CN108673074B - 一种石材切断刀具的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种石材切断刀具及其制造方法，石材切断刀具包括刀轮、刀盘和定位销，刀轮上设有中心孔、刀刃和冷却槽，冷却槽的布置轨迹是抛物线，刀轮与刀盘通过定位销连接在一起，并且冷却槽的一端暴露于刀盘外边缘之外。制造方法包括制备刀轮坯和刀盘坯、在刀轮坯上加工抛物线轨迹的冷却槽、在刀盘坯上铣削盘筋、钻削定位孔A和定位孔B、磨削刀轮坯和刀盘坯彼此相对的表面、对刀盘坯整体淬火、通过定位销连接刀轮坯和刀盘坯以及焊接刀轮坯与刀盘坯；采用本发明的技术方案，刀具工作时仅刀轮参与工作，刀轮两侧由刀盘固定，增加了刀具整体的强度和韧性，冷却液流经冷却槽后喷洒至工件表面，将刀轮和工件上的切削刃吸收，延长了刀具使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于石材加工工艺装备技术领域，尤其涉及一种石材切断刀具及其制造方法。
背景技术
随着石材加工行业的发展壮大，石材加工工艺过程中所需使用的切割刀具的需求量也日益增加，在目前的市场上，提供了多种用于切割石材的切割刀具，目前，应用最广泛的用于切割石材的刀具主要为刀轮，一般由整体硬质合金制造的，它在石材上滚动，利用有刀尖角的刃口切割石材，工业上切石材寿命高的为15万米左右，一般为5 至6万米。但是，这类刀轮的寿命仍未能很好地满足要求。现有技术中还有一类立式刀具，这种刀具在工作时不能沿着刀具的轴向作进给运动，立式刀具的外周面上一般设置有主刀刃，端面上设置有副刀刃，这类立式刀具应用十分广泛，在立式刀具长期使用时，由于其与工件之间的相对运动产生了大量的切削热，若不及时排出，则会烧坏刀具，影响刀具的使用寿命，并使工件加工质量降低，现有技术中一般在加工机床上设置相应的冷却管，通过冷却管将冷却液输送至立式刀具与工件之间间隙处，采用这种冷却方式，由于冷却管设置方向只能朝着一个方向，因而只能使刀具局部冷却，对刀具的冷却效果不佳，另一种冷却方式，是在刀具中心打孔，向刀具中心孔内送入冷却液进行冷却，这种方式虽然提高了立式刀具的冷却效果，但是贯通的冷却孔却将立式刀具的强度降低，使刀具无法对硬度较大的工件进行切削加工，同样影响了刀具的使用寿命，例如，公开号为：“CN102000959A”的专利文献，公开了一种机械加工技术领域的内孔冷却硬质合金螺纹高速成形刀具制造方法，首先将硬质合金刀轮进行磨削加工，然后再硬质合金刀轮上打冷却孔并进行PCD片焊接，最后使用慢走丝切割机对PCD片进行线切割，实现刀具制造。采用该发明的技术方案，由于刀具中心孔贯通刀具整体，使刀具本身的结构强度大打折扣，影响了刀具的使用寿命和切削加工能力，同时，制造工艺较为复杂，制造成本较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种石材切断刀具及其制造方法；
本发明通过以下技术方案得以实现；
本发明提供一种石材切断刀具及其制造方法，所述石材切断刀具包括刀轮、刀盘和定位销，所述刀轮具有中心孔，所述刀轮外周面轮廓构成刀刃，所述刀轮两侧面上均设有多条冷却槽，所述冷却槽的一端与所述中心孔连通，另一端向所述刀轮外周面延伸，所述冷却槽在所述刀轮上的布置轨迹是抛物线，所述刀轮上设有多个贯穿其两侧面的定位孔A，所述刀盘上设有相应的定位孔B，所述定位销分别贯穿定位孔A和定位孔B，将所述刀轮和刀盘连接在一起，并且所述刀盘盖合于所述冷却槽之上，使所述冷却槽外侧一端暴露于所述刀盘外边缘之外。
所述冷却槽的宽度是所述中心孔孔径的十六分之一至十二分之一，所述冷却槽的深度是所述刀轮厚度的五分之一至四分之一。
所述冷却槽的数量为6条至10条，并以所述中心孔为旋转中心按圆周阵列方式均匀地布置于所述刀轮侧面上。
