CN107350556B - 高碳高铬弹簧钢盘条的锉削剥皮工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高碳高铬弹簧钢盘条的锉削剥皮工艺及其所用锉刀环刀具，剥皮工艺为：用成对设置的锉刀环刀具对高碳高铬弹簧钢盘条表面进行剥皮，所述锉刀环刀具包括锉刀环和设置在锉刀环内部的电动机，所述锉刀环由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿朝外的圆环后焊接而成。本发明的工艺可以在不划伤盘条表面的前提下连续快速剥皮，还在盘条表面还残留了压应力，由此提高了原盘条的抗疲劳能力，而且刀具耗材少，还可实现快速在线更换刀具，实现连续生产的目的，另外，工艺灵活，可根据需要组合不同的机头数量，实现对不同钢种盘条和不同剥皮深度的要求，且质量和精度易于控制，环保性好，铁屑可回收，经济价值高。

Description

高碳高铬弹簧钢盘条的锉削剥皮工艺

技术领域

本发明属于冶金领域，主要涉及一种高碳高铬弹簧钢盘条的锉削剥皮工艺及其所用锉刀环刀具，用以达到盘条表面零缺陷的目的，填补超高强度弹簧钢盘条剥皮的国内空白。

背景技术

随着列车提速、汽车轻量化，车用弹簧要求的疲劳强度成十倍的提高。它们的原料有一种超高强度弹簧钢盘条(一般指高碳高铬弹簧钢，以下简称弹簧盘条)，弹簧盘条的表面必须剥皮，因为盘条表面集中了90％以上的冶金缺陷。另外，任何剥皮弹簧盘条的表面都不希望产生新的残余应力，因为这会降低弹簧的疲劳性能。为此包括剥皮在内的各种加工手段，都要求不能在盘条的表面再产生新的残余应力。

所谓剥皮是指在盘条的表面用机械手段除掉一层表皮。国外钢铁厂商有剥皮弹簧盘条的产品出口，但绝不出口弹簧盘条的剥皮设备。目前盘条剥皮方式有五种，分别是无心刀具车削剥皮、模具剥皮、钢丝轮剥皮、砂带剥皮和砂轮剥皮等。还有一种替代形式——“抛丸+酸洗”，但是由于各种各样的原因，这六种剥皮方式对弹簧盘条的表面都不合格，原因如下：

1.无心刀具车削剥皮的原理，四把或六把刀具围绕盘条公转并进级切削，盘条由动力牵引直线移动，达到连续剥皮目的。无心刀具车削剥皮目前在国内外应用较多，但由于弹簧盘条热轧结束后必须立即退火，因此盘条表面刚度低，通条性差，车刀剥皮后盘条表面贯通的环状螺旋刀痕较深，这样或者容易成为弹簧的疲劳源，或者不利于拉丝。因此弹簧盘条不适用无心刀具车削剥皮，这是全国金属制品第22届年会上江苏星火特钢厂的结论。另外，还有椭圆形盘条也不适合刀具车削剥皮，例如气阀钢盘条的批量太小，小型热轧厂才能组织生产，所以盘条的椭圆度较大。虽然刀具车削剥皮方式对盘条的浪费很大，还会在盘条表面产生新的残余应力，但毕竟还能勉强达到弹簧盘条剥皮目的。

2.模具剥皮是美国发明的，其原理是利用一个类似拉丝模的剥皮模具套在盘条上面，盘条由动力牵引直线移动，拉丝模的环状刀口把盘条表层剥离(拉除)，如果中途模具刀口崩有一个小缺口后果就很严重，只能剪断盘条。实际上模具剥皮在国内实践过程中尚无成功的先例，郑州金属制品研究院和江阴兴澄特钢厂都曾引进过该设备和该工艺，但对于弹簧盘条剥皮都未成功，设备都是闲置不用。

3.钢丝轮剥皮原理，实际上是钢丝轮除锈机，一对钢丝轮(一般直径φ 300mm以上)围绕盘条公转，同时钢丝轮自转(线速度大于500m/min)对盘条进行磨削(除锈)，盘条由动力牵引直线移动，达到连续除锈(磨削)目的。钢丝轮实际上只能对盘条表面磨去氧化层(除锈)，因为氧化层的剥离力小于 40Mpa。而盘条脱碳层的剥离力需要400Mpa以上，钢丝轮根本没有那么大的剥离力对弹簧盘条进行剥皮，因此至今未见钢丝轮对弹簧盘条剥皮成功的报道。何况高速旋转的钢丝轮极易断丝而在盘条表面形成划伤，造成弹簧盘条表面新增残余应力；另外，钢丝轮是通过钢丝端面进行磨削效果，而钢丝端面很容易被磨圆，一旦钢丝端面被磨圆，就失去了磨削的效果，故使用钢丝轮剥皮存在使用周期短、成本高的问题，而且钢丝轮较大，重量大，只能在中间穿孔，让转轴从中间穿过，由此钢丝轮更换时只能从轴上卸除，故拆卸麻烦，费时费力，换一次钢丝轮的时间需要0.5小时-4小时。

