CN108453345B

CN108453345B - 一种刀刃处理方法

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Publication number: CN108453345B
Application number: CN201810538984.7A
Authority: CN
Inventors: 张瑞华; 潘存良; 尹燕; 屈岳波; 华炳钟; 栗子林; 路超; 肖梦智; 李强
Original assignee: Yangjiang Puruide Additive Material Manufacturing Institute Co ltd; Yangjiang Donghua Laser Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Yangjiang Puruide Additive Material Manufacturing Institute Co ltd; Yangjiang Donghua Laser Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: CN108453345A

Abstract

本发明属于刀具制造技术领域，具体涉及一种刀刃处理方法。为了解决目前采用进口优质钢材制作刀具以提高刀具的刀刃性能时，存在刀具制造成本高的问题，本发明公开了一种刀刃处理方法。该刀刃处理方法，具体包括以下步骤：步骤S1，进行刀体的制造准备，并且对刀刃部分进行清洁处理；步骤S2，采用焊接和激光熔覆的复合方式进行刀刃强化层的加工；步骤S3，对刀刃强化层进行修磨处理，获得最终的切割刃。采用本发明的方法对刀具进行刀刃处理时，不仅可以大大提高刀刃的性能，保证刀具的使用效果，而且可以降低对刀体材质的要求，降低刀具成本。

Description

一种刀刃处理方法

技术领域

本发明属于刀具制造技术领域，具体涉及一种刀刃处理方法。

背景技术

在我国刀具的制作材料一般选择不锈钢，为了保证刀具最终的使用性能，在刀具本体通过冲压制造成形后，再通过热处理技术提高其强度、硬度和耐磨性能。但是，采用普通马氏体不锈钢加工而成的刀具，在经过热处理强化后其刀刃部位的硬度一般也只能达到600HV左右，而该硬度值已经无法满足人们对高端刀具应该具有的高硬度、高耐磨性等性能的要求。

目前，很多国内企业解决上述问题的方法是直接选用国外的优质钢材作为刀具材质，例如选用日本的千层钢来制造高性能刀具,以此来保证最终刀具的性能，尤其是刀刃部位的硬度，但是这样会大大增加刀具材质的采购成本，导致刀具制造成本增加，进而增加了刀具的价格。

发明内容

为了解决目前采用进口优质钢材制作刀具以提高刀具的刀刃性能时，存在刀具制造成本高的问题，本发明提出了一种刀刃处理方法。该刀刃处理方法，具体包括以下步骤：

步骤S1，进行刀体的制造准备，并且对刀刃部分进行清洁处理；

步骤S2，采用焊接和激光熔覆的复合方式进行刀刃强化层的加工；其中，首先，借助焊接的方式对焊丝进行预融化并将其沿刀刃的长度方向固定在刀刃的上表面，使刀刃的上表面形成熔覆层，获得刀刃强化层；

步骤S3，对刀刃强化层进行修磨处理，获得最终的切割刃。

优选的，所述步骤S2中，所述焊丝为药芯焊丝；其中，药芯焊丝的药剂为硬质颗粒粉末和刀体材质粉末的混合粉末，并且采用普通钢带进行药剂包裹。

进一步优选的，所述药剂采用TiC颗粒增强铁基复合粉末，主要成分为TiC粉末、Cr粉末、Mo粉末、Si粉末、Ni粉末、C粉末、B粉末、氟化物、氯化物和Fe粉末。

进一步优选的，所述药剂中主要成分的质量百分比为：TiC粉末为5％～25％、Cr粉末为14％～17％、Mo粉末为0.6％～0.75％、Si粉末为1％～1.5％、Ni粉末为7％～10％、C粉末为0.1％～0.25％、B粉末为2％～4％、氟化物为0％～2％、氯化物为0％～2％以及余量的Fe粉末。

