CN103639676B - 一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法 - Google Patents

一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，属于刀具加工技术领域。其步骤为：步骤一、月牙剪刀片的原材料准备；步骤二、锻造毛坯的退火处理；步骤三、锻造毛坯的粗加工，在月牙剪刀片上开设安装孔，打孔时安装孔之间的孔距为M，M=L+0.25×（L÷100），其中：L为月牙剪刀片成品的孔距要求，mm；步骤四、月牙剪刀片的热处理，包括退火、硝盐炉淬火、硝盐炉回火，其中：硝盐炉淬火是将月牙剪刀片放入1060～1070℃硝盐炉内保温10～20分钟后油淬；步骤五、月牙剪刀片的精加工。本发明制备得到的整个月牙剪刀片的硬度均匀性小于1HRC，同时具有优异的高耐磨性和强抗冲击性能，使用寿命大大延长。

Description

一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法
技术领域
本发明涉及刀具加工技术领域，更具体地说，涉及一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法。
背景技术
金属板材具有可任意剪裁、弯曲、冲压、焊接成各种构件，使用灵活方便的性能，在汽车、航空、造船及拖拉机制造等众多行业应用广泛。机械刀片主要完成对金属板材的剪裁加工，机械刀片的种类很多，主要包括剪板机刀片、纸箱机械刀片、分切机刀片、分条圆刀片、塑料粉碎机刀片、橡胶机械刀片、纺织机械刀片、皮革机械刀片、冶金机械刀片、食品机械刀片、金属机械刀片、纵剪分条机刀片、月牙剪刀片等各种标准机械用刀片。
月牙剪刀片对刀片本身的选材、热处理工艺以及刀片的耐磨性和抗冲击性都有极高的要求。目前，刀具生产企业大多选用一种合金工具钢作为生产刀片的原材料，其组分按重量百分比计为：C：1.45～1.70%；Si：≤0.40%；Mn：≤0.40%；S：≤0.030%；P：≤0.030%；Cr：11.00～12.50%；Ni：允许残余含量≤0.25%；Cu：允许残余含量≤0.30%；V：0.15～0.30%；Mo：0.40～0.60%，其余为Fe。其生产步骤为：（1）锻造；（2）退火；（3）车加工成形，并留精加工余量；（4）淬火；（5）回火；（6）按图纸上的技术要求进行精加工，其结构示意图如图1所示，该月牙剪刀片包括刀片本体1，该刀片本体1为月牙形结构，且刀片本体1的厚度不均匀，刀片本体1上的刃口面为一倾斜面，刀片本体1上开设有多个安装孔2。现有技术中的月牙剪刀片在一定程度上能满足普通金属板材的剪裁，但是当用户对月牙剪刀片的使用性能和使用寿命提出高要求时，由于月牙剪刀片的厚度不均匀导致其综合性能很难通过现有技术中公开的加工方法达到，尤其是整个月牙剪刀片的硬度均匀性要求小于1HRC。
通过专利检索，已有关于彩钢板切割刀片加工方法的技术方案公开，如：中国专利申请号200910056362.1，申请日为：2009年8月13日，发明创造名称为：彩钢板切割刀片及其加工方法，其步骤为：（1）先用CR12、T8、T10或Cr12MOV棒性材料进行锻造、退火处理；（2）将退火处理的材料上车床车出中心安装孔和外圆；（3）经过预热后进行加温处理到1040℃，使刀刃淬火硬度达到62HRC以上；其余部分淬火硬度小于28HRC；（4）加温到550℃再降至56～58℃以增加韧性；（5）用超精度研磨平面，精度±0.02mm；（6）采用弧线切割外缘轮廓，形成均匀伸出割刀；（7）用曲线磨床加工出所要求角度的刀刃。该申请案采用刀刃切割代替了锯齿切割，切割过程不产生铁屑，节省了钢板材料，但是该申请案制备得到的刀片在强度和耐磨性方面，由于其材料选择及热处理工艺的限制，仍有待进一步加强。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中月牙剪刀片在耐磨性和抗冲击性等综合性能以及使用寿命上较差的不足，提供了一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，采用本发明的技术方案，整个月牙剪刀片的硬度均匀性小于1HRC，同时具有优异的高耐磨性和强抗冲击性能。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，其步骤为：
步骤一、月牙剪刀片的原材料准备：
