力处理。
实施例2。结合图1，本发明提出的大型锻件的组焊剪切刀具的具体实施方式是，组焊剪切刀具由二种不同材料焊接组成，其中，组焊剪切刀具刃口部位(1)采用耐高温抗蠕变性能好的高速工具钢材料，组焊剪切刀具支撑基体(2)采用普通耐热合金钢材料，刃口部位(1)和支撑基体(2)之间经铣削机械加工，后采用高能电子束焊接，再经热处理制得成品。结合图6，现以制得厚度δ100mm的大型锻件的圆弧形刃口(1-2)的组焊剪切刀具为例，具体步骤为：
步骤1，选材。如图6所示，圆弧形刃口(1-2)的组焊剪切刀具刃口部位(1)采用耐高温抗蠕变性能好的厚度δ100mm的W6Mo5Cr4V2高速工具钢，圆弧形刃口(1-2)的组焊剪切刀具支撑基体(2)采用厚度δ100mm的4Cr5MoSiV耐热合金钢；
步骤2，设计。根据大型锻件剪切的最大直径1000mm、大型锻件剪切时温度在750～1050℃范围，以及组焊剪切刀具的设计寿命大于等于180个正常工作日的要求，设计该大型锻件的组焊剪切刀具的厚度δ100mm、宽度1800mm和高度1500mm；
步骤3，部件加工。根据上述设计的该大型锻件的组焊剪切刀具的形状和尺寸，对圆弧形刃口(1-2)的组焊剪切刀具刃口部位(1)和圆弧形刃口(1-2)的组焊剪切刀具支撑基体(2)待焊接部位分别进行铣削机械加工，满足焊缝对接要求；
步骤4，组焊。如图1所示，对完成上述机械加工后的刃口部位(1)和支撑基体(2)的待焊部位装配定位，采用具有穿透组焊剪切刀具厚度δ的深熔焊能力的中压或高压的高能电子束实施焊接，制得厚度δ100mm的刃口部位(1)和支撑基体(2)完全一次穿透连接的高能电子束组合焊缝(3)，或者如图2所示，对完成高能电子束焊接的组焊剪切刀具的焊缝(3)进行无损检测，对组合焊缝(3)不合格的进行高能电子束焊接的修复，直至组合焊缝(3)合格；
步骤5，热处理。利用540～600℃高温回火方式，对完成上述高能电子束组焊的双金属高温剪切刀具进行降低组合焊缝(3)的残余应力处理。
实施例3。结合图1，本发明提出的大型锻件的组焊剪切刀具的具体实施方式是，组焊剪切刀具由二种不同材料焊接组成，其中，组焊剪切刀具刃口部位(1)采用耐高温抗蠕变性能好的高速工具钢材料，组焊剪切刀具支撑基体(2)采用普通耐热合金钢材料，刃口部位(1)和支撑基体(2)之间经铣削机械加工，后采用高能电子束焊接，再经热处理制得成品。结合图7，现以制得厚度δ80mm的大型锻件的弧锥形刃口(1-3)的组焊剪切刀具为例，具体步骤为：
步骤1，选材。如图7所示，弧锥形刃口(1-3)的组焊剪切刀具刃口部位(1)采用耐高温抗蠕变性能好的厚度δ80mm的W6Mo5Cr4V2高速工具钢，弧锥形刃口(1-3)的组焊剪切刀具支撑基体(2)采用厚度δ80mm的4Cr5MoSiV耐热合金钢；
步骤2，设计。根据大型锻件剪切的最大直径800mm、大型锻件剪切时温度在750～1050℃范围，以及组焊剪切刀具的设计寿命大于等于180个正常工作日的要求，设计该大型锻件的组焊剪切刀具的厚度δ80mm、宽度1500mm和高度1100mm；
步骤3，部件加工。根据上述设计的该大型锻件的组焊剪切刀具的形状和尺寸，对弧锥形刃口(1-3)的组焊剪切刀具刃口部位(1)和弧锥形刃口(1-3)的组焊剪切刀具支撑基体(2)待焊接部位分别进行铣削机械加工，满足焊缝对接要求；
步骤4，组焊。如图1所示，对完成上述机械加工后的刃口部位(1)和支撑基体(2)的待焊部位装配定位，采用具有穿透组焊剪切刀具厚度δ的深熔焊能力的中压或高压的高能电子束实施焊接，制得厚度δ80mm的刃口部位(1)和支撑基体(2)完全一次穿透连接的高能电子束组合焊缝(3)，或者如图2所示，对完成高能电子束焊接的组焊剪切刀具的焊缝(3)进行无损检测，对组合焊缝(3)不合格的进行高能电子束焊接的修复，直至组合焊缝(3)合格；
步骤5，热处理。利用540～600℃高温回火方式，对完成上述高能电子束组焊的双金属高温剪切刀具进行降低组合焊缝(3)的残余应力处理。
实施例4。结合图3，本发明提出的大型锻件的组焊剪切刀具的具体实施方式是，组焊剪切刀具由二种不同材料焊接组成，其中，组焊剪切刀具刃口部位(1)采用耐高温抗蠕变性能好的高速工具钢材料，组焊剪切刀具支撑基体(2)采用普通耐热合金钢材料，刃口部位(1)和支撑基体(2)之间经铣削机械加工，后采用高能电子束焊接，再经热处理制得成品并在刀具座(4)上完成装配，或者结合图4将经热处理制得成品通过无损检测后并在刀具座(4)上完成装配。结合图8，现以制得厚度δ100mm的大型锻件的带刀具座的圆弧形刃口(1-2)的组焊剪切刀具为例，具体步骤为：
步骤1，选材。如图8所示，圆弧形刃口(1-2)的组焊剪切刀具刃口部位(1)采用耐高温抗蠕变性能好的厚度δ100mm的W18Cr4V高速工具钢，圆弧形刃口(1-2)的组焊剪切刀具支撑基体(2)采用厚度δ100mm的6CrW2Si耐热合金钢；