4.砂带剥皮的原理，一条或几条较长的布砂带围绕弹簧盘条来回磨削，盘条由动力牵引直线移动，达到连续剥皮(磨削)目的。砂带磨削一般只能剥离盘条表面小于20μm的氧化铁层，而弹簧盘条表面的脱碳层往往超过100μm。由于砂带磨削的剥离力很低，效率也太低，所以砂带剥皮对于弹簧盘条根本就没有实用性，而且有用的铁屑混杂于砂灰中既无法利用又形成环保污染源。据有关厂商使用报道，由于砂带磨损太快，因此砂带剥皮后的弹簧盘条的头尾直径有差别，但是弹簧盘条在没有更好的剥皮方法前也只能将就使用。

5.砂轮剥皮的原理，先将弹簧盘条拉直切断成为小棒材，然后用无心磨床进行表层磨削。这既需要盘条前期作业(拉直切断)，又会产生砂轮灰污染。目前圆锉刀生产企业的高碳钢盘条全部采用无心磨床的剥皮方式，部分的高速工具钢麻花钻生产企业和气阀钢盘条生产企业也采用无心磨床的剥皮方式。

6.另外，还有一种用“抛丸+酸洗”的工艺，替代弹簧盘条剥皮，目前宝钢的活塞环钢盘条就是采用这种“剥皮”方式。但酸洗对弹簧盘条性能的负作用太大，因为酸洗是氢置换过程，必然会存在氢原子进入到弹簧钢中去而引起氢脆的麻烦，会大大降低盘条的抗疲劳性能，而且这种工艺只适合宝钢产弹簧盘条的剥皮，因为宝钢盘条脱碳层薄(≤70μm)。随着环保监管越来越严，目前这种工艺也只能在农村地区半地下式生产。

另外，上述的6种工艺除“抛丸+酸洗”工艺外，其他5种方式均会在盘条表面形成拉应力，因为他们实质都是切削，而切削必然导致拉应力的产生，拉应力会导致抗疲劳性能降低。

发明内容

针对现有盘条剥皮工艺存在的各种缺陷，本发明提供了一种全新的盘条表面剥皮工艺，该工艺可以在不划伤盘条表面的前提下连续快速剥皮，达到盘条表面实现零缺陷的要求，而且，该工艺处理后，不但不在盘条表面形成拉应力而降低原盘条的抗疲劳能力，反而在盘条表面残留了压应力，由此提高了原盘条的抗疲劳能力，生产设备小、设备成本低，设备功率小，能耗低，而且刀具耗材损耗小，生产成本低，还可实现快速在线更换刀具，实现连续生产的目的，另外，工艺灵活，可根据需要组合不同的机头数量，实现对不同钢种盘条和不同剥皮深度的要求，特殊的剥皮刀具使得工艺精度易于控制。

本发明采用的技术方案如下：

高碳高铬弹簧钢盘条的锉削剥皮工艺，用成对设置的锉刀环刀具对高碳高铬弹簧钢盘条表面进行剥皮，所述锉刀环刀具包括锉刀环和设置在锉刀环内部用于带动锉刀环进行自转的电动机，所述锉刀环由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿朝外的圆环后焊接而成。所述锉刀环的锉齿可为粗齿、中齿或细齿。

作为优选，以法向长度计算，粗齿标准为4条齿纹/10mm，中齿标准为7-9 条齿纹/10mm，细齿标准为13条齿纹/10mm。作为优选，焊接后淬回火硬度HRC62 以上。粗齿和中齿锉刀环刀具的材质为9SiCr合金工具钢，热硬性300℃；细齿锉刀环的材质为改良的T12碳素工具钢，在原有T12钢成分中添加了0.15％钼和 0.08％铝，热硬性200℃。T12钢热轧时提高终轧温度至1030℃，增大钢的晶粒度，降低钢的屈强比，达到增强T12钢韧性的目的。

作为优选，所述电动机的功率为，当锉齿为粗齿和中齿时，功率大于450w，当锉齿为细齿时，功率大于350w。

作为优选，所述电动机为通用的电动自行车轮毂电机，其功率为500W。

作为优选，所述锉刀环和电动机之间，还设置有契形紧固装置，用于固定锉刀环。

作为优选，进行剥皮前，将成对设置的锉刀环刀具制作成盘条剥皮机组的机头，所述整个剥皮机头由机头电机用皮带减速传动以实现锉刀环刀具的公转。

进一步地，通过设置在锉刀环内部的电动机控制所述锉刀环刀具的线速度为240-300m/min，通过机头电机控制锉刀环刀具的公转速度为180-220r.p.m。更优地，通过设置在锉刀环内部的电动机控制所述锉刀环刀具的线速度为 300m/min，通过机头电机控制锉刀环刀具的公转速度为200r.p.m，并控制所述锉刀环的直径为185-190mm。