先将圆形截面的坯料切割成高度为290mm的圆柱体坯料，再将切割的圆柱体坯料装入加热炉中加热至930℃，其升温速率为12℃/min，升温至930℃后保温130分钟，保温结束后出炉锻造，锻造成高度为135mm、外圆直径为605mm的锻造毛坯；该锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.32～0.45%，Si：0.80～1.20%，Mn：0.20～0.40%，Cr：6.50～7.50%，Mo：1.20～1.50%，V：1.7～2.0%，B：0.02～0.04%，P：≤0.020%，S：≤0.015%，Te：0.04～0.05%，Zr：0.01～0.02%，Sc：0.012～0.015%，Sr：0.01～0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质；
步骤二、锻造毛坯的退火处理：
将步骤一中的锻造毛坯装入退火炉并升温至240℃，其升温速率为3℃/min，保温20分钟后继续升温至560℃，其升温速率为5℃/min，保温15分钟后继续升温至840℃，其升温速率为6℃/min，升温至840℃后保温220分钟，在退火炉中冷却至560℃后进行空冷；
步骤三、锻造毛坯的粗加工：
经步骤二退火处理后，将锻造毛坯沿其圆柱体坯料的侧面线切割为两个大小相同的毛料，切割面与锻造毛坯底面的夹角为10°；将线切割后的一个毛料切割为两个月牙剪刀片，并在月牙剪刀片上开设安装孔，打孔时安装孔之间的孔距为M，M=L+0.25×（L÷100），其中：L为月牙剪刀片成品的孔距要求，mm；
步骤四、月牙剪刀片的热处理：
（1）、将步骤三粗加工之后的月牙剪刀片放入箱式炉内升温至810℃，其升温速率为15℃/min，升温至810℃后保温150分钟，保温后随炉冷却至520℃，然后出炉空冷；
（2）、在硝盐炉中加入工业亚硝酸钠并升温至1060～1070℃，其升温速率为2℃/min，升温至1060～1070℃后将步骤（1）中处理的月牙剪刀片放入硝盐炉中，硝盐炉内继续加热至1060～1070℃，并保温10～20分钟；其中：月牙剪刀片放入硝盐炉时，从月牙剪刀片接触到工业亚硝酸钠至全部浸入工业亚硝酸钠中的时间控制在18～20s内；
（3）、将步骤（2）保温10～20分钟后的月牙剪刀片取出，放入淬火油中淬火，在淬火油中的停留时间为12分钟；
（4）、将步骤（3）淬火后的月牙剪刀片放入硝盐炉中回火，该硝盐炉内的工业亚硝酸钠在5小时内升温至580～590℃，月牙剪刀片在580～590℃的硝盐炉内保温180分钟，然后空冷；回火后检测月牙剪刀片的硬度值，硬度值应控制在54～56HRC，如果硬度值超过了硬度控制范围的上限值，则进行又一次回火处理，硬度值每高1HRC，回火温度比上一次回火温度要高10℃，保温时间为上一次回火时间的0.9倍，然后空冷；最终控制月牙剪刀片硬度值为54～56HRC；
步骤五、月牙剪刀片的精加工
将经过步骤四热处理后的月牙剪刀片装在平面磨床上进行精加工，得到月牙剪刀片成品。
优选地，步骤一中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.38%，Si：0.95%，Mn：0.30%，Cr：6.95%，Mo：1.30%，V：1.9%，B：0.03%，P：0.015%，S：0.012%，Te：0.045%，Zr：0.016%，Sc：0.013%，Sr：0.014%，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，步骤一中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.32%，Si：1.20%，Mn：0.20%，Cr：7.50%，Mo：1.20%，V：2.0%，B：0.02%，P：0.020%，S：0.015%，Te：0.04%，Zr：0.02%，Sc：0.012%，Sr：0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，步骤一中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.45%，Si：0.80%，Mn：0.40%，Cr：6.50%，Mo：1.50%，V：1.7%，B：0.04%，P：0.010%，S：0.010%，Te：0.05%，Zr：0.01%，Sc：0.015%，Sr：0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