步骤2，设计。根据大型锻件剪切的最大直径1000mm、大型锻件剪切时温度在750～1050℃范围，以及组焊剪切刀具的设计寿命大于等于180个正常工作日的要求，设计该大型锻件的组焊剪切刀具的厚度δ100mm、宽度1800mm和高度1500mm；
步骤3，部件加工。根据上述设计的该大型锻件的组焊剪切刀具的形状和尺寸，对圆弧形刃口(1-2)的组焊剪切刀具刃口部位(1)和圆弧形刃口(1-2)的组焊剪切刀具支撑基体(2)待焊接部位分别进行铣削机械加工，满足焊缝对接要求；
步骤4，组焊。如图3所示，对完成上述机械加工后的刃口部位(1)和支撑基体(2)的待焊部位装配定位，采用具有穿透组焊剪切刀具厚度δ的深熔焊能力的中压或高压的高能电子束实施焊接，制得厚度δ100mm的刃口部位(1)和支撑基体(2)完全一次穿透连接的高能电子束组合焊缝(3)，或者如图4所示，对完成高能电子束焊接的组焊剪切刀具的焊缝(3)进行无损检测，对组合焊缝(3)不合格的进行高能电子束焊接的修复，直至组合焊缝(3)合格；
步骤5，热处理。利用540～600℃高温回火方式，对完成上述高能电子束组焊的双金属高温剪切刀具进行降低组合焊缝(3)的残余应力处理；
步骤6，装配。如图8所示，根据大型锻件剪切使用要求，经热处理后的组焊剪切刀具安装在刀具座(4)上，采用楔块(5)紧固定位，螺杆(6)将剪切刀具紧固安装，完成装配。
本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。
Claims (5)
1.一种大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法，其特征在于依次经选材、设计、部件加工、组焊和热处理工序而制得大型锻件的组焊剪切刀具，其中：
选材是对组焊剪切刀具刃口部位(1)采用耐高温抗蠕变性能好的高速工具钢材料，组焊剪切刀具支撑基体(2)采用普通耐热合金钢材料；
设计是根据大型锻件剪切的最大直径300～1000mm、大型锻件剪切时温度在750～1050℃范围，以及剪切的设计寿命大于等于180个正常工作日的要求，确定大型锻件的组焊剪切刀具的形状和尺寸为：厚度δ30～100mm、宽度800～1800mm和高度550～1500mm；
部件加工是根据上述设计要求，对组焊剪切刀具刃口部位(1)和组焊剪切刀具支撑基体(2)分别进行铣削机械加工；
组焊是对完成上述机械加工的刃口部位(1)和支撑基体(2)的待焊部位装配定位，采用具有穿透组焊剪切刀具厚度δ的深熔焊能力的中压或高压的高能电子束实施焊接，制得刃口部位(1)和支撑基体(2)完全一次穿透连接的高能电子束组合焊缝(3)；
热处理是利用540～600℃高温回火方式，对高能电子束组焊的双金属高温剪切刀具进行降低组合焊缝(3)的残余应力处理。
2.根据权利要求1所述的大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法，其特征在于剪切刀具刃口部位(1)的刃口为一字形(1-1)、圆弧形(1-2)或弧锥形(1-3)。
3.根据权利要求1或2所述的大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法，其特征在于组焊是对完成高能电子束焊接的剪切刀具的组合焊缝(3)区域进行无损检测，对组合焊缝(3)检测不合格的重新进行高能电子束焊接的修复，直至组合焊缝(3)合格。
4.根据权利要求1或2所述的大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法，其特征在于经热处理后的大型锻件的组焊剪切刀具，根据其剪切使用要求，安装在刀具座(4)上，采用楔块(5)紧固定位，螺杆(6)将剪切刀具紧固安装，完成装配。
5.根据权利要求3所述的大型锻件的组焊剪切刀具的制造方法，其特征在于经热处理后的大型锻件的组焊剪切刀具，根据其剪切使用要求，安装在刀具座(4)上，采用楔块(5)紧固定位，螺杆(6)将剪切刀具紧固安装，完成装配。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 213376 No. 8, Zhongguancun Avenue, Liyang, Jiangsu Patentee after: Jiangsu Jinyuan High-end Equipment Co., Ltd. Address before: 213376 No. 868 Ling Ling West Road, Jiangsu, Liyang Patentee before: Jiangsu Jinyuan Forging Co., Ltd. |