进一步优选的，所述药芯焊丝的直径尺寸小于等于刀刃的宽度尺寸。

优选的，在所述步骤S2中，所述焊接采用TIG焊接。

进一步优选的，TIG焊接的主要工艺参数为：焊接电流为80～220A,电弧电压为12～20V，焊接速度为2～5mm/s，TIG焊枪与刀刃的上表面呈65°～70°的倾斜角度；激光熔覆的主要工艺参数为：激光功率为1～2KW，光斑直径为2mm，离焦量为3mm，激光头与刀刃表面呈90°；复合保护气体为氩气，气流量为8L/min。

优选的，在所述步骤S2中，激光熔覆采用半导体激光光束。

一种刀具，其中该刀具的刀刃部分采用上述方法进行处理获得。

优选的，所述刀具的基体材质选用3Cr13不锈钢。

采用本发明的方法，对刀具进行刀刃处理时，具有以下有益效果：

1、采用本发明的方法，通过利用焊接和激光熔覆的复合技术对采用常规不锈钢材质的刀刃部位进行熔覆层的设置，从而借助熔覆层的高硬度、高强度和耐磨性实现对刀刃部位的性能提升，从而提供刀具的最终使用性能。这样，就可以直接采用常规普通钢材进行刀体的加工即可，从而大大降低材料的成本费用，降低刀具的制造成本。

2、在本发明中，通过将熔覆粉末预制为药芯焊丝，并利用较低焊接电源产生的电弧对药芯焊丝进行预融化并将其精准的固定在刀刃的上表面，然后再利用激光熔覆技术对药芯焊丝进行完全融化形成覆盖在刀刃上表面的熔覆层，最终实现对刀刃的精准熔覆处理。这样，不仅可以提高对熔覆粉末的利用率，减少常规送粉过程中的落粉量，而且可以使熔覆粉末中的成分均匀的分布在刀刃的上表面，保证熔覆层的最终性能。同时，采用本发明的方法还可以保证每道熔覆处理后都可以形成有效的熔覆层厚度，避免采用送粉熔覆时出现熔覆层厚度不均而需要反复进行熔覆处理，从而提高熔覆的质量和效率，进而提高对刀刃的处理效率。

附图说明

图1为采用本发明的方法对刀具的刀刃进行处理时的示意图；

图2为实施例1中获得熔覆层的SEM形貌图；

图3为对比例1中获得熔覆层的SEM形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

采用本发明对刀刃处理的方法，对选用普通不锈钢为基体材质的刀具进行刀刃处理的具体步骤为：

步骤S1,进行刀体的制造准备，并且对刀体的刀刃部分进行清洁处理。

其中，在本发明中，刀体既可以采用激光切割一次成型加工，也可以采用冲压一次成形制作。在完成刀体的准备后，需要对刀刃部位进行打磨和清洗处理，以去除刀刃表面的铁锈和油污，从而保证后续对刀刃处理的质量和效果。另外，在完成上述处理后，借助夹具对刀具的刀体部分进行固定，使刀刃朝上设置。

步骤S2，采用焊接和激光熔覆的复合方式对刀刃部位进行处理，获得刀刃强化层。首先，沿刀刃的长度方向，借助焊接工艺对焊丝进行预融化并将其精准固定在刀刃的上表面，然后，利用激光对固定在刀刃上的焊丝进行熔覆处理，使刀刃的上表面形成熔覆层，获得刀刃强化层。

在本发明中，焊丝采用药芯焊丝，其中，药芯焊丝的药剂为硬质颗粒粉末和刀体材质粉末的混合粉末，并且借助普通钢带进行药剂包裹。这样，不仅可以利用刀体材质粉末提高药剂与刀体的连接性能，而且利用硬质颗粒粉末可以在刀刃部位形成一层硬质颗粒熔覆层，从而大大提高刀刃部位的强度、硬度和耐磨性。