（1）本发明的一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，其热处理过程中采用硝盐炉淬火及回火，回火温度控制为580～590℃，且根据硬度值的情况进一步回火处理，使得制备的月牙剪刀片的硬度能够更加均匀，本发明的整个月牙剪刀片的硬度均匀性小于1HRC，硬度的均匀性对月牙剪刀片的使用寿命具有显著的影响，本发明制备的月牙剪刀片使用寿命大大延长，由原先单片月牙剪刀片裁剪300吨以下金属板材提高至600多吨金属板材；
（2）本发明的一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，其月牙剪刀片的组分按重量百分比计为：C：0.32～0.45%，Si：0.80～1.20%，Mn：0.20～0.40%，Cr：6.50～7.50%，Mo：1.20～1.50%，V：1.7～2.0%，B：0.02～0.04%，P：≤0.020%，S：≤0.015%，Te：0.04～0.05%，Zr：0.01～0.02%，Sc：0.012～0.015%，Sr：0.01～0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质，该材料中添加的Te、Zr、Sc、Sr等元素增加了耐磨性和强冲击韧性，本发明采用退火、硝盐炉淬火、硝盐炉回火三道工序进行热处理，使得月牙剪刀片具备了高耐磨性和强抗冲击性的卓越性能。
附图说明
图1为本发明中月牙剪刀片的俯视结构示意图；
图2为图1中月牙剪刀片的主视结构示意图；
图3为本发明中粗加工的线切割状态示意图。
图中：1、刀片本体；2、安装孔。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，其步骤为：
步骤一、月牙剪刀片的原材料准备：
先将圆形截面的坯料切割成高度为290mm的圆柱体坯料，再将切割的圆柱体坯料装入加热炉中加热至930℃，其升温速率为12℃/min，升温至930℃后保温130分钟，保温结束后出炉锻造，锻造成高度为135mm、外圆直径为605mm的锻造毛坯。本发明中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.32～0.45%，Si：0.80～1.20%，Mn：0.20～0.40%，Cr：6.50～7.50%，Mo：1.20～1.50%，V：1.7～2.0%，B：0.02～0.04%，P：≤0.020%，S：≤0.015%，Te：0.04～0.05%，Zr：0.01～0.02%，Sc：0.012～0.015%，Sr：0.01～0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质；具体本实施例中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.38%，Si：0.95%，Mn：0.30%，Cr：6.95%，Mo：1.30%，V：1.9%，B：0.03%，P：0.015%，S：0.012%，Te：0.045%，Zr：0.016%，Sc：0.013%，Sr：0.014%，其余为Fe和不可避免的杂质。本实施例中锻造毛坯的组分控制尤为重要，通过对锻造毛坯组分的控制，配合特定的热处理工艺，能够细化晶粒，增加耐磨性；
步骤二、锻造毛坯的退火处理：
将步骤一中的锻造毛坯装入退火炉并升温至240℃，其升温速率为3℃/min，保温20分钟后继续升温至560℃，其升温速率为5℃/min，保温15分钟后继续升温至840℃，其升温速率为6℃/min，升温至840℃后保温220分钟，在退火炉中冷却至560℃后进行空冷；
步骤三、锻造毛坯的粗加工：
经步骤二退火处理后，将锻造毛坯沿其圆柱体坯料的侧面线切割为两个大小相同的毛料，切割面与锻造毛坯底面的夹角为10°（如图3所示）；将线切割后的一个毛料切割为两个月牙剪刀片，并在月牙剪刀片上开设安装孔2（如图1和图2所示），打孔时安装孔2之间的孔距为M，M=L+0.25×（L÷100），其中：L为月牙剪刀片成品的孔距要求，mm。本实施例中月牙剪刀片成品的孔距要求分别有200mm、140mm，对于200mm孔距的要求，在粗加工打孔时安装孔2之间的孔距为M=200+0.25×（200÷100）=200.5mm；对于140mm孔距的要求，在粗加工打孔时安装孔2之间的孔距为M=140+0.25×（140÷100）=140.35mm。通过热处理和精加工之后，本实施例的孔距恰好为200mm、140mm，这为准确安装月牙剪刀片起到了决定性作用。由于月牙剪刀片的刀片本体1呈月牙形结构，且其刀片本体1的厚度不均匀（月牙剪刀片刃口面与刀片本体1底面的夹角为10°，如图2所示），现有技术中很难精确控制月牙剪刀片成品的孔距，使得很多月牙剪刀片成品无法安装使用，这是困扰刀具加工企业的难题。本发明通过针对特定的锻造毛坯材质，经申请人多年的实践经验和理论分析，发现在热处理前控制安装孔2的孔距，并通过配合适当的热处理工艺，能够使得热处理之后，安装孔2的孔距刚好符合最终月牙剪刀片成品的要求，极大提高了成品率，这是本发明突出的改进点之一，克服了多年来厚度不均匀的月牙剪刀片一直未解决的技术难题。
