刀片的加工工藝與熱處理工藝分析

朱國(guó)華 曹昌懷

【摘? 要】本文以機(jī)械刀片為例，針對(duì)刀片的加工工藝以及熱處理工藝展開(kāi)深層次的分析，了解了當(dāng)前機(jī)械刀片的具體生產(chǎn)流程以及所使用的刃鋼材料，同時(shí)也進(jìn)一步對(duì)機(jī)械刀片的加工工藝以及熱處理工作展開(kāi)了分析，以期能夠?yàn)榈镀募庸づc處理提供可靠的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械刀片;加工工藝;熱處理工藝

引言

一般來(lái)說(shuō)機(jī)械刀片的主要作用就是切削木材、皮革、印刷以及膠木板等材料的一種工具，其刀片的種類(lèi)和規(guī)格非常多。但是因機(jī)械刀片在進(jìn)行切削時(shí)具有一定的特殊性，對(duì)于刀片的要求也相對(duì)較高，不僅需要具備極強(qiáng)的硬度，同時(shí)還要具備一定的耐磨性、強(qiáng)韌性和熱硬性等優(yōu)勢(shì)，另外對(duì)于抗疲勞斷裂以及抗碳化物剝落方面的也有著較高的要求。加上近年來(lái)在鐵路客運(yùn)貨車(chē)內(nèi)燃機(jī)的研發(fā)、制造以及維修過(guò)程中機(jī)械刀片的應(yīng)用是必不可少的。因此，深入的了解和分析機(jī)械刀片的加工工藝與熱處理工藝有著非常重要的意義。

1.機(jī)械刀片的生產(chǎn)流程

現(xiàn)階段，機(jī)械刀片在生產(chǎn)加工過(guò)程中所使用的材料分為兩種：一種是刀片整體為高速鋼或者合金鋼材質(zhì);另一種是僅刀片的刃部為高速鋼或者合金鋼。一般第二種刀片的加工方式是以高溫壓軋鑲接或者釬焊等方式形成的。所謂的高溫壓軋鑲接方法是以高溫加熱為主，就是將碳鋼材質(zhì)的刀體和刃鋼進(jìn)行高溫加熱，并進(jìn)一步利用軋機(jī)將刀體與刀刃進(jìn)行焊接，形成一個(gè)完整的刀片形狀，該生產(chǎn)工藝一般有三種：無(wú)氧化熱軋鑲接、熱軋焊藥鑲接以及無(wú)氧化加焊藥鑲接，每一個(gè)加工方式具備一定特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，但是總體而言釬焊技術(shù)優(yōu)于鑲焊。機(jī)械刀片釬焊生產(chǎn)流程如下：

（1）以碳鋼鋼板為主要材料，完成刀體和刀刃的下工序，并將刀片的加工材料進(jìn)行校直;

（2）將下料完成的刀片材料進(jìn)行打磨，從而將表面已經(jīng)氧化的表皮去掉。一般刃鋼需要進(jìn)行4面打磨工序;

（3）將刀片的需要焊接的部位進(jìn)行開(kāi)槽，并再一次展開(kāi)校直工作;

（4）將刃鋼和刀槽周?chē)拿糖謇砀蓛?

（5）對(duì)刀槽以及刃鋼表面展開(kāi)細(xì)致的清理;

（6）將銅片和刃鋼板條鋪放在刀槽上實(shí)現(xiàn)連接和固定;

（7）完成裝爐工作，并在爐內(nèi)完成刀片的焊接、加熱以及淬火工作;

（8）對(duì)淬火后的刀片進(jìn)行硬度檢測(cè);

（9）趁熱展開(kāi)校直工作;

（10）回火，并在回火完成后的第一時(shí)間進(jìn)行再次校直;

（11）對(duì)于回火完成后的硬度以及顯微組織等進(jìn)行檢查和確定，并確定是否需要再次回火;

