CN104960024A

CN104960024A - 一种圆盘形刀垫及其制造方法

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Publication number: CN104960024A
Application number: CN201510401710.XA
Authority: CN
Inventors: 陶贵林
Original assignee: Anhui Huatian Machinery Co Ltd
Current assignee: Anhui Huatian Machinery Co Ltd
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2035-07-08
Also published as: CN104960024B

Abstract

本发明公开了一种圆盘形刀垫及其制造方法，属于刀具配件加工技术领域，解决了现有刀垫存在加工精度低，无法满足高精度平行度和垂直度要求的问题。本发明锻造毛坯组分的质量百分比为：C：1.15-1.40％、Mn：0.40-0.65％、Si：0.32-0.40％、Cr：11.00-12.50％、W：0.90-1.40％、V：1.40-1.65％、Mo：0.70-0.95％、Ni：0.40-0.50％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe；经过退火、初加工、热处理、粗磨、回火和深加工等工艺制造得到，严格控制退火和热处理工艺中的加热速度。本发明的刀垫具有不易变形、耐磨损等优点。

Description

一种圆盘形刀垫及其制造方法

技术领域

本发明属于刀具配件加工技术领域，更具体地说，涉及一种圆盘形刀垫及其制造方法。

背景技术

分条机刀片设计是分条机刀片几何结构、切削材料及涂层之间的和谐组合。只有不断推出先进的分条机刀片设计技术，促进新型分条机刀片的开发和使用，才能满足先进切削加工技术的发展需求。当前，世界制造业正经历着一场深刻的战略险重组，欧美以及日、韩等发达国家和地区在全球范围内进行着新一轮制造业资源的优化配置，中国已经成为发达国家和地区制造业大规模转移和抢滩登陆的重要市场。但是我国的制造技术，特别是切削加工水平与国外相比还有很大的差距，发展先进切削加工技术，特别是分条机刀片设计技术，提高加工效率，建设制造强国的重任责无旁贷地落在切削加工技术研究人员和工作者的肩上。

现在的薄盘形材料的分切精度，主要靠刀片和刀垫精加工后合起来的厚度控制的，垫刀片根据厚薄来分，品种较多，使用时可以应用多个不同厚度的垫刀片来组和实现刀尖高低的调整。中国专利申请号为201420067875.9，授权公告日为2014年7月23日的专利申请文件公开了一种刀垫，其包括两端刀垫和中间刀垫，所述两端刀垫和中间刀垫通过螺纹配合连接为一体，其可任意调整刀垫分切盘厚度。中国专利申请号为201520035179.4，授权公告日为2015年6月10日的专利申请文件公开了一种纵切机切纸刀垫板，包括垫板主体，所述的垫板主体上端还设有毛刷座，所述的毛刷座包括与垫板主体面积形状相同的底板，底板上设有多列纵向设置的毛刷，所述的毛刷包括连接部、多片弹性连接板和毛刷帽，所述的多片弹性连接板倾斜连接在连接部和毛刷帽之间，连接部固定在底板上，毛刷帽的一侧设有刷毛，所述的刷毛沿水平方向设置在毛刷帽上，底板和垫板主体两侧设有相互对应的连接台，底板和垫板通过螺栓螺合在连接台上相固定，该实用新型配合切纸刀使用，可使切割出的瓦楞纸边缘平整、不带毛边。

刀垫在分切材料过程中起到的作用主要还有以下两个方面：(1)可以把刀具的切削抗力平均的通过刀垫传到刀杆上，而不至于刀头下面承受的切削抗力过大而变形；(2)切削时起到断屑的作用，切屑不会直接挡到刀排上而保护了刀排。由于刀垫是和刀片组合使用的，为了保护刀片延长刀片的使用寿命，对刀垫的加工精度要求特别高，特别是对刀垫的两表面平行度及垂直度要求非常高，如果刀垫的表面平行度或垂直度差，那么在切削过程中刀片很容易崩裂，但是现有技术中关于如何提高刀垫表面平行度或垂直度的研究非常少，现有的合金材料在加工过程中很难满足高精度要求，特别是在制造尺寸比较大的刀垫时，容易变形，无法保证高精度平行度和垂直度的要求。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有的刀垫存在加工精度低，无法满足高精度平行度和垂直度的要求，使刀片容易损坏的问题，本发明提供一种圆盘形刀垫及其制造方法。本发明的刀垫采用特殊元素组成的合金材料制成，耐磨性能好，在加工及使用过程中不易变形，本发明制造的刀垫在其表面形成一层均匀且光泽度好的保护膜，保护膜的致密性和牢固性高，性能稳定，节约了表面处理工艺。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种圆盘形刀垫，包括中心孔和刀垫基体，所述刀垫基体的外圆边缘和内圆边缘的倒角均为0.5×45°；刀垫基体两平面之间的平行度≤0.003，垂直度≤0.003；刀垫基体两平面的粗糙度均≤0.4。