步骤四、月牙剪刀片的热处理：
（1）、将步骤三粗加工之后的月牙剪刀片放入箱式炉内升温至810℃，其升温速率为15℃/min，升温至810℃后保温150分钟，保温后随炉冷却至520℃，然后出炉空冷；
（2）、在硝盐炉中加入工业亚硝酸钠并升温至1060～1070℃，其升温速率为2℃/min，升温至1060～1070℃后将步骤（1）中处理的月牙剪刀片放入硝盐炉中，硝盐炉内继续加热至1060～1070℃，并保温10～20分钟；其中：月牙剪刀片放入硝盐炉时，从月牙剪刀片接触到工业亚硝酸钠至全部浸入工业亚硝酸钠中的时间控制在19s内；申请人发现，月牙剪刀片放入硝盐炉时的速度快慢对淬火效果有一定的影响，通过申请人多年的经验积累发现：从月牙剪刀片接触到工业亚硝酸钠至全部浸入工业亚硝酸钠中的时间控制在18～20s内，此时的淬火效果最好。
（3）、将步骤（2）保温10～20分钟后的月牙剪刀片取出，放入淬火油中淬火，在淬火油中的停留时间为12分钟；
（4）、将步骤（3）淬火后的月牙剪刀片放入硝盐炉中回火，该硝盐炉内的工业亚硝酸钠在5小时内升温至580～590℃，月牙剪刀片在580～590℃的硝盐炉内保温180分钟，然后空冷；回火后检测月牙剪刀片的硬度值，硬度值应控制在54～56HRC，如果硬度值超过了硬度控制范围的上限值，则进行又一次回火处理，硬度值每高1HRC，回火温度比上一次回火温度要高10℃（后续的回火温度可以超过590℃），保温时间为上一次回火时间的0.9倍，然后空冷；最终控制月牙剪刀片硬度值为54～56HRC。本实施例中，第一次回火温度为585℃，回火时间为180分钟，经过第一次回火后检测月牙剪刀片的硬度值为57HRC，硬度值超过了硬度控制范围的上限值1HRC，所以进行第二次回火处理，第二次回火温度为595℃，回火时间为162分钟，第二次回火后检测月牙剪刀片的硬度值为55HRC，符合54～56HRC的标准。此处，采用本发明的锻造毛坯，通过第一次回火处理后的硬度值一般不会低于54HRC，本发明通过硝盐炉淬火、多次回火的方式调整硬度值，能够使得月牙剪刀片的硬度能够更加均匀，本实施例的整个月牙剪刀片的硬度均匀性小于1HRC，有利于提高月牙剪刀片的使用寿命，且能够有效避免月牙剪刀片崩口。本实施例通过控制硬度值，来实现硬度和韧性的最佳匹配，从而大大延长使用寿命。
步骤五、月牙剪刀片的精加工
将经过步骤四热处理后的月牙剪刀片装在平面磨床上进行精加工，得到月牙剪刀片成品。
实施例2
本实施例的基本步骤同实施例1，不同之处在于：步骤一中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.32%，Si：1.20%，Mn：0.20%，Cr：7.50%，Mo：1.20%，V：2.0%，B：0.02%，P：0.020%，S：0.015%，Te：0.04%，Zr：0.02%，Sc：0.012%，Sr：0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例3
本实施例的基本步骤同实施例1，不同之处在于：步骤一中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.45%，Si：0.80%，Mn：0.40%，Cr：6.50%，Mo：1.50%，V：1.7%，B：0.04%，P：0.010%，S：0.010%，Te：0.05%，Zr：0.01%，Sc：0.015%，Sr：0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例1～3的一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，制备得到的整个月牙剪刀片的硬度均匀性小于1HRC，同时具有优异的高耐磨性和强抗冲击性能，由原先单片月牙剪刀片裁剪300吨以下金属板材提高至600多吨金属板材，使用寿命大大延长。

Claims (4)

1.一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一、月牙剪刀片的原材料准备：