自转取决于锉刀环刀具的线速度限制，自转快锉削就快，但受限于锉刀环刀具材质的热硬性，粗齿和中齿锉刀环刀具的热硬性温度为300℃，细齿为 200℃，一旦高于300m/min，则会容易引起锉刀环刀具的退火，退火会导致锉齿失去锋利，而若使用热硬性高的钢种，也不实际，一方面成本很高，另一方面，热硬性高的钢种不锋利，故确定锉刀环刀具的线速度不超过300m/min。

公转取决于旋转导电环转速，公转越快，产量越高，但是，转速太高找不到合适的旋转导电环。将公转定为180-220r.p.m，很经济实惠合理，是因为目前市场上可选择的风力发电机旋转导电环220r.p.m，而将公转定为200r.p.m，是最经济实惠合理的做法。

进一步地，所述工艺在盘条剥皮机组上完成，若干个盘条剥皮机头组成的机组与盘条牵引装置配合组成盘条剥皮机，所述各盘条剥皮机头内的锉刀环刀具的锉齿类型根据实际需要进行选择配置。

基于实用性考虑，所述锉刀环的直径应该大于96mm。但传统的剁齿机的锉刀条加工长度范围最长只有300mm，这样的锉刀条生产出的锉刀环直径小于 96mm，对于剥皮机而言实用性不强，所以需要加工出长的锉刀条以满足生产出锉刀环直径大于96mm的要求，也就需要对剁齿机进行系统改造。而剁齿机的改造成本非常高，发明人经过多次尝试发现，将传统剁齿机改造到能生产长度为 600mm的已经花费很大的成本，若要继续加大，成本会更高；另一方面，若是锉刀环的直径更大，势必在可选择的电动自行车轮毂电机的转速下线速度更大，在盘条剥皮时锉刀环刀具材质的升温也会明显加快，对钢的热硬性强度要求高，温度过高会发生退火，退火后就会失去锋利而丧失剥皮能力；故发明人优选锉刀环的直径为170-190mm，最优地，所述锉刀环的直径为190mm，是因为从生产成本到使用效果来讲直径超出190mm都不合算，也不合适，发明人经过现有的电机转速进行试验，不但170-190mm的直径可与电动自行车轮毂电机外径匹配，而且电动自行车电机的功率为400-500w，而锉刀齿为粗齿和中齿时，锉刀环需要的功率大于450w，当锉刀齿为细齿时，功率大于350w，即这个功率刚好与电动自行车的轮毂电机功率相匹配，故这个直径使得该锉刀环可与现有的通用轮毂电机匹配，而无需再去额外设计生产符合它的要求的电机，由此大大节约了制造成本。

更优地，锉刀条的尺寸为2.5mm厚×27mm宽×600mm长。其中，27mm宽是传统锉刀条的宽度，故无需改造剁齿机宽度的要求，因为要改造成本会很高，而且，经过验证，在其他参数配合的情况下，该宽度可以满足剥皮需求。

作为优选，所述锉刀环的制备工艺包含如下步骤：

1).改造国内的锉刀剁齿机，使其从原先的只能剁齿300mm长度，改进到能生产出最长长度超过300mm的锉刀条，更优地，使其改造到能生产出最长长度为600mm长度的锉刀条，此种改造已经需要花费巨大投入，若再要加长，费用会更高；

2).生产出长度大于300mm的锉刀条，优选的是长度为540-600mm的单面锉齿的锉刀条，将锉刀条卷圆，更优地，长度为600mm，作为优选，利用两辊式卷圆机对锉刀条进行卷圆，所述锉刀环的锉齿位于外表面。在制造领域，需要卷圆时，大家通常想到的是三辊式卷圆机，它的原理是：先压头(将锉刀条端头压一个弧度出来)，然后将压好头的锉刀条塞入三辊式卷圆机进行卷圆，但是它的卷圆的力很大，只适合厚的板材，这会损伤锉齿，效率也低，发明人一开始也是尝试使用三辊式卷圆机进行卷圆，但是，发现若是直接卷，强大的压力会将锉齿直接压平，故发明人想到事先在卷辊上包硬橡胶后再去卷圆，但是发现非常麻烦，效果也不佳，后面经过大量查询和研究，发现存在两辊式卷圆机，该机器较小，更适合较薄的板材，效率较高，尤其是两辊式卷圆机卷辊上包裹的材料为丁腈聚氨酯(硬橡胶)，该材料软，不会压坏锉齿，而且两辊式卷圆机不需要事先进行压头，可直接将锉刀条端头塞入两辊中间就可以开始卷圆，效率高，省人工，故发明人最终确定使用两辊式卷圆机对锉刀条进行卷圆，这是大量研究和试验后的结果。

3).将卷圆的锉刀条端头进行焊接，再经过热处理加工，成锉刀环。

本发明还公开了一种锉刀环，其特征在于，所述锉刀环由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿朝外的圆环后焊接而成，所述锉刀环的锉齿可为粗齿、中齿或细齿。该锉刀环可专用于高碳高铬弹簧钢盘条表面剥皮工艺，也可以广泛用于其他金属等产品的表面处理。