所述刀轮的材质是硬质合金，所述刀盘的材质是牌号为W18Cr4V 的高速钢。
所述刀盘外表面上设有多条自其中心沿着其径向方向向外辐射的盘筋。
此外，本发明还提供了一种上述石材切断刀具的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：采用烧结或化学气相沉积法制备圆盘形刀轮坯，所述刀轮坯具有中心孔，采用模锻成型的方法制备圆盘形刀盘坯，采用模锻成型的方法制备多个定位销；
步骤二：将所述刀轮坯平置于加工中心工作台之上，使加工中心刀具以所述中心孔内壁为起点，沿着向所述刀轮坯周向延伸的抛物线轨迹作进给运动，在所述刀轮坯的两侧铣削加工出多条冷却槽，使用加工中心在步骤一所述刀盘坯表面上铣削加工出多条自其中心沿着其径向方向向外辐射的盘筋；
步骤三：使用钻床在步骤二中所述经过铣削加工后的刀轮坯上钻削加工出多个定位孔A，使用钻床在步骤二中所述经过铣削加工后的刀盘坯上钻削加工出与所述定位孔A形状、位置、大小和数量相对应的定位孔B；
步骤四：使用磨床分别对步骤三所述经过钻削加工后的刀轮坯的两侧面和外周面进行磨削加工，在所述刀轮坯外周面与其侧面结合处磨削加工出刀刃，使所述刀轮坯两侧面表面粗糙度达到1.6微米以下，获得刀轮成品，再使磨床对步骤三所述刀盘坯上相对于所述盘筋的一侧面进行磨削加工，使其表面粗糙度达到1.6微米以下；
步骤五：对经过步骤四磨削加工后的刀盘坯进行整体淬火，使其表面硬度达到HRC63～66，所述刀盘坯进行整体淬火的工艺流程是：先对所述刀盘坯进行加热，加热过程分为初段、中段和后段，其中初段加热温度为545℃～555℃，初段加热持续时间为120min～135min，中段加热温度为840℃～860℃，中段加热持续时间为15min～20min，后段加热温度为1230℃～1250℃，后段加热时间为8min～12min，再对所述刀盘坯进行保温，保温温度为590℃～610℃，保温持续时间为 15min～20min，然后再对所述刀盘坯进行回火处理，回火温度为 540℃～560℃，回火的次数为2次，单次回火持续时间为120min，最后获得刀盘成品；
步骤六：将步骤五中所述刀盘盖合于步骤四中所述刀轮的两个侧面上，使所述定位孔A与所述定位孔B相对应，再将步骤一中所述制备的定位销依次嵌压入每个定位孔A和定位孔B中，使所述刀轮与所述刀盘连接在一起，再将所述刀盘边缘与所述刀轮焊接在一起构成石材切断刀具。
步骤三所述使用钻床对所述刀轮坯和刀盘坯进行钻削加工的工艺参数为：主轴转速400r/min～800r/min，进给量为0.3mm/r。
步骤二中所述使用铣床铣削加工冷却槽的工艺参数为：主轴转速 220r/min，进给量0.2mm/r。
步骤四中所述使用磨床分别对刀轮坯和刀盘坯进行磨削加工的工艺参数为：磨床上配置粒度为B91的CBN砂轮，所述砂轮直径为Φ 100mm，砂轮线速度为22m/s，进给量为5mm/min。
步骤六中所述将所述刀轮坯与所述刀盘坯焊接在一起是采用高频感应加热焊接方式，其焊接温度控制在920℃～1000℃。
本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，刀轮由刀轮和刀盘组成，刀轮采用硬质合金材料制成，刀轮工作时，刀轮参与对工件的切削加工工作，刀盘不参与，硬质合金材料具有很高的硬度，有利于提高本发明石材切断刀具整体的切削性能，刀轮两侧通过采用高速钢材料的制成的刀盘固定，增加了本发明石材切断刀具整体的结构强度和韧性，有利于延长本发明刀轮整体的使用寿命，刀轮在工作时，可向冷却槽内加入冷却液，冷却液经刀轮中心孔内流入，由刀盘边缘流出，一方面，冷却液将刀轮在工作中的热量及时吸收后带走，另一方面，随着刀轮的转动，冷却液不断从刀盘边缘的冷却槽端口中甩出，落入工件表面，又将工件上的切削热带走，从而表面了使石材切断刀具局部受热的情况，保护了刀具，延长了刀具使用寿命，并且，刀盘采用高速钢材料制成，具有优异的强度和韧性，为实现对石材进行高速切削加工奠定了基础。
