CN105128040B - 钛合金激光熔覆高速食品切割刀头及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钛合金激光熔覆高速食品切割刀头及制造方法，使得钛合金与工具钢能够间接结合，解决了钛合金与铁相元素无法进行冶金结合，会产生非金属结构导致结合脆弱的技术障碍。其中，制造方法包括：步骤一，对钛合金基底进行激光软化；步骤二，喷射高速镍合金粉末嵌入软化后的所述钛合金基底，在所述钛合金基底上形成镍合金层；步骤三，在所述镍合金层上激光熔覆高硬度工具钢，形成刀刃层。

Description

钛合金激光熔覆高速食品切割刀头及制造方法

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术和刀具制造技术，特别是涉及钛合金激光熔覆高速食品切割刀头及制造方法。

背景技术

钛合金是以钛为基础加入其它元素而组成的合金，具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点。

钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60％，因此钛合金相对于钢铁来说具有密度低、质量轻的优势，可以降低运动零件的惯性质量，而钛合金的比强度高，可以用较小的截面来满足强度要求，这可以缩小零件的尺寸，从而减轻相关零件的负载应力，在工业中有着广泛的应用前景。

但是，钛合金也具有成形性不好及焊接性能差等缺陷，限制了其应用范围。因此，如何克服钛合金的缺点，使其能在工业中广泛应用，是有待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种钛合金激光熔覆高速食品切割刀头及制造方法，使得钛合金与工具钢能够间接结合，解决了钛合金与铁相元素无法进行冶金结合，会产生非金属结构导致结合脆弱的技术障碍。

为了实现上述目的，本发明提供了一种钛合金激光熔覆高速食品切割刀头的制造方法，包括：

步骤一，对钛合金基底进行激光软化；

步骤二，喷射高速镍合金粉末嵌入软化后的所述钛合金基底，在所述钛合金基底上形成镍合金层；

步骤三，在所述镍合金层上激光熔覆高硬度工具钢，形成刀刃层。

优选的，上述的制造方法中，还包括：

对所述刀刃层进行修整打磨，形成刀刃。

优选的，上述的制造方法中，所述钛合金基底和所述镍合金层构成圆盘形，所述刀刃层位于所述圆盘形的外周缘。

本发明还提供一种采用上述制造方法制造的钛合金激光熔覆高速食品切割刀头，包括：

钛合金基底；

镍合金层，形成在所述钛合金基底上；

由高硬度工具钢形成的刀刃层，通过激光熔覆在所述镍合金层上。

优选的，上述的切割刀头中，所述钛合金基底和所述镍合金层构成圆盘形，所述刀刃层位于所述圆盘形的外周缘，所述刀刃层上形成刀刃。

优选的，上述的切割刀头中，所述圆盘形的中心具有中心通孔，所述中心通孔的半径为所述圆盘形半径的1/5至1/4。

优选的，上述的切割刀头中，所述圆盘形的外侧面具有环形凹槽，所述环形凹槽的外周缘具有弧形过度圆角。

优选的，上述的切割刀头中，所述环形凹槽的底部具有对称分布的两个通孔。

优选的，上述的切割刀头中，所述刀刃向所述圆盘形的内侧面倾斜，所述刀刃与竖直方向的夹角为8度至28度。

优选的，上述的切割刀头中，在所述圆盘形上绕所述中心通孔设置有多个安装孔。

本发明实施例具有以下技术效果：

1)本发明实施例中，运用激光技术进行了多层熔覆，先利用镍合金与钛合金先熔覆结合，然后再在镍合金上熔覆工具钢，从而使得钛合金与工具钢能够间接结合，解决了钛合金与铁相元素无法进行冶金结合，会产生非金属结构导致结合脆弱的技术障碍。

2)本发明实施例中，刀具主体采用钛合金，它可以降低刀具重量达50％。

3)本发明实施例中，中心通孔的半径为圆盘形半径的1/5至1/4，采用这种形状设计，能够在保障刀具强度的基础上有效减小刀具的重量。并且，进一步采用环形凹槽这种对称分布结构在尽量保障强度的条件下减小刀具的重量。