本发明还公开了上述工艺所用的锉刀环刀具，其特征在于，包含锉刀环和设置在锉刀环内部并带动锉刀环旋转的电动机，所述锉刀环由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿朝外的圆环后焊接而成，所述锉刀环的锉齿可为粗齿、中齿或细齿。该锉刀环刀具可专用于高碳高铬弹簧钢盘条表面剥皮工艺，也可以广泛用于金属等产品的表面处理。

作为优选，所述电动机为通用的电动自行车轮毂电机。

作为优选，所述电动机的功率为，当锉齿为粗齿和中齿时，功率大于450w，当锉齿为细齿时，功率大于350w。

作为优选，所述锉刀环刀具内的电动机引入电源的旋转导电环为小型风电用旋转导电环，其最高允许转速是220r.p.m。

作为优选，所述锉刀环和电动机之间，还设置有契形紧固装置，用于固定锉刀环。

本发明还公开了一种手持式锉刀环刀具，用于替代手持砂轮机，用作高速工具钢的钢坯和钢锭的手工剥皮或修磨，其特征在于，包含锉刀环刀具和设置在锉刀环刀具两边的手柄，所述锉刀环刀具包含锉刀环和设置在锉刀环内部并带动锉刀环旋转的电动机，所述锉刀环由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿朝外的圆环后焊接而成，所述锉刀环的锉齿可为粗齿、中齿或细齿。

本发明还公开了一种剥皮机，其特征在于，所述剥皮机包含盘条牵引装置和若干个盘条剥皮机头组成的机组，所述各盘条剥皮机头均包含成对设置的锉刀环刀具，所述锉刀环刀具包含锉刀环和设置在锉刀环内部并带动锉刀环旋转的电动机，所述锉刀环由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿朝外的圆环后焊接而成，所述锉刀环的锉齿可为粗齿、中齿或细齿，整个剥皮机头由机头电机用皮带减速传动以实现锉刀环刀具的公转，所述各盘条剥皮机头内的锉刀环刀具的锉齿类型根据实际需要进行选择配置，如采用如上所述的剥皮机进行剥皮，可根据实际情况组合排列包含粗、中、细齿的机头组。该剥皮机可专用于高碳高铬弹簧钢盘条表面剥皮工艺，也可用于其他金属产品表面处理。

本发明还公开了上述所用到的锉刀环的制备工艺，包含如下步骤：

1).改造国内的锉刀剁齿机，使其从原先的只能剁齿300mm长度，改进到能生产出最长长度超过300mm的锉刀条，更优地，使其改造到能生产出最长长度为600mm长度的锉刀条；2).生产出长度大于300mm的锉刀条，优选的生产出长度为540-600mm的单面锉齿的锉刀条，最优地，生产出长度为600mm的锉刀条，然后将锉刀条卷圆，所述锉刀环的锉齿位于外表面，优选地，利用两辊式卷圆机进行锉刀条的卷圆；最优地，卷成的圆直径为185-190mm，进一步地，直径为190mm；3).将卷圆的锉刀条端头进行焊接，再经过热处理加工，成锉刀环。

本发明的好处：

1.跟背景技术中所用的6种盘条剥皮工艺相比，其中五种是切削，本发明高碳高铬弹簧钢盘条的锉削剥皮工艺使用的锉刀环刀具的锉纹是负前角，不同于一般刀具都是正前角，因此锉削不是切削是刮削。刮削能在弹簧盘条表面残留压应力，这是一种对弹簧疲劳极为有利的应力，具体好处和原因如下：

锉刀简介：摘录自GB/T5806，锉刀的锉纹有两层，主锉纹与轴线呈65°，锉纹间距较大，先剁齿是底层，锉纹较浅，用途为锉削。辅锉纹与轴线呈45°，锉纹间距较小，后剁齿是表层，锉纹较深，用途是分屑。锉刀由主锉纹进行锉削，由于辅锉纹的存在，主锉纹的锉刃是间断的，也就是在全宽的锉刃上有许多分屑槽，这样就能使锉屑碎断，锉纹不易被锉屑堵塞。

锉削原理：金属切削原理表明切屑形成的过程是，金属材料的切削层受到刀具前刀面的挤压，产生以滑移为主的塑性变形过程。挤压分正挤压和偏挤压，切削是一种偏挤压行为。当材料受到偏挤压时，材料的一部分受挤压，OB线以下材料由于母体阻碍不能沿AB线滑移，只能沿OM线滑移。切削与偏挤压情况类似，材料在刀具前刀面的偏挤压(剪切应力)下发生弹性变形，随着剪切应力增大，达到屈服点，于是材料产生塑性变形沿OM线滑移，剪切应力与滑移量继续增大，最终超过材料的断裂强度，导致切屑与母体脱离。

锉削本质：由于锉刀是由方向相同和高度一致的锉纹组合而成的多刃刀具，主锉纹与辅锉纹的对轴线夹角不同，主锉纹与辅锉纹的锉纹间距也不同，所以在材料表面进行多层次锉削后的锉痕相互交叉不完全重叠。如果由粗齿、中齿和细齿锉刀环刀具组成的多层次锉削，其锉纹间距更不同，这样一来材料表面的锉痕似犬牙交错，极不易引起残余应力集中。

