CN102126120A - 一种挖边机上下刀片的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挖边机上下刀片的生产方法，属于机械剪切刀具制造技术领域。本发明的步骤为：首先对合金进行熔炼，使成分控制在（质量百分比%）：C:0.6-0.7,Cr:6.2-7.8,Mo:1.2-1.6,W:0.2-0.3,V:1.7-2.2,Si:0.5-1.8,Mn:≤0.4,P≤0.03,S≤0.03，余量为Fe；之后连铸、热处理；接着制造加工挖边机上刀片加工夹具，之后制造加工挖边机上刀片，最后制造加工挖边机下刀片。本发明的方法能提高挖边机刀片的工作使用寿命，使刀片的指标达到与国外相同的水平并缩短生产加工辅助时间，提高加工刀具的效率和加工精度的稳定性，便于实现刀片生产过程自动化。
Description
技术领域
本发明属于机械剪切刀具制造技术领域，特别是一种挖边机上下刀片的生产方法。
背景技术
金属剪切过程中，刀具的剪切部分直接完成剪切工作。刀具材料性能的优劣直接影响到刀具的质量、剪切加工生产率、刀具耐用性能、零件加工精度和表面质量等。刀具材料性能很大程度上取决于刀具材料的选择和刀具的加工工艺。在金属剪切过程中，剪切刀具不仅承受很大的冲击载荷还要经受很大的机械摩擦。因此，刀具材料必须具备良好的硬度、耐热性、耐磨性和足够的强度。
7Cr7Mo2V2Si 简称LD（LD-1），是一种冷作模具钢，强度韧性是一般冷作模具钢的两倍。该钢在保持较高韧性的情况下，其抗压强度、抗弯强度、耐磨性较好，是LD系列中应用最广的钢种，在现剪切技术领域中，用于高冲击载荷下要求强韧性的剪切刀具。但是7Cr7Mo2V2Si韧性、耐磨性和淬火不变形性一般，含V量较多，塑性一般，其可加工性较差。因此降低含碳量，以避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降；加入Si合金元素，以提高钢的回火稳定性和回火温度（550℃回火）这样有利于充分消除淬火应力，而又不致降低硬度；加入W元素形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。
申请号为200710132241.1的中国专利《夹石土耐磨抗冲击钻头》，公开了一种钻头，该钻头母体以7Cr7Mo2V2Si(LD)材料为基础，通过表面熔覆一层耐磨的STELLITE190钴基合金强化层，提高其耐磨性能，但其生产成本高，且韧性一般，不适合作为剪切刀具。专利申请号为200910116770.1的专利《一种合金材料、其生产方法以及用其制造的刀具》中，该发明所生产的材料中加入钨的含量达到0.4-0.6%，因为在W含量超过1%时韧性会大大下降，因此该发明所生产材料的韧性、瞬时和持久强度仍可以提高。
另外，利用现有技术生产扭曲面的剪切刀片时，往往通过锯切之后再磨削，通过普通夹具定位，造成加工精度低，同时也不便实现刀片生产过程自动化，生产效率低下。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种挖边机上下刀片的生产方法，提高了加工刀具的效率。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种挖边机上下刀片的生产方法，包括以下步骤：
步骤1、对合金进行冶炼，其化学成分为（质量百分比%）：C 0.6-0.7，Cr 6.2-7.8，Mo 1.2-1.6，W 0.2-0.3，V 1.7-2.2，Si 0.5-1.8，Mn ≤0.4，P ≤0.03，S ≤0.03，余量为Fe；