另外，在针对选用不锈钢为基体材质的刀具进行刀刃处理时，药剂可以采用TiC颗粒增强铁基复合粉末，其主要成分为TiC粉末、Cr粉末、Mo粉末、Si粉末、Ni粉末、C粉末、B粉末、氟化物、氯化物和Fe粉末，并且药剂中主要成分的质量百分比为：TiC粉末为5％～25％、Cr粉末为14％～17％、Mo粉末为0.6％～0.75％、Si粉末为1％～1.5％、Ni粉末为7％～10％、C粉末为0.1％～0.25％、B粉末为2％～4％、氟化物为0％～2％、氯化物为0％～2％以及余量的Fe粉末。同样，也可以根据具体刀体材质的不同以及对刀刃强化层性能要求的不同，选用不同成分的药剂制造焊丝，并进行相应的刀刃强化层加工。

优选的，在本发明中，采用TIG焊接的方式进行焊丝的预融化固定时，利用激光技术对固定在刀刃上表面的焊丝进行同步熔覆处理，从而获得最终的熔覆层。

其中，进行TIG焊接时采用脉冲模式，其主要焊接工艺参数为：焊接电流为80～220A,电弧电压为12～20V，焊接速度为2～5mm/s，并且TIG焊枪与刀刃的上表面保持65°～70°的倾斜角度。进行激光熔覆时采用半导体激光光束，其主要工艺参数为：激光功率为1～2KW，光斑直径为2mm，离焦量为3mm，激光头与刀刃表面呈90°垂直布置，并且采用气流量为8L/min的氩气作为复合保护气体。

同样，也可以根据具体情况选用其他焊接方式进行焊丝的预融化固定，以及采用其他激光光束进行激光熔覆处理，例如CO₂气体激光光束、Nd:YAG固体激光光束或光纤激光光束。

此外，在本发明中，焊丝的直径尺寸要优选设计为小于等于刀刃部位的厚度尺寸，以便于刀刃的上表面可以对融化后的焊丝进行完全支撑，避免发生融化焊丝的溢流，从而提高对焊丝的利用率，减少浪费，降低加工成本。另外，如果通过单道熔覆处理后无法完成对刀刃上表面的全覆盖，则可以再次进行焊丝的熔覆处理，通过多道处理保证最终获得的刀刃强化层质量。

步骤S3，对完成上述处理的刀具进行刀刃强化层的修磨处理，获得最终的切割刃。其中，对刀刃强化层的修磨处理方法包括研磨、机加工或磨蚀，具体修磨方式可以根据实际需要进行选择处理即可。

实施例1

结合图1所示，采用本发明的方法，对选用2mm厚度的3Cr13不锈钢为基体材质的刀具进行刀刃部位处理时的主要过程为：

首先，进行药芯焊丝1的制备，并且将焊丝1的外径尺寸加工为2mm，与刀刃2的宽度尺寸相对应。其中，选用316L不锈钢管材作为包裹药剂的钢带，药剂由重量百分比分别为：15％的TiC粉末、17％的Cr粉末、0.8％的Mo粉末、1.2％的Si粉末、7％的Ni粉末、0.2％的C粉末、3％的B粉末、0.5％的氟化物粉末、0.5％的氯化物粉末和其余的Fe粉末组成。

接着，在刀刃的上表面对药芯焊丝进行TIG焊和激光熔覆的复合处理。沿刀刃2的长度方向，借助TIG焊枪3产生的电弧，对药芯焊丝1进行预融化并将其精准的固定在刀刃2的上表面位置，同时，沿刀刃2的长度方向，借助激光器4对固定在刀刃2上表面的药芯焊丝1进行同步的熔覆处理，在刀刃2的上表面形成熔覆层，获得刀刃强化层5。

其中，TIG焊接的主要参数为：焊接电流为130A,电弧电压为15V，焊接速度为4mm/s，并且TIG焊枪与刀刃的上表面呈70°的倾斜角度；激光熔覆的主要参数为：激光光束的激光功率为1.5KW，光斑直径为2mm，离焦量为3mm，激光头与刀刃上表面呈90°垂直关系，并且复合保护气体选用氩气，气流量控制为8L/min。