锉纹是负前角(GB/T5806规定：-6°～-14°)，一般的切削刀具是正前角，因为剁齿机剁不出正前角的锉纹，所以锉纹是负前角。前角是决定刀具切削性能最重要的几何参数，负前角显著增大了刀具的楔入角，因此实际上锉削不应该称切削，而是一种低效率的刮削。但锉纹也因负前角而不容易崩刃，弹簧盘条最忌讳崩刃引起的擦伤盘条表面。同时，由于刀具负前角，刀具对被切削材料表面会产生挤光效应，材料表面会因挤光效应而形成残余压应力。

理论证明刮削在弹簧盘条表面残留的锉痕实际上是压应力，这就是锉削剥皮工艺为什么具有绝对优势，这也是弹簧盘条为什么只适用锉削剥皮的根本原因。因为弹簧盘条表面残留的压应力对弹簧疲劳性能最有利，我们当初就是为了解决活塞环钢盘条剥皮而发明旋转锉削剥皮工艺和锉刀环刀具。

2.突破的技术偏见和独到创新

传统的锉刀是用于水平往复断续使用，以前没有人想到将其做成圆环来连续使用，而且，将其做成圆环难度也大，其驱动方式也不能适用现有模式，具体有：

(1)常规锉刀条的限制：常规的锉刀长度受制于传统的剁齿机的结构最长为300mm长，这个已经是使用很久的通用标准，而现有的钢丝轮长度为直径 350-400mm，远远长于传统锉刀的极限使用长度，而且钢丝轮宽度为40-45mm宽，而锉刀宽度只有27mm宽，相差很大，人们不会轻而易举想到，而且即使想到，锉刀的生产受到传统行业发展的限制，要制造加大尺寸的锉刀，单从机器改造上来讲就需要付出很大的代价。

(2)锉刀条卷圆的难处：在制造领域，需要卷圆时，大家通常想到的是三辊式卷圆机，它的原理是：先压头(将锉刀条端头压一个弧度出来)，然后将压好的头塞入三辊式卷圆机进行卷圆，但是它的卷圆力很大，只适合厚的板材，而且会损伤锉齿，效率也低，发明人一开始也是尝试使用三辊式卷圆机进行卷圆，但是，发现若是直接卷，强大的压力会将锉齿直接压平，故发明人想到事先在卷辊上包硬橡胶后再去卷圆，但是发现非常麻烦，效果也不佳，后面经过大量查询和研究，发现存在两辊式卷圆机，该机器较小，更适合较薄的板材，效率较高，尤其是两辊式卷圆机卷辊上包裹的材料为丁腈聚氨酯(硬橡胶)，该材料软，不会压坏锉齿，而且两辊式卷圆机不需要事先进行压头，可直接将锉刀条端头塞入两辊中间就可以开始卷圆，效率高，省人工，故发明人最终确定使用两辊式卷圆机对锉刀条进行卷圆，这是大量研究和试验后的结果。

(3)锉刀环的驱动问题：因为剁齿机的改造成本非常高，将锉刀条做到 600mm长已经非常不易，这就决定了锉刀轮相对于钢丝轮而言直径小很多，即不能直接替代钢丝轮用于钢丝轮除锈机进行盘条剥皮，因为钢丝轮大，一般钢丝轮中间穿孔，传动轴从中穿过带动它旋转，而本发明的锉刀环磨损较快，需要经常更换，故决定了锉刀环需要重新选择驱动方式，发明人经过长时间研究和尝试，发现可直接将轮毂电机设置在锉刀环内部成锉刀环刀具，拆装更换方便省时省力，并最终优选出了可用的通用件，即通用的电动自行车轮毂电机，这也正好促成了锉刀环刀具可实现在线快速更换的好处，解决了传统钢丝轮更换费时费力的问题，可以设计成快速(≤0.5min)在线更换机头中的锉刀环刀具，让弹簧盘条的连续剥皮不受影响。

(4)自转、公转速度的界定：

自转取决于锉刀环刀具的线速度限制，自转快锉削就快，但受限于锉刀环刀具材质的热硬性，粗齿和中齿锉刀环刀具的热硬性温度为300℃，细齿为 200℃，一旦高于300m/min，则会容易引起锉刀环刀具的退火，退火会导致锉齿失去锋利，而若使用热硬性高的钢种，也不实际，一方面成本很高，另一方面，热硬性高的钢种不锋利。

公转取决于旋转导电环转速，公转越快，产量越高，但是，转速太高找不到合适的旋转导电环。将公转定为180-220r.p.m，很经济实惠合理，是因为目前市场上可选择的风力发电机旋转导电环220r.p.m。

发明人经过研究，从各方面考虑，最终优选，控制锉刀环刀具的线速度为 300m/min，公转速度为200r.p.m。

3.本发明的锉刀环的剥皮方法比钢丝轮的剥离力大得多，钢丝轮根本无法剥皮，只能除锈，而锉刀环刀具能够轻而易举剥皮150微米深度，并且高速旋转的钢丝轮极易断丝而在盘条表面形成划伤，造成弹簧盘条表面新增残余应力；另外，锉刀环刀具的锉纹是钝角，不同于一般的切削刀具由于有出屑槽所以都是很小的锐角，因此锉刀环刀具不会因断齿而擦伤弹簧盘条表面。

