CN103600213B - 一种棒料热剪切机刀板刃口的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种棒料热剪切机刀板刃口的制备方法，以合金钢为基材，加工完成后在弧形刃口处加工宽为5mm，角度为45度的倒角，用丙酮或酒精清洗基材表面，墨汁涂黑，并晾干；采用气动或者重力方式将配制金属基碳化钛陶瓷合金粉末送粉，通过大功率激光器熔覆获得耐高温磨损和热疲劳合金层，再进行去应力退火，然后随炉缓冷；对熔覆部位通过数控磨床按照图纸要求进行精加工。本发明制备工艺简单、节能环保、制备的刀板刃口使用寿命可提高2倍以上。

Description

一种棒料热剪切机刀板刃口的制备方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，特别涉及一种热剪刀具的制备方法。
背景技术
我国是轴承生产大国，这些轴承厂家均采用轴承钢棒料为原材料，通过通用压力机完成热棒料的热剪切下料，再通过热锻加工方式制备轴承内外圈。棒料热剪切是轴承生产过程中的第一道工序，由于工作环境恶劣，采用传统整体合金钢制备的刀板往往满足不了高温下的使用要求，其寿命较短，严重影响正常生产。热剪切工艺的主要参数是：采用径向夹紧剪切法，其剪切速度通常为50-300mm/min，剪切时棒料的温度为650-850度。热剪切刃口主要的失效形式是刃口处磨损、卷刃，由于常规剪刃在高温下红硬性低，造成刃口处的硬度降低，磨损速度加快；同时，剪切过程中，热棒料对热剪刃口反复的高温冲击，剪刃材料也会由于热疲劳而较早失效。大多数的棒料热剪切刃口材质采用的是与刀板同样的整体合金钢，如6CrW2Si、5CrNiMo、5CrMnMo等，在使用过程中刀板一次刃磨寿命仅为4000件，刀板的消耗量很大，占轴承厂家工装模具消耗比重的三分之一左右。寻找一种寿命长、价格低廉、使用性能好的刀板刃口制备方法，以降低生产成本、提高企业效益，是目前轴承厂家迫切的需要。
针对棒料剪切机刀板刃口的使用寿命问题，很多工程技术人员主要是从刀板材料的的选择和热处理工艺方面开展研究。但由于这些整体材料在高温性能、磨损性能、冲击性能、硬度等难以兼顾，无法满足棒料热剪切复杂工况的损伤要求，无法达到预期的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、节能环保、能够提高刀板刃口寿命的棒料热剪切机刀板刃口的制备方法。本发明主要是在低合金结构钢基材上，通过激光熔覆金属基碳化钛陶瓷合金粉末技术制得强化刃口，获得高寿命刀板。
本发明的制备方法如下：
一、本发明的热剪切刀板材质是6CrW2Si、5CrNiMo、5CrMnMo等合金结构钢。选择热剪切刀板材料，按标准图纸加工完成，并在弧形刃口处加工宽为5mm，角度为45度的倒角，用丙酮或酒精清洗基材表面，墨汁涂黑，并晾干；
二、配制金属基碳化钛陶瓷合金粉末，采用三维混粉器混合2小时，混合均匀；所述金属陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：C3.1～6.3%，Cr25～30%，W10～12%，Ti5～8%，余量为Co。
三、用两块压板将步骤一加工后相同的两块刀板在刃口处相对紧贴进行装夹，把压板固定在旋转卡盘上，从而带动刀板旋转；
四、采用气动或者重力方式送粉，送粉速率为150～200g/min，熔覆金属基碳化钛陶瓷合金粉末到刀板刃口处，并留有加工余量0.5mm；
五、利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属基碳化钛陶瓷合金粉末，使得金属基碳化钛陶瓷合金粉末与刀板刃口待熔覆的基材表面金属发生快速冶金反应，获得耐高温磨损和热疲劳合金层，具体工艺参数如下：
半导体激光器功率P＝2200～3300W，
矩形光斑2×11.5mm，
搭接率30～50％，
扫描速度V＝400～720mm/min；
六、对激光熔覆后的棒料热剪刃口进行去应力退火，退火温度为650～600°，然后随炉缓冷；
七、将上述两块刀板从刃口处用线切割切开，对熔覆部位通过数控磨床按照图纸要求进行精加工，对强化后的刀板刃口表面质量进行检查，合格后交付使用，对存在表面缺陷的产品重新进行熔覆，再精加工。
在半导体激光器输出高能量光束作用下，金属基碳化钛陶瓷合金粉末与刀板刃口基材表面金属发生快速冶金反应，在周围常温金属的冷却作用下，获得了晶粒细小、组织致密且带有碳化钛陶瓷颗粒增强相的合金层，制得棒料热剪机刀板刃口。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、制备工艺简单、无污染、节能环保、降低了企业成本。
2、制得的棒料热剪机刀板刃口强化合金层中弥散分布着大量金属基碳化钛陶瓷硬质相，具有理想的耐高温磨损和耐热疲劳性能，棒料热剪刃口的使用寿命可以提高2倍以上。
3、采用倒角后的两个刃板刃口相对紧贴装卡，再激光熔覆金属基碳化钛陶瓷合金粉末，避免了在单个刃口处无法预置合金粉末，同时也避免了刃口尖锐边缘在激光熔覆过程中容易塌陷的弊病。
4、将熔覆好金属基碳化钛陶瓷合金粉末的两个刀板通过线切割沿着刃口处切开，再分别对熔覆有强化合金的两个刀板通过数控磨床磨削好刃口，改善刃口合金成份，提高了生产效率。
说明书附图：
图1是本发明机加工完成后的刀板示意图。
图2是本发明激光熔覆后的刀板示意图。
具体实施方式
实施例1：
选择6CrW2Si材料按刀板标准图纸中加工完成，再在弧形刃口处加工宽为5mm，角度为45度的倒角，如图1所示。然后用酒精清洗表面，墨汁涂黑，并晾干；配制金属基碳化钛陶瓷合金粉末，其各成分的质量比例为C6.3%，Cr30%，W12%，Ti8%，余量为Co，采用三维混粉器混合2小时，混合均匀；用两块压板将上述加工后的相同两块刀板刃口处相对贴紧装夹，把压板固定在旋转卡盘上，从而带动刀板旋转；采用气动方式送粉，送粉速率150g/min，利用大功率半导体激光器熔覆到要求尺寸，并留有加工余量0.5mm，获得耐高温磨损和热疲劳合金层，激光熔覆具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝2200W，矩形光斑2×11.5mm，搭接率30％，扫描速度V＝400mm/min；对激光熔覆后的棒料热剪刃口进行去应力退火，然后随炉缓冷；将两块刀板从刃口处用线切割切开，对刀板刃口熔覆部分采用数控磨床，按照图纸要求进行精加工，对强化后的刀板刃口表面质量进行检查，合格后交付使用。如图2所示，制备获得的刀板刃口具有晶粒细小、组织致密且带有碳化钛陶瓷颗粒增强相的合金层。
实施例2：
选择5CrNiMo材料按刀板标准图纸中加工完成，再在弧形刃口处加工宽为5mm，角度为45度的倒角，然后用丙酮清洗表面，墨汁涂黑，并晾干；配制金属基碳化钛陶瓷合金粉末，其各成分的质量比例为C3.1%，Cr25%，W10%，Ti5%，余量为Co，采用三维混粉器混合2小时，混合均匀；用两块压板将加工后的相同两块刀板刃口处相对贴紧装夹，把压板固定在旋转卡盘上，从而带动刀板旋转；采用重力方式送粉，送粉速率180g/min，利用大功率半导体激光器熔覆到要求尺寸，并留有加工余量0.5mm，获得耐高温磨损和热疲劳合金层，激光熔覆具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝3300W，矩形光斑2×11.5mm，搭接率40％，扫描速度V＝720mm/min；对激光熔覆后的棒料热剪刃口进行去应力退火，然后随炉缓冷；将两块刀板从刃口处用线切割切开，对刀板熔覆部分采用数控磨床，按照图纸要求进行精加工，对强化后的刀板的表面质量进行检查，合格后交付使用。
实施例3：
选择5CrMnMo材料按刀板标准图纸中加工完成，再在弧形刃口处加工宽为5mm，角度为45度的倒角，然后用丙酮清洗表面，墨汁涂黑，并晾干；配制金属基碳化钛陶瓷合金粉末，其各成分的质量比例为C4.2%，Cr28%，W10%，Ti6%，余量为Co，采用三维混粉器混合2小时，混合均匀；用两块压板将加工后的相同两块刀板刃口处相对贴紧装夹，把压板固定在旋转卡盘上，从而带动刀板旋转；采用气动方式送粉，送粉速率200g/min，利用大功率半导体激光器熔覆到要求尺寸，并留有加工余量0.5mm，获得耐高温磨损和热疲劳合金层，激光熔覆具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝2450W，矩形光斑2×11.5mm，搭接率50％，扫描速度V＝430mm/min；对激光熔覆后的棒料热剪刃口进行去应力退火，然后随炉缓冷；将两块刀板从刃口处用线切割切开，对刀板熔覆部分采用数控磨床，按照图纸要求进行精加工，对强化后的刀板的表面质量进行检查，合格后交付使用。