先将圆形截面的坯料切割成高度为290mm的圆柱体坯料，再将切割的圆柱体坯料装入加热炉中加热至930℃，其升温速率为12℃/min，升温至930℃后保温130分钟，保温结束后出炉锻造，锻造成高度为135mm、外圆直径为605mm的锻造毛坯；该锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.32～0.45％，Si：0.80～1.20％，Mn：0.20～0.40％，Cr：6.50～7.50％，Mo：1.20～1.50％，V：1.7～2.0％，B：0.02～0.04％，P：≤0.020％，S：≤0.015％，Te：0.04～0.05％，Zr：0.01～0.02％，Sc：0.012～0.015％，Sr：0.01～0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质；
步骤二、锻造毛坯的退火处理：
将步骤一中的锻造毛坯装入退火炉并升温至240℃，其升温速率为3℃/min，保温20分钟后继续升温至560℃，其升温速率为5℃/min，保温15分钟后继续升温至840℃，其升温速率为6℃/min，升温至840℃后保温220，在退火炉中冷却至560℃后进行空冷；
步骤三、锻造毛坯的粗加工：
经步骤二退火处理后，将锻造毛坯沿其圆柱体坯料的侧面线切割为两个大小相同的毛料，切割面与锻造毛坯底面的夹角为10°；将线切割后的一个毛料切割为两个月牙剪刀片，并在月牙剪刀片上开设安装孔，打孔时安装孔之间的孔距为M，M＝L+0.25×(L÷100)，其中：L为月牙剪刀片成品的孔距要求；
步骤四、月牙剪刀片的热处理：
(1)、将步骤三粗加工之后的月牙剪刀片放入箱式炉内升温至810℃，其升温速率为15℃/min，升温至810℃后保温150分钟，保温后随炉冷却至520℃，然后出炉空冷；
(2)、在硝盐炉中加入工业亚硝酸钠并升温至1060～1070℃，其升温速率为2℃/min，升温至1060～1070℃后将步骤(1)中处理的月牙剪刀片放入硝盐炉中，硝盐炉内继续加热至1060～1070℃，并保温10～20分钟；其中：月牙剪刀片放入硝盐炉时，从月牙剪刀片接触到工业亚硝酸钠至全部浸入工业亚硝酸钠中的时间控制在18～20s内；
(3)、将步骤(2)保温10～20分钟后的月牙剪刀片取出，放入淬火油中淬火，在淬火油中的停留时间为12分钟；
(4)、将步骤(3)淬火后的月牙剪刀片放入硝盐炉中回火，该硝盐炉内的工业亚硝酸钠在5小时内升温至580～590℃，月牙剪刀片在580～590℃的硝盐炉内保温180分钟，然后空冷；回火后检测月牙剪刀片的硬度值，硬度值应控制在54～56HRC，如果硬度值超过了硬度控制范围的上限值，则进行又一次回火处理，硬度值每高1HRC，回火温度比上一次回火温度要高10℃，保温时间为上一次回火时间的0.9倍，然后空冷；最终控制月牙剪刀片硬度值为54～56HRC；
步骤五、月牙剪刀片的精加工
将经过步骤四热处理后的月牙剪刀片装在平面磨床上进行精加工，得到月牙剪刀片成品。
2.根据权利要求1所述的一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，其特征在于：步骤一中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.38％，Si：0.95％，Mn：0.30％，Cr：6.95％，Mo：1.30％，V：1.9％，B：0.03％，P：0.015％，S：0.012％，Te：0.045％，Zr：0.016％，Sc：0.013％，Sr：0.014％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，其特征在于：步骤一中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.32％，Si：1.20％，Mn：0.20％，Cr：7.50％，Mo：1.20％，V：2.0％，B：0.02％，P：0.020％，S：0.015％，Te：0.04％，Zr：0.02％，Sc：0.012％，Sr：0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种具有高耐磨性和强抗冲击性的月牙剪刀片加工方法，其特征在于：步骤一中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.45％，Si：0.80％，Mn：0.40％，Cr：6.50％，Mo：1.50％，V：1.7％，B：0.04％，P：0.010％，S：0.010％，Te：0.05％，Zr：0.01％，Sc：0.015％，Sr：0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
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