步骤2、连续铸钢，得到合金材料铸坯，并压制成坯件；
步骤3、对坯件进行热处理：首先将坯件放入箱式炉或盐浴炉中淬火，之后回火，坯件淬火后，在深冷冰箱中进行冷处理；
步骤4、对热处理后的坯件进行加工，制造出挖边机上刀片加工夹具；
步骤5、利用步骤4制造的挖边机上刀片加工夹具来制造挖边机上刀片；
步骤6、制造挖边机下刀片，所述下刀片由第一下刀片工件和第二下刀片工件通过结合面上中心定位销组合构成，结合面位于两片下刀片工件对称面上。
本发明原理为：本发明以本发明选材上以废钢材料为基础，对其中关键元素Mo（钼）的含量进行调整，同时添加关键元素W（钨），使合金成分比例更合理，韧性、耐磨性和加工性能得到很大的提高，再通过热处理工艺的改进，促进碳化物的形成，最大程度细化组织，同时改进生产剪切刀片夹具的设计，提高刀片的生产效率和使用寿命。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）提高了合金钢的韧性、耐磨性和加工性能；2）提高挖边机刀片的工作使用寿命，达到国外相同的水平；3）减少了贵金属铬的含量，使生产成本大大降低；4）通过夹具，缩短生产加工的辅助时间，提高原加工刀具的效率，提高了加工精度的稳定性，便于实现刀片生产过程自动化。
附图说明
图1为上刀片加工夹具结构示意图。
图2为上刀片俯视图。
图3为上刀片主视图。
图4 为上刀片A向主视图。
图5为上刀片 A向俯视图。
图6 为上刀片B-B剖面放大图。
图7为上刀片C-C剖面图。
图8为下刀片主视图。
图9为下刀片左视图。
图10为本发明的一种挖边机上下刀片的生产方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图10，本发明的一种挖边机上下刀片的生产方法，包括以下步骤：
步骤1、对合金进行冶炼，其化学成分为（质量百分比%）：C 0.6-0.7，Cr 6.2-7.8，Mo 1.2-1.6，W 0.2-0.3，V 1.7-2.2，Si 0.5-1.8，Mn ≤0.4，P ≤0.03，S ≤0.03，余量为Fe；
步骤2、连续铸钢，得到合金材料铸坯，并压制成坯件；
步骤3、对坯件进行热处理：首先将坯件放入箱式炉或盐浴炉中淬火，之后回火，坯件淬火后，在深冷冰箱中进行冷处理；对坯件进行热处理时，淬火的温度为1200℃，回火的温度为550℃，回火的次数为三次，在深冷冰箱中冷处理的温度为-60℃~-80℃，冷处理时间为2小时；
步骤4、对热处理后的坯件进行加工，制造出挖边机上刀片加工夹具；对热处理后的坯件进行加工时，具体为：首先对坯件进行锯切，获得圆盘状夹具；之后对圆盘状夹具进行车、铣、钻孔，获得第一定位孔1、轴孔2、工艺孔3、第二定位孔4；最后进行平磨、内磨、外磨处理；圆盘状夹具的直径为700mm；
步骤5、利用步骤4制造的挖边机上刀片加工夹具来制造挖边机上刀片；具体为：首先对热处理后的坯件进行锯切，获得弧形工件，并用挖边机上刀片加工夹具进行夹紧；之后车铣上刀片刃面5和外缘凹边6；接着进行钻孔，获得上刀片定位键槽9、上刀片工艺孔8和沉头螺栓定位孔7，所述定位孔等距排列；最后进行平磨、外磨处理。所述弧形工件的半径为371mm，上刀片其外缘半径371mm，内缘凹口半径369mm，上刀片定位键槽9长132mm、槽宽16mm、深20mm，上刀片工艺孔8直径8mm深18mm，沉头螺栓定位孔7上部直径34mm、底部直径23mm，上刀片的刃面表面粗糙度为0.8；