附图说明
图1是本发明石材切断刀具的结构示意图；
图2是本发明石材切断刀具沿刀轮中心轴线剖切的结构示意图；
图3是本发明刀轮的主视图；
图4是本发明刀盘的主视图；
图5是本发明石材气短刀具制造方法流程图。
图中：1-刀轮，2-刀盘，3-定位销，101-中心孔，102-刀刃，103- 冷却槽，104-定位孔A，201-定位孔B，202-盘筋。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述；
本发明提供一种石材切断刀具及其制造方法，如图1、图2、图3、图4所示，石材切断刀具包括包括刀轮1、刀盘2和定位销3，刀轮1具有中心孔101，刀轮1外周面轮廓构成刀刃102，刀轮1两侧面上均设有多条冷却槽103，冷却槽103的一端与中心孔101连通，另一端向刀轮1 外周面延伸，冷却槽103在刀轮1上的布置轨迹是抛物线，刀轮1上设有多个贯穿其两侧面的定位孔A104，刀盘2上设有相应的定位孔 B201，定位销3分别贯穿定位孔A104和定位孔B201，将刀轮1和刀盘2 连接在一起，并且刀盘2盖合于冷却槽103之上，使冷却槽103外侧一端暴露于刀盘2外边缘之外。
采用本发明的技术方案，刀轮由刀轮和刀盘组成，刀轮采用硬质合金材料制成，刀轮工作时，刀轮参与对工件的切削加工工作，刀盘不参与，硬质合金材料具有很高的硬度，有利于提高本发明石材切断刀具整体的切削性能，刀轮两侧通过采用高速钢材料的制成的刀盘固定，增加了本发明石材切断刀具整体的结构强度和韧性，有利于延长本发明刀轮整体的使用寿命，刀轮在工作时，可向冷却槽内加入冷却液，冷却液经刀轮中心孔内流入，由刀盘边缘流出，一方面，冷却液将刀轮在工作中的热量及时吸收后带走，另一方面，随着刀轮的转动，冷却液不断从刀盘边缘的冷却槽端口中甩出，落入工件表面，又将工件上的切削热带走，从而表面了使石材切断刀具局部受热的情况，保护了刀具，延长了刀具使用寿命，并且，刀盘采用高速钢材料制成，具有优异的强度和韧性，为实现对石材进行高速切削加工奠定了基础。
进一步地，刀盘外边缘还与刀轮1侧面焊接在一起。冷却槽103 的宽度是中心孔101孔径的十六分之一至十二分之一，冷却槽103的深度是刀轮1厚度的五分之一至四分之一。冷却槽103的数量为6条至10 条，并以中心孔101为旋转中心按圆周阵列方式均匀地布置于刀轮1 侧面上。采用本发明的技术方案，由于冷却液流经冷却槽103时，也将刀轮上的切削热量吸收并带走，因此，冷却槽103的布置密度越大，则冷却效果越好，但是，冷却槽103布置密度过高，会降低刀轮1的强度，根据观察多次对石材进行切断加工的效果来看，优选冷却槽103 的数量为6条至10条时，使刀轮1保持足够的切削强度，又具有较好的散热能力，刀具磨损较小，刀具使用寿命较长。
进一步地，定位销3与定位孔A104、定位孔B201之间的配合公差是H7/g8。定位孔A104或定位孔B201的数量为3个至6个。采用定位销 3与定位孔A104、定位孔B201，有利于使刀轮1和刀盘2在装配后保持良好的同轴度，当刀具安装在机床主轴上时，刀轮1的转动不会对机床主轴产生偏载，从而有利于提高工件加工质量和加工效率，并且，使刀轮1与刀盘2的装配操作变得简单，装配人员无需对其同轴度进行调整，即可以方便安装完成。
进一步地，刀轮1的材质是硬质合金，刀盘2的材质是牌号为 W18Cr4V的高速钢。刀盘2外表面上设有多条自其中心沿着其径向方向向外辐射的盘筋202。刀刃102在刀轮1轴向截面上的投影为一条向刀轮1外部凸出的折线，折线顶点即为刀尖，刀尖优选处于刀轮1厚度中心的径向横截面以内，折线顶角范围是20°至40°之间。