4)本发明实施例中，刀刃向所述圆盘形的内侧面倾斜，所述刀刃与竖直方向的夹角为8度至28度。采用此种角度，不但有利于刀刃凸出，而且弯曲角度不大，可以维系连接处的强度。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明方法实施例的步骤流程图；

图2是本发明高速食品切割刀头的主视图；

图3是图2中AA方向的剖视图；

图4是本发明激光熔覆的示意图。

具体实施方式

图1是本发明一个方法实施例的步骤流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种钛合金激光熔覆高速食品切割刀头的制造方法，包括：

步骤101，对钛合金基底进行激光软化；

步骤102，喷射高速镍合金粉末嵌入软化后的所述钛合金基底，在所述钛合金基底上形成镍合金层；

步骤103，在所述镍合金层上激光熔覆高硬度工具钢，形成刀刃层。

可见，本发明实施例中，运用激光技术进行了多层熔覆，先利用镍合金与钛合金先熔覆结合，然后再在镍合金上熔覆工具钢，从而使得钛合金与工具钢能够间接结合，解决了钛合金与铁相元素无法进行冶金结合，会产生非金属结构导致结合脆弱的技术障碍。

在步骤103之后，还包括：对所述刀刃层进行修整打磨，形成刀刃。此步骤可通过机床加工完成。

其中，所述钛合金基底和所述镍合金层构成圆盘形，所述刀刃层位于所述圆盘形的外周缘。

图2是本发明高速食品切割刀头的主视图，图3是图2中AA方向的剖视图，如图2图3所示，本发明实施例还提供了一种采用以上制造方法制造的钛合金激光熔覆高速食品切割刀头，包括：

钛合金基底21；

镍合金层(图中未标示)，形成在所述钛合金基底上；

由高硬度工具钢形成的刀刃层22，通过激光熔覆在所述镍合金层上。

如图2所示，所述钛合金基底21和所述镍合金层构成圆盘形，所述刀刃层22位于所述圆盘形的外周缘，所述刀刃层上形成刀刃。

所述圆盘形的中心具有中心通孔211，所述中心通孔的半径为所述圆盘形半径的1/5至1/4。采用这种形状设计，能够在保障强度的基础上有效减小刀具的重量。

参考图3所示，圆盘形内凹的一侧(图中右侧)为内侧面，外凸的一侧(图中左侧)为外侧面，参考图2图3，所述圆盘形的外侧面具有环形凹槽212，所述环形凹槽的外周缘具有弧形过度圆角。采用环形凹槽进一步减小了刀具的重量，环形凹槽的外周采用弧形过度，可以减小应力集中。

所述环形凹槽的底部具有对称分布的两个通孔213。

参考图3所示，所述刀刃向所述圆盘形的内侧面倾斜，所述刀刃与竖直方向的夹角为8度至28度。采用此种角度，不但有利于刀刃凸出，而且倾斜、弯曲角度不大可以维系连接处的强度。

在所述圆盘形上绕所述中心通孔设置有多个安装孔214。

其中，高硬度工具钢，一般指硬度在HRC60以上的工具钢，例如高碳工具钢：T7A、T8A、T10A。本发明实施例中，高硬度工具钢可以选用H13或钴铬钨硬质合金。本发明实施例中的钛合金例如Ti64，镍合金例如铬镍铁合金或镍铁合金。

可见，本发明实施例借助先进制造技术设计制造一款高速切割刀头，此刀头可以用来切割高附加值食品肉类。在新设计中优化了刀具设计，并采用轻质材料——钛合金，它可以降低刀具重量达50％。同时刀具刀刃寿命也会提高。此新刀具可以减少食品浪费，并适用于多种肉类食品。