上述的一种圆盘形刀垫的制造方法，其步骤为：

(1)毛坯原材料的准备：

采用锻造用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：1.15-1.40％、Mn：0.40-0.65％、Si：0.32-0.40％、Cr：11.00-12.50％、W：0.90-1.40％、V：1.40-1.65％、Mo：0.70-0.95％、Ni：0.40-0.50％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe；

(2)锻造毛坯的等温球化退火处理：

将经步骤(1)中得到的锻造毛坯进行退火处理，保温温度为850-880℃，保温时间为2.0-3.0h，随炉冷却至690～720℃时等温3.0-4.0h；

(3)锻造毛坯的初加工：

将退火处理后的锻造毛坯车加工成圆盘形刀垫的初级形状并平整，保留1mm的余量；

(4)圆盘形刀垫的热处理：

将经步骤(3)车加工的圆盘形刀垫，先加热至550-570℃保温1-2h，然后加热至730-750℃保温1-2h，然后再加热至980-1000℃保温30-40min后淬火(淬火液组成成分及各组分的质量份数为：水玻璃10-18份、氢氧化钠0.8-1.2份、丙烯酸酯0.2-0.45份、磺化油0.3-0.5份、染色剂0.5-0.9份、石油磺酸盐0.5-1份、二元酸0.5-1份、氯化钠15-20份，余量为水)；

(5)圆盘形刀垫的粗磨及校平：

粗磨经过步骤(4)热处理后的圆盘形刀垫的两个平面，然后进行校平保证其平行度和垂直度满足要求；

(6)回火：

将步骤(5)中校平后的圆盘形刀垫进行三次回火处理，每次回火温度为540-560℃，每次回火后在140-160℃条件下时效强化8-12h，空冷至室温后进行下一次回火；

(7)圆盘形刀垫的深加工：

将步骤(6)中回火后的圆盘形刀垫，进一步深加工，其步骤为：

A、找基准；

B、刀垫基体外圆边缘和内圆边缘倒角；

C、精磨圆盘形刀垫的两平面；

D、圆盘形刀垫的检测，检测刀垫硬度、平行度、垂直度和表面粗糙度是否合格。

优选地，所述步骤(1)中锻造毛坯的组分及其质量百分比为：C：1.25％、Mn：0.58％、Si：0.36％、Cr：11.50％、W：1.20％、V：1.50％、Mo：0.86％、Ni：0.50％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe。

优选地，所述步骤(2)和步骤(4)中加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h，其中，T为保温温度，单位为℃，Cr_wt为原材料中Cr的质量百分比数值，C_wt为原材料中C的质量百分比数值。

优选地，所述步骤(4)中圆盘形刀垫的热处理是先加热至560℃保温1.5h，然后加热至740℃保温1.5h，然后再加热至1000℃保温30min后淬火。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的刀垫采用特殊元素组成及组成比例的合金材料制造得到，在加工和使用过程中不易变形，能满足刀垫高精度平行度和垂直度的要求，使加工效率提高了20％左右，次品率下降了7％左右；

(2)本发明的刀垫耐磨性能优异，刀垫在使用过程中会出现不同程度的磨损，普通合金材料制成的刀垫在使用过程中会出现一些地方由于受力不均匀磨损严重，而另一些地方磨损少，造成刀垫表面不平行，造成刀片的崩裂，而本发明的刀垫，在特定的工艺条件下制造得到，耐磨性能提高了23％，经过上千次实验后检测其表面平行度仍能达到≤0.003的要求；

(3)本发明的制造方法在退火和热处理工艺中的加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h(其中T为保温温度，单位为℃，Cr_wt为原材料中Cr的质量百分比数值，C_wt为原材料中C的质量百分比数值)，根据合金材料中Cr和C含量的不同选择不同的加热速度，使材料中的各组分元素特别是Cr元素的功能发挥到最佳，可有效阻止奥氏体晶粒长大，使刀垫的材质组织更加紧密，增加了耐磨性和强冲击韧性；