4.成本低：不但装备成本低，而且工艺成本低。

锉刀环的制造上运用的设备几乎都是现有的设备，锉刀环刀具和剥皮机组上几乎所有的零部件大部使用的标准件通用件，大大降低了装备制造成本，而在剥皮中使用的被磨损的锉刀环较现有剥皮工艺中用到的被磨损件而言成本低很多，如无心车刀剥皮工艺的成本在1000元/吨左右，本申请的采用锉刀环加工的价格能有大幅度下降，实用性极强。

5.旋转锉削剥皮对弹簧盘条没有刚度和通条性要求，也适合对椭圆弹簧盘条进行剥皮(小众弹簧钢品种的盘条批量实在太小，一般只能在条件差的小型特钢厂热轧，故一般都呈椭圆)。

6.本发明环保性好，利于铁屑回收。砂轮剥皮时会产生高出铁屑量五倍以上的砂轮灰，锉刀环刀具进行锉削剥皮时只有铁屑。因此锉削工艺非常适用于高速工具钢钢锭和钢坯的剥皮，锉削剥皮时工人只需把砂轮机换成手持式电动锉刀环刀具，锉削剥皮可回收铁屑内的合金元素(普通高速工具钢的铁屑价格就高达￥1.8万元)，能创造出巨大的经济价值，仅江苏省丹阳市每年就可以回收价值达￥5000万元的含合金元素的铁屑。另外，特别重要的是锉削剥皮不产生砂轮灰，没有了环保公害，利国利民。

7.关于与现有已经存在的旋转锉刀的比较

上世纪八十年代出现了一种旋转锉刀，但是两者之间无论是材质还是切削原理都大相径庭。旋转锉刀的设计理念是做出来用于代替铣刀的，其产品标准也不在锉刀国标内，其刀具上的锉纹都是正前角的，直径小于20mm，相同线速度情况下磨损是锉刀环刀具的数十倍，假定锉刀环刀具的更换间隔为半个班 (240min)，那么旋转锉刀的更换间隔有可能短至5min，无论是连续生产还是生产成本都不现实，另外，正因为其直径非常小，根本不可能用于盘条剥皮，原因是旋转锉刀需要电机带动才能运转，而电机的直径比旋转锉刀直径大很多，而要剥皮的话，需要两个旋转锉刀相配合形成一对，而旋转锉刀间的间距会因为电机的直径很大，远远大于盘条直径，无法设计传动。所述从机械结构的角度上来讲根本无法实现用旋转锉刀进行盘条剥皮加工；而且旋转锉刀材质为粉末冶金硬质合金，俗称钨钢，成本高于锉刀环刀具三倍以上，工作时转速很快，达到8000r/min以上，通常用于生产模具用，是很难得使用的工具，故不可能用于盘条剥皮。所以旋转锉刀问世三十年来至今未见旋转锉刀用于弹簧盘条剥皮的尝试报道，还有一个事实就是国内至今没有任何形式的可实用的弹簧盘条剥皮机。

故与本发明的锉刀环刀具相比完全不是一个概念，对于本发明没有启示。

故，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的高碳高铬弹簧钢盘条的锉削剥皮工艺，可实现连续高速锉削，补充现有的车削、铣削、磨削、钻削等切削方式的不足，锉削是一种小进级量的切削方式，由于锉纹是负前角，所以对弹簧盘条表面能够残留压应力，非常适用于弹簧盘条的剥皮，创新出一种新型的锉刀环刀具，将改进的锉刀条卷圆再配以合适的驱动电机而制成锉刀环刀具，这些设计从头到尾都是新，是新的创造，从设计理念到实际的生产过程、生产辅助装置的选择和改进、生产参数的确定，不是随便耗费了大量的研发试验费用就能实现的，而全都是智慧的结晶，利用其生产，不但没有如现有技术的环保性低、降低盘条的抗疲劳性等缺点，反而在环保性的基础上通过在盘条表面残留了新的压应力而提高了盘条的抗疲劳性，解决了人们一直想解决而没有解决的问题，而且获得了其他很多好处，实用性极强，具有极大的经济价值，值得推广。

附图说明

图1为锉刀环的结构示意图；

图2为手持式锉刀轮的结构示意图；

图3锉刀的负前角锉纹与普通的正前角刀刃的对比结构示意图；

图4是锉刀的主锉纹和辅锉纹的结构示意图；

图5是偏挤压和刀具切削作用原理；

图6是切削时切屑与母体脱离示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面的实例。

如图1-6所示，高碳高铬弹簧钢盘条的锉削剥皮工艺，其特征在于，用成对设置的锉刀环刀具对高碳高铬弹簧钢盘条表面进行剥皮，所述锉刀环刀具包括锉刀环1和设置在锉刀环内部用于带动锉刀环进行自转的电动机，所述锉刀环1由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿1.1朝外的圆环后焊接而成，所述锉刀环的锉齿为粗齿、中齿或细齿。