步骤6、制造挖边机下刀片，所述下刀片由第一下刀片工件10和第二下刀片工件11通过结合面上中心定位销组合构成，结合面15位于两片下刀片工件对称面上。加工时，对两个下刀片工件分别进行加工，首先利用钻刀加工下刀片工艺孔12、下刀片沉头螺栓定位孔13、下刀片定位销孔14，所述定位销孔与底座配铰；之后进行内磨、外磨处理。下刀片工艺孔12 直径8mm深18mm，下刀片沉头螺栓定位孔13 上部直径26mm、底部直径17mm，下刀片定位销孔14 直径16mm，下刀片的刃面、第一下刀片工件10和第二下刀片工件11结合面的表面粗糙度均为0.8。
更具体的说，针对现有技术中7Cr7Mo2V2Si作为冷作模具钢，其韧性、耐磨性和淬火不变形性一般，其可加工性较差，或者通过涂层提高7Cr7Mo2V2Si工作性能，生产成本增加，以及生产挖边机刀片效率低下且刀片寿命只为同类国际先进产品的1/5-1/10。本发明通过对刀具材料的改良和挖边机刀片工艺的改进，解决7Cr7Mo2V2Si韧性、耐磨性和加工性能较差的问题，并且提高了挖边机刀片的工作实用寿命和刀片生产效率。其步骤包括：
（1）冶炼、合金化；
在电炉中兑加废钢和铁水，加入造渣料进行造渣，去除原料中的S、P、O以及钢中气体（如H、N）及非金属夹杂物，调整出钢温度，达到符合出钢的温度要求。采用LF+VD精炼工艺装置，VD装置真空度一般保持在约10~100Pa的水平，将初炼钢液倒入钢包中，移到真空室内，通过吹Ar搅拌，钢液在真空条件下激烈沸腾，随着Ar气泡流，钢液被驱动而形成环流，使钢液中的气体随Ar气排出，夹杂物上浮，并进行脱硫，通过钢包中的精炼，钢中气体含量、硫含量等进一步降低，夹杂物的含量也进一步降低。通过LF精炼添加W（钨）合金，使钢水化学成分控制在（质量百分比%）：C 0.6-0.7，Cr 6.2-7.8，Mo 1.2-1.6，W 0.2-0.3，V 1.7-2.2，Si 0.5-1.8，Mn ≤0.4，P ≤0.03，S ≤0.03，余量为Fe。
（2）连铸，得到合金材料铸坯，并轧制成坯件；
将上述精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去，使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却后，切割成一定长度的板坯。板坯经轧制工艺制成坯件。
（3）热处理；
坯件采用箱式炉或盐浴炉在1200℃温度下进行淬火，550℃回火3次；坯件淬火后，在深冷冰箱-60℃~-80℃的条件下，进行2小时的冷处理。热处理后，合金材料的抗屈服强度为2800-3600Mpa，抗弯强度为6000-6300Mpa，弯曲绕度为18-29Mpa，冲击韧性为140-160J/cm2。
（4）制造加工挖边机上刀片加工夹具；
通过锯、车、铣，钻孔、平磨，内磨，外磨，加工挖边机刀片生产夹具的定位元件、定位装置、夹紧装置、夹具体。通过夹具，使生产加工缩短辅助时间，提高原加工刀具的效率至一倍，稳定定位，提高了加工精度的稳定性，便于实现刀片生产过程自动化。
（5）制造加工挖边机上刀片；
利用制造上刀片的加工夹具，通过锯、车、铣，钻孔、平磨，内磨，外磨，加工挖边机上刀片，上刀片刃面的光洁度为0.8。
（6）制造加工挖边机下刀片。
通过锯、车、铣，钻孔、平磨，内磨，外磨，加工两片组合下刀片，下刀片由两片刀片通过结合面上中心定位销组合构成，下刀片刃面的光洁度为0.8。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例