(4)本发明淬火工艺中采用的淬火液由水玻璃、氢氧化钠、丙烯酸酯、磺化油、染色剂、石油磺酸盐、二元酸、氯化钠和水组成，使刀垫淬火后外刚内柔，严格控制刀垫淬火后硬度在45-50HRC范围内，内部组织形态均匀，即使在高温条件下使用也不变形，使用寿命长，且淬火过程中在刀垫表面形成一层均匀且光泽度好的保护膜，保护膜的致密性和牢固性高，性能稳定，经过本发明淬火工艺处理后的刀垫无需再进行防锈处理，节约能源，减少工序，提高效率。

附图说明

图1为刀垫的剖视图；

图2为刀垫的结构示意图。

图中：1、中心孔；2、刀垫基体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1和图2所示，一种圆盘形刀垫，包括中心孔1和刀垫基体2，刀垫基体2的外圆边缘和内圆边缘的倒角均为0.5×45°；刀垫基体2两平面之间的平行度≤0.003，垂直度≤0.002；刀垫基体2两平面的粗糙度均为0.4。圆盘形刀垫外圆直径为300mm，内圆直径为200mm。

上述的圆盘形刀垫的制造方法，其步骤为：

(1)毛坯原材料的准备：

采用锻造用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：1.25％、Mn：0.58％、Si：0.36％、Cr：11.50％、W：1.20％、V：1.50％、Mo：0.86％、Ni：0.50％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe；

(2)锻造毛坯的等温球化退火处理：

将经步骤(1)中得到的锻造毛坯进行退火处理，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝860/(11.5+1.25)＝67℃/h(其中，T为保温温度，单位为℃，Cr_wt为原材料中Cr的质量百分比数值，C_wt为原材料中C的质量百分比数值)，保温温度为860℃，保温时间为2.5h，随炉冷却至700℃时等温3.0h；

(3)锻造毛坯的初加工：

(4)圆盘形刀垫的热处理：

将经步骤(3)车加工的圆盘形刀垫，先加热至560℃保温1.5h，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝560/(11.5+1.25)＝44℃/h，然后加热至740℃保温1.5h，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝740/(11.5+1.25)＝58℃/h，然后再加热至1000℃，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝1000/(11.5+1.25)＝78℃/h，保温30min后淬火(淬火液组成成分及各组分的质量份数为：水玻璃15份、氢氧化钠1.0份、丙烯酸酯0.3份、磺化油0.4份、染色剂0.7份、石油磺酸盐0.5份、二元酸0.7份、氯化钠18份，余量为水，)；

(5)圆盘形刀垫的粗磨及校平：

(6)回火：

将步骤(5)中校平后的圆盘形刀垫进行三次回火处理，每次回火温度为550℃，每次回火后在140℃条件下时效强化12h，空冷至室温后进行下一次回火；

(7)圆盘形刀垫的深加工：

将步骤(6)中回火处理后的圆盘形刀垫，进一步深加工，其步骤为：

A、找基准；

B、刀垫基体外圆边缘和内圆边缘倒角；

C、精磨圆盘形刀垫的两平面；

本发明中的淬火液制备方法为：a、按比例将丙烯酸酯、磺化油、染色剂和适量的水混合均匀得到A液，其中染色剂为TAC BLACK-SLH(415)，购自杭州立衡科技有限公司；b、按比例将石油磺酸盐、二元酸和适量的水混合均匀得到B液；c、按比例将水玻璃、氯化钠、A液、B液和水混合均匀，然后加入氢氧化钠混合均匀，最终得到淬火液。需要说明的是，在制备A液和B液过程中，水的加入量没有特殊要求，只要能使丙烯酸酯、磺化油、染色剂或石油磺酸盐、二元酸溶解即可，在制备淬火液过程中控制整体的水加入量。

本实施例的刀垫采用特殊的元素组成材料制造得到，这些元素的组分和组成比例是经过严格实验研究得到的最佳比例，经过合适的制造工艺制备得到的刀垫具有耐磨性能好、硬度适中(硬度为48HRC)、平行度高(平行度≤0.003)等优点，其中制造工艺中的热处理条件和淬火条件对圆盘刀的性能影响显著，在退火和热处理过程中严格控制加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h，其中，T为保温温度，单位为℃，Cr_wt为原材料中Cr的质量百分比数值，C_wt为原材料中C的质量百分比数值；根据合金材料中Cr和C含量的不同选择不同的加热速度，使材料中的各组分元素特别是Cr元素的功能发挥到最佳，可有效阻止奥氏体晶粒长大，使刀片的材质组织更加紧密，增加了耐磨性和强冲击韧性，在加工过程中不易变形，刀垫两表面的平行度和垂直度高(平行度≤0.003，垂直度≤0.002)，与现有加工方法相比，次品率下降了6.8％左右，加工效率提高了21％左右；采用特定组成的淬火液对热处理后的刀垫进行淬火，淬火后刀垫的防腐防锈性能得到提高，节约了后续的表面处理工艺；且本发明采用三次回火工艺充分释放了淬火应力，使刀垫的性能得到进一步的提高，耐磨性能提高了23％左右，即使在高温条件下使用也不易变形。