以法向长度计算，粗齿标准为4条齿纹/10mm，中齿标准为7-9条齿纹/10mm，细齿标准为13条齿纹/10mm。焊接后淬回火硬度HRC62以上。粗齿和中齿锉刀环刀具的材质为9SiCr合金工具钢，热硬性300℃；细齿锉刀环的材质为改良的 T12碳素工具钢，在原有T12钢成分中添加了0.15％钼和0.08％铝，热硬性200℃。 T12钢热轧时提高终轧温度至1030℃，增大钢的晶粒度，降低钢的屈强比，达到增强T12钢韧性的目的。

所述电动机为通用的电动自行车轮毂电机,其功率为500W。

所述锉刀环和电动机之间，还设置有连接装置如契形紧固装置，用于固定锉刀环。

进行剥皮前，将成对设置的锉刀环刀具制作成盘条剥皮机组的机头，所述整个剥皮机头由机头电机用皮带减速传动以实现锉刀环刀具的公转。

通过设置在锉刀环内部的电动机控制锉刀环刀具的线速度为300m/min，通过电机控制锉刀环刀具的公转速度为200r.p.m。所述锉刀环的直径为190mm。

所述工艺在盘条剥皮机组上完成，若干个盘条剥皮机头组成的机组与盘条牵引装置配合组成盘条剥皮机，所述各盘条剥皮机头内的锉刀环刀具的锉齿类型根据实际需要进行选择配置。

锉刀条的尺寸为2.5mm厚×27mm宽×600mm长。其中，27mm宽是传统锉刀条的宽度，故无需改造剁齿机宽度的要求，因为要改造成本会很高，而且，经过验证，在其他参数配合的情况下，该宽度可以满足剥皮需求。

一种专用于高碳高铬弹簧钢盘条表面剥皮的锉刀环，其特征在于，所述锉刀环1由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿1.1朝外的圆环后焊接而成，所述锉刀环的锉齿为粗齿、中齿或细齿。

一种专用于高碳高铬弹簧钢盘条表面剥皮的锉刀环刀具，其特征在于，包含锉刀环和设置在锉刀环内部并带动锉刀环旋转的电动机，所述锉刀环1由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿1.1朝外的圆环后焊接而成，所述锉刀环的锉齿为粗齿、中齿或细齿。

所述电动机为通用的电动自行车轮毂电机。

所述锉刀环刀具内的电动机引入电源的旋转导电环为小型风电用旋转导电环，其最高允许转速是220r.p.m。

所述锉刀环和电动机之间，还设置有契形紧固装置，用于固定锉刀环。

一种手持式锉刀环刀具，用于替代手持砂轮机，用作钢坯和钢锭的手工剥皮或修磨，其特征在于，包含锉刀环刀具和设置在锉刀环刀具两边的手柄，所述锉刀环刀具包含锉刀环和设置在锉刀环内部并带动锉刀环旋转的电动机，所述锉刀环由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿朝外的圆环后焊接而成，所述锉刀环的锉齿为粗齿、中齿或细齿，所述锉刀环与电动机之间设有连接装置。所述电动机为通用的电动自行车轮毂电机。

一种专用于高碳高铬弹簧钢盘条表面剥皮的剥皮机，其特征在于，所述剥皮机包含盘条牵引装置和若干个盘条剥皮机头组成的机组，所述各盘条剥皮机头均包含成对设置的锉刀环刀具，所述锉刀环刀具包含锉刀环和设置在锉刀环内部并带动锉刀环旋转的电动机，所述锉刀环由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿朝外的圆环后焊接而成，所述锉刀环的锉齿为粗齿、中齿或细齿，整个剥皮机头由机头电机用皮带减速传动以实现锉刀环刀具的公转，所述各盘条剥皮机头内的锉刀环刀具的锉齿类型根据实际需要进行选择配置，如采用如上所述的剥皮机进行剥皮，可根据实际情况组合排列包含粗、中、细齿的锉刀环刀具的机头组。

上述锉刀环的制备工艺，包含如下步骤：

1).改造国内的锉刀剁齿机，使其从原先的只能剁齿300mm长度，改进到能生产出最长为600mm长度的锉刀条，此种改造已经需要花费巨大投入，若再要加长，费用会更高；

2).生产出长度为600mm的单面锉齿的锉刀条，将锉刀条利用两辊式卷圆机进行卷圆，所述锉刀环的锉齿位于外表面。

3).将卷圆的锉刀条端头进行焊接，再经过热处理加工，成锉刀环。

关于锉削：锉刀简介摘录自GB/T5806，锉刀的锉纹有两层(见图4)，主锉纹与轴线呈65°，锉纹间距较大，先剁齿是底层，锉纹较浅，用途为锉削。辅锉纹与轴线呈45°，锉纹间距较小，后剁齿是表层，锉纹较深，用途是分屑。锉刀由主锉纹进行锉削，由于辅锉纹的存在，主锉纹的锉刃是间断的，也就是在全宽的锉刃上有许多分屑槽，这样就能使锉屑碎断，锉纹不易被锉屑堵塞。