Claims (1)

1.一种棒料热剪切刃口的制备方法，其热剪切刀板材质是6CrW2Si、5CrNiMo、5CrMnMo合金结构钢，其特征在于：
(1)选择热剪切刀板材料，按标准图纸加工完成，并在弧形刃口处加工宽为5mm，角度为45度的倒角，用丙酮或酒精清洗基材表面，墨汁涂黑，并晾干；
(2)配制金属基碳化钛陶瓷合金粉末，采用三维混粉器混合2小时，混合均匀；所述金属基碳化钛陶瓷合金粉末各成分的质量百分比为：C3.1～6.3％，Cr25～30％，W10～12％，Ti5～8％，余量为Co；
(3)用两块压板将步骤(1)加工后相同的两块刀板在刃口处相对紧贴进行装夹，把压板固定在旋转卡盘上，从而带动刀板旋转；
(4)采用气动或者重力方式送粉，送粉速率为150～200g/min，熔覆金属基碳化钛陶瓷合金粉末到刀板刃口处，并留有加工余量0.5mm；
(5)利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属基碳化钛陶瓷合金粉末，使得金属基碳化钛陶瓷合金粉末与刀板刃口待熔覆的基材表面金属发生快速冶金反应，获得耐高温磨损和热疲劳合金层，具体工艺参数如下：
半导体激光器功率P＝2200～3300W，
矩形光斑2×11.5mm，
搭接率30～50％，
扫描速度V＝400～720mm/min；
(6)对激光熔覆后棒料热剪刃口进行去应力退火，退火温度为650～600°，然后随炉缓冷；
(7)将上述两块刀板从刃口处用线切割切开，对熔覆部位通过数控磨床按照图纸要求进行精加工，对强化后的刀板刃口表面质量进行检查，合格后交付使用，对存在表面缺陷的产品重新进行熔覆，再精加工。
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