（12）將合格的刀片放置到機(jī)械中進(jìn)行下一步加工;

（13）包裝。

2.刃鋼材料

刃鋼材料是20世紀(jì)60年代從國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)材料，材料類(lèi)型主要有：5Cr8WMo2VSi鋼以及7Cr8WMoVSi鋼兩種，但是由于一直以來(lái)的國(guó)外的刀片材料都是保密不外泄的，所以一直到90年代初期這兩種材料才在我國(guó)的刀片加工中廣泛應(yīng)用。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的新刀片材料被引入到了國(guó)內(nèi)。對(duì)于制造業(yè)而言刃鋼材料的個(gè)性化發(fā)展在很大程度上推動(dòng)了企業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，目前Cr8系類(lèi)的刃鋼材料在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力非常強(qiáng)，不僅為社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了極大的提升，也成為了社會(huì)各界所廣泛關(guān)注的重點(diǎn)。

3.機(jī)械刀片的加工工藝

隨著金屬切削機(jī)床加工工藝的不斷發(fā)展，在刀片加工方面引進(jìn)了很多先進(jìn)的加工工藝，有效地提高了刀片加工的自動(dòng)化程度，在降低刀片生產(chǎn)成本的同時(shí)大幅度的提高了其生產(chǎn)效率。在刀片加工過(guò)程中燒結(jié)含鎢硬質(zhì)合金材料以及高速鋼材料得到了廣泛的使用，因?yàn)檫@兩種材料不僅價(jià)格低，還具備高強(qiáng)度、高耐磨性以及加工簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。在針對(duì)鋼件精加工和半精加工的過(guò)程中，碳化鈦和碳氮化鈦等材料成為了首選，另外以硬質(zhì)的細(xì)顆粒合金來(lái)替代高速鋼，這樣能夠有效提高刀片的生產(chǎn)效率。使用化學(xué)氣相沉積的方法也能夠得到陶瓷涂層，這樣一來(lái)就能夠有效地提高刀片的切削性能。在展開(kāi)加工淬火的過(guò)程中，硬質(zhì)合金的應(yīng)用也是非常理想的。

其實(shí)將人造的硬質(zhì)材料多晶立方碳化硼鑲嵌在合金刀片上所得到了效果是非常好的，一般可以將其應(yīng)用于硬度為HRC68鎳鉻鋼加工當(dāng)中，如此一來(lái)所獲取到的刀片切削速度能夠達(dá)到130m/min。對(duì)于研磨性較強(qiáng)的非金屬材料加工來(lái)說(shuō)，一般則以多晶金剛石為主。

在刀片加工的過(guò)程中為了能夠最大限度地增加氧化物陶瓷，需要使用碳化硅纖維，這種加工工藝主要應(yīng)用于鎳合金、經(jīng)過(guò)加熱處理的鋼材料以及滲碳等方面。隨著科技的不斷發(fā)展，氮化硅陶瓷也開(kāi)始在刀片加工中被廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槠淝邢魉俣然旧弦呀?jīng)達(dá)到了1000m/min，其抗擴(kuò)散和耐磨性能極高。

4.機(jī)械刀片的熱處理工藝

（1）退火。一般鋼廠所提供的鋼板都是處于退火狀態(tài)的，主要是為了便于在進(jìn)行刀片加工時(shí)直接展開(kāi)下料和淬火處理即可。但是如果鋼板在進(jìn)廠后需要再進(jìn)一步展開(kāi)鍛軋加工的話(huà)則必須要處于退火狀態(tài)，這樣所得到的球化組織才是最理想的，因?yàn)樵诖慊鸹鼗鹬箐摪宓男阅懿艜?huì)處于最佳狀態(tài)。一般球化完成后的退火工藝較多，但是使用最廣泛的一種等溫球化退火方式。所謂等溫球化退火實(shí)際上就是將鋼板加熱到40～60°之間，加熱完成后需要保溫4個(gè)小時(shí)，4小時(shí)后將其冷卻至720°后再次進(jìn)行保溫，當(dāng)加熱爐冷卻至600°時(shí)，需要將保溫箱打開(kāi)進(jìn)行空冷。