实施例2

如图1和图2所示，一种圆盘形刀垫，包括中心孔1和刀垫基体2，刀垫基体2的外圆边缘和内圆边缘的倒角均为0.5×45°；刀垫基体2两平面之间的平行度≤0.002，垂直度≤0.003；刀垫基体2两平面的粗糙度均为0.2。圆盘形刀垫外圆直径为200mm，内圆直径为140mm。

上述的圆盘形刀垫的制造方法，其步骤为：

(1)毛坯原材料的准备：

采用锻造用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：1.15％、Mn：0.65％、Si：0.32％、Cr：12.50％、W：0.90％、V：1.65％、Mo：0.70％、Ni：0.45％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe；

(2)锻造毛坯的等温球化退火处理：

将经步骤(1)中得到的锻造毛坯进行退火处理，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝880/(12.5+1.15)＝64℃/h(其中，T为保温温度，单位为℃，Cr_wt为原材料中Cr的质量百分比数值，C_wt为原材料中C的质量百分比数值)，保温温度为880℃，保温时间为2.0h，随炉冷却至690℃时等温4.0h；

(3)锻造毛坯的初加工：

(4)圆盘形刀垫的热处理：

将经步骤(3)车加工的圆盘形刀垫，先加热至550℃保温2h，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝550/(12.5+1.15)＝40℃/h，然后加热至750℃保温1h，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝750/(12.5+1.15)＝55℃/h，然后再加热至980℃，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝860/(12.5+1.15)＝72℃/h，保温40min后淬火(淬火液组成成分及各组分的质量份数为：水玻璃10份、氢氧化钠0.8份、丙烯酸酯0.2份、磺化油0.5份、染色剂0.5份、石油磺酸盐1份、二元酸0.5份、氯化钠15份，余量为水)；

(5)圆盘形刀垫的粗磨及校平：

(6)回火：

将步骤(5)中校平后的圆盘形刀垫进行三次回火处理，每次回火温度为560℃，每次回火后在150℃条件下时效强化10h，空冷至室温后进行下一次回火；

(7)圆盘形刀垫的深加工：

A、找基准；

B、刀垫基体外圆边缘和内圆边缘倒角；

C、精磨圆盘形刀垫的两平面；

本实施例的刀垫采用特殊的元素组成材料经过合适的制造工艺制备得到，具有耐磨性能好、硬度适中(硬度为45HRC)、平行度高(平行度≤0.002)等优点，其中制造工艺中的热处理条件和淬火条件对圆盘刀的性能影响显著，在退火和热处理过程中严格控制加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h，其中，T为保温温度，单位为℃，Cr_wt为原材料中Cr的质量百分比数值，C_wt为原材料中C的质量百分比数值；根据合金材料中Cr和C含量的不同选择不同的加热速度，使材料中的各组分元素特别是Cr元素的功能发挥到最佳，可有效阻止奥氏体晶粒长大，使刀片的材质组织更加紧密，增加了耐磨性和强冲击韧性，在加工过程中不易变形，刀垫两表面的平行度和垂直度高(平行度≤0.002，垂直度≤0.003)，与现有加工方法相比，次品率下降了7％左右，加工效率提高了20％左右；采用特定组成的淬火液对热处理后的刀垫进行淬火，淬火后刀垫的防腐防锈性能得到提高，节约了后续的表面处理工艺；且本发明采用三次回火工艺充分释放了淬火应力，使刀垫的性能得到进一步的提高，耐磨性能提高了24％左右，即使在高温条件下使用也不易变形。

实施例3

如图1和图2所示，一种圆盘形刀垫，包括中心孔1和刀垫基体2，刀垫基体2的外圆边缘和内圆边缘的倒角均为0.5×45°；刀垫基体2两平面之间的平行度≤0.002，垂直度≤0.002；刀垫基体2两平面的粗糙度均为0.2。圆盘形刀垫外圆直径为90mm，内圆直径为60mm。

上述的圆盘形刀垫的制造方法，其步骤为：

(1)毛坯原材料的准备：

采用锻造用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：1.40％、Mn：0.40％、Si：0.40％、Cr：11.00％、W：1.40％、V：1.40％、Mo：0.95％、Ni：0.40％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe；