本发明选材上以废钢材料为基料，调整材料含量为C0.7%、Cr7%、 Mo1.5%，并增加W含量0.2-0.3%，为合理地促进碳化物的形成，最大程度细化组织，增强材料韧性，提高产品使用寿命，使成分控制在（质量百分比％）：C:0.6-0.7,Cr:6.2-7.8,Mo:1.2-1.8,W:0.2-0.3,V:1.7-2.2,Si:0.5-1.8,Mn:≤0.4,P≤0.03,S≤0.03。
将废钢熔化，向电炉溶池供氧，把炉料中的碳氧化到规定范围；造渣去除原料中的S、P、O以及钢中气体如H、N及非金属夹杂物，以保证钢的质量；调整合金成分，符合出钢的温度的要求。采用LF+VD精炼工艺装置。VD装置真空度一般保持在约10~100Pa的水平，将初炼钢液倒入钢包中，移到真空室内，通过吹Ar搅拌，钢液在真空条件下激烈沸腾，随着Ar气泡流，钢液被驱动而形成环流，使钢液中的气体随Ar气排出，夹杂物上浮，并进行脱硫，通过钢包中的精炼，钢中气体含量、硫含量等一步降低，夹杂物的含量也进一步降低，通过LF炉精炼补加W（钨）合金，减少铬成分的添加，使成分控制在（质量百分比％）：C:0.6-0.7,Cr:6.2-7.8,Mo:1.2-1.8,W:0.2-0.3,V:1.7-2.2,Si:0.5-1.8,Mn:≤0.4,P≤0.03,S≤0.03。
将上述精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去， 使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。
热处理中，采用箱式炉或盐浴炉在1200℃温度下进行淬火，550℃回火3次；刀坯淬火后，在深冷冰箱-60℃--80℃的条件下，进行2小时的冷处理，使材料组织中残余奥氏体完全向马氏体转变，有效的清除了热处理中的应力对材料进行清理、精整。锻造加热温度为1120～1140℃，始锻温度为1100～1200℃，终锻温度≥850℃，锻后冷却方式为砂冷。
加工制造挖边机上刀片加工夹具
如图1所示，制造挖边机上刀片加工夹具，其加工工艺为：通过锯切获得直径为700mm圆盘状专用夹具，车、铣，钻孔获得定位孔1、轴孔2、工艺孔3、定位孔4，平磨，内磨，外磨挖边机刀片生产夹具，加工挖边机刀片生产夹具的定位元件、定位装置、夹紧装置、夹具体。通过夹具，可以使生产加工缩短辅助时间，每次可以生产两片圆弧状挖边机上刀片，提高原加工刀具的效率至一倍，本专用夹具可以稳定定位加工，提高了加工精度的稳定性，便于实现刀片生产过程自动化。
加工挖边机上刀片
如图2、3、4、5、6和7所示，制造挖边机上刀片加工夹具，其加工工艺为：将加工工件锯切获得半径为371mm弧形工件、通过装配垫铁，利用制造上刀片的加工夹具如图1所示定位夹紧，车铣上刀片刃面5和外缘凹边6，外缘半径371mm内缘凹口半径369mm，钻孔获得上刀片定位键槽9长132mm、槽宽16mm、深20mm，工艺孔8直径8mm深18mm，沉头螺栓定位孔7上部直径34mm、底部直径23mm，定位孔等距排列。平磨，外磨，使挖边机上刀片的刃面表面粗糙度为0.8，加工成型如图2所示的挖边机上刀片。
加工挖边机下刀片
将加工工件车铣如图8和9所示、由下刀片工件10和下刀片工件11通过结合面上中心定位销组合构成，结合面15在两片下刀片对称面上，钻刀加工工艺孔12直径8mm深18mm，沉头螺栓孔13上部直径26mm、底部直径17mm，定位销孔14直径16mm，定位销孔与底座配铰，内磨、外磨下刀片，下刀片的刃面和工件10和11的结合面表面粗糙度为0.8。
表格1 合金材料机械性能测试对比表