其實(shí)鍛軋工藝能夠直接決定高速鋼與合金鋼材料的網(wǎng)狀組織或者原始帶狀的改善情況，而通過(guò)熱處理后的改善效果并不明顯，并且當(dāng)退火溫度過(guò)高時(shí)會(huì)存在一定的減輕現(xiàn)象。但是一般經(jīng)過(guò)兩次退火后其內(nèi)部的二次碳化物的分布情況會(huì)發(fā)生較大的改變，在經(jīng)過(guò)退火后的合金鋼中除去少量的大顆粒碳化物之外，其他都能夠由于退火工藝進(jìn)行有效的控制。另外，退火后的保溫時(shí)間應(yīng)該進(jìn)行合理的控制，切勿過(guò)長(zhǎng)因?yàn)闀r(shí)間較長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致碳化物發(fā)生偏聚的情況，導(dǎo)致淬火和退火后的鋼板硬度大幅度下降，從而對(duì)耐磨性造成影響。

（2）淬火。對(duì)于機(jī)械刀片而言，其淬火的方法有很多種，在淬火時(shí)完全可以根據(jù)加熱爐的爐型、加熱方式、加熱溫度以及加熱介質(zhì)等方式細(xì)分為幾十種。但是現(xiàn)階段在刀片加工的過(guò)程中設(shè)備的選擇也有很多，例如：鹽浴爐、真空爐、網(wǎng)帶爐和密封箱爐等。

具體的工序施工順序?yàn)椋侯A(yù)熱、加熱溫度、加熱時(shí)間、淬火介質(zhì)以及校直等多個(gè)工序。

（3）回火。通常來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行回火的過(guò)程中需要根據(jù)刀片刃鋼部位的具體材質(zhì)來(lái)選擇合適的工藝。對(duì)于低合金鋼和中合金鋼來(lái)說(shuō)，其在淬火完成后的溫度基本上能夠達(dá)到180～220°之間，并且需要進(jìn)行兩次回火工序，平均每次回火的時(shí)間約為2～3小時(shí)為最佳;Cr12MoV鋼一般需要在溫度為220～240°范圍內(nèi)的爐內(nèi)進(jìn)行回火;而高速鋼以及基體鋼的回火溫度相對(duì)較高為500～580°，并且需要反復(fù)進(jìn)行3次回火，每一次回火的時(shí)間約為2～3個(gè)小時(shí)。

5.結(jié)論

總而言之，隨著我國(guó)機(jī)械行業(yè)、木材行業(yè)以及印刷行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于刀片的使用性能提出了更高的要求。另外在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，機(jī)械刀片的施工工藝與熱處理技術(shù)也在不斷的進(jìn)行更新改革?，F(xiàn)階段，我國(guó)在機(jī)械刀片的加工與處理方面而言滲氮離子鍍復(fù)合涂層已經(jīng)在機(jī)械刀片的加工中得到了廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)機(jī)械刀片的加工工藝以及熱處理技術(shù)也逐漸成為了當(dāng)前機(jī)械產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)核心。因此，良好的加工工藝與熱處理技術(shù)對(duì)于刀片的生產(chǎn)加工而言至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)

[1]劉洋.熱處理工藝對(duì)數(shù)控刀具含銦涂層硬度和耐磨損性能的影響[J].熱加工工藝，2018：182-184.

[2]申屠留芳，孫亞軍，孫星釗，etal.基于熱處理的65Mn鋼刀片有限元分析[J].熱加工工藝，2018，047（006）：223-225，229.

[3]趙步青，胡會(huì)峰.D2鋼制圓刀片的熱處理[J].熱處理，2019，34（02）：43-45.