此外，本发明还提供了一种使用上述石材切断刀具的制造方法，如图5所示，包括以下步骤：
步骤一：采用烧结或化学气相沉积法制备圆盘形刀轮坯，刀轮坯具有中心孔101，采用模锻成型的方法制备圆盘形刀盘坯，采用模锻成型的方法制备多个定位销3；
步骤二：将刀轮坯平置于加工中心工作台之上，使加工中心刀具以中心孔内壁为起点，沿着向刀轮坯周向延伸的抛物线轨迹作进给运动，在刀轮坯的两侧铣削加工出多条冷却槽，使用加工中心在步骤一刀盘坯表面上铣削加工出多条自其中心沿着其径向方向向外辐射的盘筋202；进一步地，使用铣床铣削加工冷却槽的工艺参数为：主轴转速220r/min，进给量0.2mm/r。
步骤三：使用钻床在步骤二中经过铣削加工后的刀轮坯上钻削加工出多个定位孔A104，使用钻床在步骤二中经过铣削加工后的刀盘坯上钻削加工出与定位孔A104形状、位置、大小和数量相对应的定位孔B201；进一步地，使用钻床对刀轮坯和刀盘坯进行钻削加工的工艺参数为：主轴转速400r/min～800r/min，进给量为0.3mm/r。
步骤四：使用磨床分别对步骤三经过钻削加工后的刀轮坯的两侧面和外周面进行磨削加工，在刀轮坯外周面与其侧面结合处磨削加工出刀刃102，使刀轮坯两侧面表面粗糙度达到1.6微米以下，获得刀轮 1成品，再使磨床对步骤三刀盘坯上相对于盘筋202的一侧面进行磨削加工，使其表面粗糙度达到1.6微米以下；进一步地，使用磨床分别对刀轮坯和刀盘坯进行磨削加工的工艺参数为：磨床上配置粒度为 B91的CBN砂轮，砂轮直径为Φ100mm，砂轮线速度为22m/s，进给量为5mm/min。
步骤五：对经过步骤四磨削加工后的刀盘坯进行整体淬火，使其表面硬度达到HRC63～66，刀盘坯进行整体淬火的工艺流程是：先对刀盘坯进行加热，加热过程分为初段、中段和后段，其中初段加热温度为545℃～555℃，初段加热持续时间为120min～135min，中段加热温度为840℃～860℃，中段加热持续时间为15min～20min，后段加热温度为1230℃～1250℃，后段加热时间为8min～12min，再对刀盘坯进行保温，保温温度为590℃～610℃，保温持续时间为15min～20min，然后再对刀盘坯进行回火处理，回火温度为540℃～560℃，回火的次数为2次，单次回火持续时间为120min，最后获得刀盘2成品；
步骤六：将步骤五中刀盘2盖合于步骤四中刀轮1的两个侧面上，使定位孔A104与定位孔B201相对应，再将步骤一中制备的定位销3依次嵌压入每个定位孔A104和定位孔B201中，使刀轮1与刀盘2连接在一起，再将刀盘2边缘与刀轮1焊接在一起构成石材切断刀具。进一步地，将刀轮坯与刀盘坯焊接在一起是采用高频感应加热焊接方式，其焊接温度控制在920℃～1000℃。
采用本发明提供的技术方案，现有对刀轮坯、刀盘坯进行了磨削精神加工之后再进行热处理，提高了刀轮1整体的结构强度和韧性，消除了材料中的残余应力，有利于改善刀轮1整体的切削性能，此外，焊接温度控制在920℃～1000℃时，一方面，有利于避开高速钢出现红硬性的温度区间，另一方面，使焊接点处的焊料流动性增强，使刀盘与刀轮1连接更牢固，增加了刀轮1整体的结构强度，延长了使用寿命。
Claims (9)
1.一种石材切断刀具的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：采用烧结或化学气相沉积法制备圆盘形刀轮坯，所述刀轮坯具有中心孔(101)，采用模锻成型的方法制备圆盘形刀盘坯，采用模锻成型的方法制备多个定位销(3)；