(2)锻造毛坯的等温球化退火处理：

将经步骤(1)中得到的锻造毛坯进行退火处理，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝850/(11.00+1.4)＝68℃/h(其中，T为保温温度，单位为℃，Cr_wt为原材料中Cr的质量百分比数值，C_wt为原材料中C的质量百分比数值)，保温温度为850℃，保温时间为3.0h，随炉冷却至720℃时等温3.5h；

(3)锻造毛坯的初加工：

(4)圆盘形刀垫的热处理：

将经步骤(3)车加工的圆盘形刀垫，先加热至570℃保温1h，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝570/(11.00+1.4)＝46℃/h，然后加热至730℃保温2h，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝730/(11.00+1.4)＝59℃/h，然后再加热至990℃，加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h＝990/(11.00+1.4)＝80℃/h，保温35min后淬火(淬火液组成成分及各组分的质量份数为：水玻璃18份、氢氧化钠1.2份、丙烯酸酯0.45份、磺化油0.3份、染色剂0.9份、石油磺酸盐0.7份、二元酸1份、氯化钠20份，余量为水)；

(5)圆盘形刀垫的粗磨及校平：

(6)回火：

将步骤(5)中校平后的圆盘形刀垫进行三次回火处理，每次回火温度为540℃，每次回火后在160℃条件下时效强化8h，空冷至室温后进行下一次回火；

(7)圆盘形刀垫的深加工：

A、找基准；

B、刀垫基体外圆边缘和内圆边缘倒角；

C、精磨圆盘形刀垫的两平面；

本实施例的刀垫采用特殊的元素组成材料经过合适的制造工艺制备得到，具有耐磨性能好、硬度适中(硬度为50HRC)、平行度高(平行度≤0.002)等优点，其中制造工艺中的热处理条件和淬火条件对圆盘刀的性能影响显著，在退火和热处理过程中严格控制加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h，其中，T为保温温度，单位为℃，Cr_wt为原材料中Cr的质量百分比数值，C_wt为原材料中C的质量百分比数值；根据合金材料中Cr和C含量的不同选择不同的加热速度，使材料中的各组分元素特别是Cr元素的功能发挥到最佳，可有效阻止奥氏体晶粒长大，使刀片的材质组织更加紧密，增加了耐磨性和强冲击韧性，在加工过程中不易变形，刀垫两表面的平行度和垂直度高(平行度≤0.002，垂直度≤0.002)，与现有加工方法相比，次品率下降了7.5％左右，加工效率提高了23％左右；采用特定组成的淬火液对热处理后的刀垫进行淬火，淬火后刀垫的防腐防锈性能得到提高，节约了后续的表面处理工艺；且本发明采用三次回火工艺充分释放了淬火应力，使刀垫的性能得到进一步的提高，耐磨性能提高了25％左右，即使在高温条件下使用也不易变形。

Claims

1.一种圆盘形刀垫，包括中心孔(1)和刀垫基体(2)，其特征在于：所述刀垫基体(2)的外圆边缘和内圆边缘的倒角均为0.5×45°；刀垫基体(2)两平面之间的平行度≤0.003，垂直度≤0.003；刀垫基体(2)两平面的粗糙度均≤0.4。

2.权利要求1所述的一种圆盘形刀垫的制造方法，其步骤为：

(1)毛坯原材料的准备：

(2)锻造毛坯的等温球化退火处理：

(3)锻造毛坯的初加工：

(4)圆盘形刀垫的热处理：

将经步骤(3)车加工的圆盘形刀垫，先加热至550-570℃保温1-2h，然后加热至730-750℃保温1-2h，然后再加热至980-1000℃保温30-40min后淬火；

(5)圆盘形刀垫的粗磨及校平：

(6)回火：

(7)圆盘形刀垫的深加工：

A、找基准；

B、刀垫基体外圆边缘和内圆边缘倒角；

C、精磨圆盘形刀垫的两平面；

3.根据权利要求2所述的一种圆盘形刀垫的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中锻造毛坯的组分及其质量百分比为：C：1.25％、Mn：0.58％、Si：0.36％、Cr：11.50％、W：1.20％、V：1.50％、Mo：0.86％、Ni：0.50％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe。

4.根据权利要求2所述的一种圆盘形刀垫的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)和步骤(4)中加热速度s＝T/(Cr_wt+C_wt)℃/h，其中，T为保温温度，单位为℃，Cr_wt为原材料中Cr的质量百分比数值，C_wt为原材料中C的质量百分比数值。

5.根据权利要求2所述的一种圆盘形刀垫的制造方法，其特征在于：所述步骤(4)中圆盘形刀垫的热处理是先加热至560℃保温1.5h，然后加热至740℃保温1.5h，然后再加热至1000℃保温30min后淬火。