在本发明实施例中，刀刃部分采用激光熔覆技术来熔覆高硬度材料来增强刀刃硬度，以便延长刀具寿命。钛合金是一种轻质量高韧性材料，但是其硬度不足以达到刀具要求。高硬度工具钢会通过激光熔覆在刀具基层表面，构造一个刀刃，熔覆后的表面会利用机床修整打磨，最后形成锋利的刀刃。钛合金焊接熔覆性能较差，直接激光熔覆无法完成这个任务，因为会有明显的裂纹和孔洞在熔覆层内。而且钛合金与铁相元素无法进行冶金结合，它们会产生非金属结构导致结合脆弱。

图4是本发明激光熔覆的示意图。如图4所示，在本发明实施例中运用创新激光技术进行多层熔覆，利用另一种金属粉末(镍合金)与钛合金先熔覆结合，然后再在另一种金属上熔覆工具钢，达到所需要的硬度和厚度。在首次熔覆时会运用激光软化喷射技术，先行用激光软化钛合金材料，然后喷射高速镍合金粉末嵌入钛合金基底。然后利用较好的镍基铁基焊接性来进行二次熔覆。

由上可知，本发明具有以下优势：

1)本发明实施例中，运用激光技术进行了多层熔覆，先利用镍合金与钛合金先熔覆结合，然后再在镍合金上熔覆工具钢，从而使得钛合金与工具钢能够间接结合，解决了钛合金与铁相元素无法进行冶金结合，会产生非金属结构导致结合脆弱的技术障碍。

2)本发明实施例中，刀具主体采用钛合金，它可以降低刀具重量达50％。

3)本发明实施例中，中心通孔的半径为圆盘形半径的1/5至1/4，采用这种形状设计，能够在保障刀具强度的基础上有效减小刀具的重量。并且，进一步采用环形凹槽这种对称分布结构在尽量保障强度的条件下减小刀具的重量。

4)本发明实施例中，刀刃向所述圆盘形的内侧面倾斜，所述刀刃与竖直方向的夹角为8度至28度。采用此种角度，不但有利于刀刃凸出，而且弯曲角度不大，可以维系连接处的强度。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种钛合金激光熔覆高速食品切割刀头的制造方法，其特征在于，包括：

步骤一，对钛合金基底进行激光软化；

步骤二，喷射高速镍合金粉末嵌入软化后的所述钛合金基底，在所述钛合金基底上形成镍合金层；

步骤三，在所述镍合金层上激光熔覆高硬度工具钢，形成刀刃层。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包括：

对所述刀刃层进行修整打磨，形成刀刃。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，

所述钛合金基底和所述镍合金层构成圆盘形，所述刀刃层位于所述圆盘形的外周缘。

4.一种采用权利要求1所述制造方法制造的钛合金激光熔覆高速食品切割刀头，其特征在于，包括：

钛合金基底；

镍合金层，形成在所述钛合金基底上；

由高硬度工具钢形成的刀刃层，通过激光熔覆在所述镍合金层上。

5.根据权利要求4所述的钛合金激光熔覆高速食品切割刀头，其特征在于，

所述钛合金基底和所述镍合金层构成圆盘形，所述刀刃层位于所述圆盘形的外周缘，所述刀刃层上形成刀刃。

6.根据权利要求5所述的钛合金激光熔覆高速食品切割刀头，其特征在于，所述圆盘形的中心具有中心通孔，所述中心通孔的半径为所述圆盘形半径的1/5至1/4。

7.根据权利要求6所述的钛合金激光熔覆高速食品切割刀头，其特征在于，所述圆盘形的外侧面具有环形凹槽，所述环形凹槽的外周缘具有弧形过度圆角。

8.根据权利要求7所述的钛合金激光熔覆高速食品切割刀头，其特征在于，所述环形凹槽的底部具有对称分布的两个通孔。

9.根据权利要求8所述的钛合金激光熔覆高速食品切割刀头，其特征在于，所述刀刃向所述圆盘形的内侧面倾斜，所述刀刃与竖直方向的夹角为8度至28度。

10.根据权利要求6所述的钛合金激光熔覆高速食品切割刀头，其特征在于，在所述圆盘形上绕所述中心通孔设置有多个安装孔。