步骤二：将所述刀轮坯平置于加工中心工作台之上，使加工中心刀具以所述中心孔内壁为起点，沿着向所述刀轮坯周向延伸的抛物线轨迹作进给运动，在所述刀轮坯的两侧铣削加工出多条冷却槽，使用加工中心在步骤一所述刀盘坯表面上铣削加工出多条自其中心沿着其径向方向向外辐射的盘筋(202)；
步骤三：使用钻床在步骤二中所述经过铣削加工后的刀轮坯上钻削加工出多个定位孔A(104)，使用钻床在步骤二中所述经过铣削加工后的刀盘坯上钻削加工出与所述定位孔A(104)形状、位置、大小和数量相对应的定位孔B(201)；
步骤四：使用磨床分别对步骤三所述经过钻削加工后的刀轮坯的两侧面和外周面进行磨削加工，在所述刀轮坯外周面与其侧面结合处磨削加工出刀刃(102)，使所述刀轮坯两侧面表面粗糙度达到1.6微米以下，获得刀轮(1)成品，再使磨床对步骤三所述刀盘坯上相对于所述盘筋(202)的一侧面进行磨削加工，使其表面粗糙度达到1.6微米以下；
步骤五：对经过步骤四磨削加工后的刀盘坯进行整体淬火，使其表面硬度达到HRC63～66，所述刀盘坯进行整体淬火的工艺流程是：先对所述刀盘坯进行加热，加热过程分为初段、中段和后段，其中初段加热温度为545℃～555℃，初段加热持续时间为120min～135min，中段加热温度为840℃～860℃，中段加热持续时间为15min～20min，后段加热温度为1230℃～1250℃，后段加热时间为8min～12min，再对所述刀盘坯进行保温，保温温度为590℃～610℃，保温持续时间为15min～20min，然后再对所述刀盘坯进行回火处理，回火温度为540℃～560℃，回火的次数为2次，单次回火持续时间为120min，最后获得刀盘(2)成品；
步骤六：将步骤五中所述刀盘(2)盖合于步骤四中所述刀轮(1)的两个侧面上，使所述定位孔A(104)与所述定位孔B(201)相对应，再将步骤一中所述制备的定位销(3)依次嵌压入每个定位孔A(104)和定位孔B(201)中，使所述刀轮(1)与所述刀盘(2)连接在一起，再将所述刀盘(2)边缘与所述刀轮(1)焊接在一起构成石材切断刀具。
2.如权利要求1所述的石材切断刀具的制造方法，其特征在于：步骤三所述使用钻床对所述刀轮坯和刀盘坯进行钻削加工的工艺参数为：主轴转速400r/min～800r/min，进给量为0.3mm/r。
3.如权利要求1所述的石材切断刀具的制造方法，其特征在于：步骤二中所述使用铣床铣削加工冷却槽的工艺参数为：主轴转速220r/min，进给量0.2mm/r。
4.如权利要求1所述的石材切断刀具的制造方法，其特征在于：步骤四中所述使用磨床分别对刀轮坯和刀盘坯进行磨削加工的工艺参数为：磨床上配置粒度为B91的CBN砂轮，所述砂轮直径为Φ100mm，砂轮线速度为22m/s，进给量为5mm/min。
5.如权利要求1所述的石材切断刀具的制造方法，其特征在于：步骤六中所述将所述刀轮坯与所述刀盘坯焊接在一起是采用高频感应加热焊接方式，其焊接温度控制在920℃～1000℃。
6.如权利要求1所述的石材切断刀具的制造方法，其特征在于：所述冷却槽(103)的宽度是所述中心孔(101)孔径的十六分之一至十二分之一，所述冷却槽(103)的深度是所述刀轮(1)厚度的五分之一至四分之一。
7.如权利要求1所述的石材切断刀具的制造方法，其特征在于：所述冷却槽(103)的数量为6条至10条，并以所述中心孔(101)为旋转中心按圆周阵列方式均匀地布置于所述刀轮(1)侧面上。
8.如权利要求1所述的石材切断刀具的制造方法，其特征在于：所述刀轮(1)的材质是硬质合金，所述刀盘(2)的材质是牌号为W18Cr4V的高速钢。
9.如权利要求1所述的石材切断刀具的制造方法，其特征在于：所述刀盘(2)外表面上设有多条自其中心沿着其径向方向向外辐射的盘筋(202)。
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