在试验机上进行机械性能试验，试验条件为：室温（20℃），空气相对湿度为RH60%，制作相同尺寸的试块。试验结果如表格1，本发明制作的挖边机刀片基体材料的冲击韧性，与申请号200910116770.1生产的合金相比，在冲击韧性，抗弯强度等性能测试上优于申请号200910116770.1生产的合金。本发明制作的挖边机刀片用于挖边机的挖边工作。应用结果表明，由本发明制作的挖边机刀片使用寿命达到国际水平，取得良好的使用效果。
Claims (8)
1.一种挖边机上下刀片的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对合金进行冶炼，其化学成分为（质量百分比%）：C 0.6-0.7，Cr 6.2-7.8，Mo 1.2-1.6，W 0.2-0.3，V 1.7-2.2，Si 0.5-1.8，Mn ≤0.4，P ≤0.03，S ≤0.03，余量为Fe；
步骤2、连续铸钢，得到合金材料铸坯，并压制成坯件；
步骤3、对坯件进行热处理：首先将坯件放入箱式炉或盐浴炉中淬火，之后回火，坯件淬火后，在深冷冰箱中进行冷处理；
步骤4、对热处理后的坯件进行加工，制造出挖边机上刀片加工夹具；
步骤5、利用步骤4制造的挖边机上刀片加工夹具来制造挖边机上刀片；
步骤6、制造挖边机下刀片，所述下刀片由第一下刀片工件[10]和第二下刀片工件[11]通过结合面上中心定位销组合构成，结合面[15]位于两片下刀片工件对称面上。
2.根据权利要求1所述的挖边机上下刀片的生产方法，其特征在于，步骤3对坯件进行热处理时，淬火的温度为1200℃，回火的温度为550℃，回火的次数为三次，在深冷冰箱中冷处理的温度为-60℃~-80℃，冷处理时间为2小时。
3.根据权利要求1所述的挖边机上下刀片的生产方法，其特征在于，步骤4对热处理后的坯件进行加工时，具体为：首先对坯件进行锯切，获得圆盘状夹具；之后对圆盘状夹具进行车、铣、钻孔，获得第一定位孔[1]、轴孔[2]、工艺孔[3]、第二定位孔[4]；最后进行平磨、内磨、外磨处理。
4.根据权利要求3所述的挖边机上下刀片的生产方法，其特征在于，圆盘状夹具的直径为700mm。
5.根据权利要求1所述的挖边机上下刀片的生产方法，其特征在于，步骤5制造挖边机上刀片时，具体为：首先对热处理后的坯件进行锯切，获得弧形工件，并用挖边机上刀片加工夹具进行夹紧；之后车铣上刀片刃面[5]和外缘凹边[6]；接着进行钻孔，获得上刀片定位键槽[9]、上刀片工艺孔[8]和沉头螺栓定位孔[7]，所述定位孔等距排列；最后进行平磨、外磨处理。
6.根据权利要求5所述的挖边机上下刀片的生产方法，其特征在于，所述弧形工件的半径为371mm，上刀片其外缘半径371mm，内缘凹口半径369mm，上刀片定位键槽[9]长132mm、槽宽16mm、深20mm，上刀片工艺孔[8]直径8mm深18mm，沉头螺栓定位孔[7]上部直径34mm、底部直径23mm，上刀片的刃面表面粗糙度为0.8。
7.根据权利要求1所述的挖边机上下刀片的生产方法，其特征在于，步骤6制造挖边机下刀片时，对两个下刀片工件分别进行加工，首先利用钻刀加工下刀片工艺孔[12]、下刀片沉头螺栓定位孔[13]、下刀片定位销孔[14]，所述定位销孔与底座配铰；之后进行内磨、外磨处理。
8.根据权利要求7所述的挖边机上下刀片的生产方法，其特征在于，下刀片工艺孔[12] 直径8mm深18mm，下刀片沉头螺栓定位孔[13] 上部直径26mm、底部直径17mm，下刀片定位销孔[14] 直径16mm，下刀片的刃面、第一下刀片工件[10]和第二下刀片工件[11]结合面的表面粗糙度均为0.8。
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