锉削原理：金属切削原理表明切屑形成的过程是，金属材料的切削层受到刀具前刀面的挤压，产生以滑移为主的塑性变形过程。挤压分正挤压和偏挤压，切削是一种偏挤压行为。当材料受到偏挤压时(见图5)，材料的一部分受挤压， OB线以下材料由于母体阻碍不能沿AB线滑移，只能沿OM线滑移。切削与偏挤压情况类似，材料在刀具前刀面的偏挤压(剪切应力)下发生弹性变形，随着剪切应力增大，达到屈服点，于是材料产生塑性变形沿OM线滑移，剪切应力与滑移量继续增大，最终超过材料的断裂强度，导致切屑与母体脱离(见图6)。

锉削本质：由于锉刀是由方向相同和高度一致的锉纹组合而成的多刃刀具，主锉纹与辅锉纹的对轴线夹角不同，主锉纹与辅锉纹的锉纹间距也不同，所以在材料表面进行多层次锉削后的锉痕相互交叉不完全重叠。如果由粗齿、中齿和细齿锉刀环刀具组成的多层次锉削，其锉纹间距更不同，这样一来材料表面的锉痕似犬牙交错，极不易引起残余应力集中。

锉纹是负前角(GB/T5806规定：-6°～-14°,见图3)，一般的切削刀具是正前角，因为剁齿机剁不出正前角的锉纹，所以锉纹是负前角。前角是决定刀具切削性能最重要的几何参数，负前角显著增大了刀具的楔入角，因此实际上锉削不应该称切削，而是一种低效率的刮削(见图6)。但锉纹也因负前角而不容易崩刃，弹簧盘条最忌讳崩刃引起的擦伤盘条表面。同时，由于刀具负前角，刀具对被切削材料表面会产生挤光效应，材料表面会因挤光效应而形成残余压应力。

理论证明刮削在弹簧盘条表面留下的锉痕实际上是压应力，这就是锉削剥皮工艺为什么具有绝对优势，这也是弹簧盘条为什么只适用锉削剥皮的根本原因。因为弹簧盘条表面的压应力对弹簧疲劳性能最有利，我们当初就是为了解决活塞环钢盘条剥皮而发明旋转锉削剥皮工艺和锉刀环刀具。

本发明的高碳高铬弹簧钢盘条的锉削剥皮工艺，可实现连续高速锉削，补充现有的车削、铣削、磨削、钻削等切削方式的不足，锉削是一种小进级量的切削方式，由于锉纹是负前角，所以对弹簧盘条表面能够残留压应力，非常适用于弹簧盘条的剥皮，创新出一种新型的锉刀环刀具，将改进的锉刀条卷圆再配以合适的驱动电机而制成锉刀环刀具，这些设计从头到尾都是新，是新的创造，从设计理念到实际的生产过程、生产辅助装置的选择和改进、生产参数的确定，不是随便耗费了大量的研发试验费用就能实现的，而全都是智慧的结晶，利用其生产，不但没有如现有技术的环保性低、降低盘条的抗疲劳性等缺点，反而在环保性的基础上通过在盘条表面残留了新的压应力而提高了盘条的抗疲劳性，解决了人们一直想解决而没有解决的问题，而且获得了其他很多好处，实用性极强，具有极大的经济价值，值得推广。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.高碳高铬弹簧钢盘条的锉削剥皮工艺，其特征在于，用成对设置的锉刀环刀具对高碳高铬弹簧钢盘条表面进行剥皮，所述锉刀环刀具包括锉刀环和设置在锉刀环内部的电动机，所述锉刀环由具有单面锉齿的锉刀条卷成锉齿朝外的圆环后焊接而成；所述锉刀环的制备工艺包含如下步骤：

1）.改造国内的锉刀剁齿机，使其能生产出长度大于300mm的锉刀条；

2）.生产出长度大于300mm的单面锉齿的锉刀条，将锉刀条卷圆，卷成锉齿朝外的圆环；

3）.将卷圆的锉刀条端头进行焊接，再经过热处理加工，成锉刀环；

利用两辊式卷圆机对锉刀条进行卷圆。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，进行剥皮前，将成对设置的锉刀环刀具制作成盘条剥皮机组的机头，机头由机头电机用皮带减速传动以实现锉刀环刀具的公转；所述工艺在盘条剥皮机组上完成，若干个盘条剥皮机头组成的机组与盘条牵引装置配合组成盘条剥皮机，所述各盘条剥皮机头内的锉刀环刀具的锉齿类型根据实际需要进行选择配置。

3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，通过设置在锉刀环内部的电动机控制锉刀环刀具的线速度为240-300m/min，通过电机控制锉刀环刀具的公转速度为180-220r.p.m。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤1）和步骤2）中，改造出能生产出最长长度为600mm锉刀条的剁齿机，并生产出长度为540-600mm的锉刀条。

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