最后，对获得的刀刃强化层5进行研磨、机加工或磨蚀处理，从而最终获得切割刃。

对比例1

采用常规的激光熔覆方法，直接对选用2mm厚度的3Cr13不锈钢为基体材质的刀具进行刀刃部位的熔覆处理。其中，熔覆粉末的成分与实施例1中药芯焊丝的药剂成分相同，并采用常规送粉器直接将熔覆粉末输送至刀刃的上表面。与此同时，采用与实施例1中相同的激光熔覆参数，其区别在于激光光束的激光功率为2KW，从而获得相应的熔覆层并通过处理获得切割刃。

接下来，对实施例1和对比例1中获得切割刃进行性能分析。

通过对切割刃的五个不同点位分别进行硬度检测并取平均值，获得表1所示的硬度值。通过对实施例1和对比例1中的切割刃分别进行SEM形貌分析，分别获得如图2和图3所示的SEM形貌图。

表1

结合表1中的数据，对实施例1中获得的刀刃硬度、对比例1中获得的刀刃硬度以及背景技术中采用现有技术对普通马氏体不锈钢刀具的刀刃经过热处理后的硬度相比较，可以明确得出：1)通过采用TIG焊和激光熔覆的复合方法对常规的不锈钢进行处理后，可以获得平均硬度达到1100HV的刀刃，远远高于现有技术中采用普通不锈钢时刀刃的硬度值600HV；2)实施例1中熔覆层的不同定位之间最大硬度差值只有50HV，而对比例1中熔覆层的不同点位之间最大硬度差值可以达到305HV，因此，采用发明的方法不仅可以获得与常规激光熔覆处理时相当硬度的熔覆层，而且整个熔覆层的硬度分布更加均衡，使刀刃的整体耐磨性能更好。

结合图2和图3所示，对比实施例1中熔覆层的SEM形貌图和对比例1中熔覆层的SEM形貌图可以发现：采用本发明的方法可以获得硬质颗粒粉末分布更加均匀的熔覆层，而对比例1中获得硬质颗粒粉末在熔覆层中存在分布不均的问题，而且其中的TiC硬质颗粒发生团聚现象，从而会导致在熔覆层组织中出现气孔和裂纹等缺陷，影响整个刀具的使用性能和使用寿命。

此外，在进行实施例1和对比例1的操作过程中，通过对使用的能量功率和熔覆粉末的利用率进行统计发现：1)在实施例1中使用的能量是1.5KW的激光功率和130A的TIG焊接电流，而在对比例1中使用的激光功率要求达到2KW，才能保证对熔覆粉末的有效融化；2)通过对熔覆粉末使用量的计算，在实施例1中对熔覆粉末的利用率达到95％，而在对比例1中由于刀刃宽度很小，送粉过程中有大量的粉末直接掉落，无法进行有效的熔覆操作，其熔覆粉末利用率只有78％。而且，在此过程中需要进行多次反复熔覆处理才能保证最终获得的熔覆层的厚度。通过上述对比可知，采用本发明的方法不仅可以大大降低对激光功率和焊接功率的输入量，降低能耗，而且可以大幅度提高对熔覆粉末的利用率和熔覆效率，从而降低成本，提高生产率。

Claims

1.一种刀刃处理方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤S2，采用焊接和激光熔覆的复合方式进行刀刃强化层的加工；其中，首先，借助焊接的方式对焊丝进行预融化并将其沿刀刃的长度方向固定在刀刃的上表面，然后，利用激光对固定在刀刃上的焊丝进行熔覆处理，使刀刃的上表面形成熔覆层，获得刀刃强化层；

步骤S3，对刀刃强化层进行修磨处理，获得最终的切割刃；

所述步骤S2中，所述焊丝为药芯焊丝；其中，药芯焊丝的药剂为硬质颗粒粉末和刀体材质粉末的混合粉末，并且采用普通钢带进行药剂包裹；所述药剂采用TiC颗粒增强铁基复合粉末，主要成分为TiC粉末、Cr粉末、Mo粉末、Si粉末、Ni粉末、C粉末、B粉末、氟化物、氯化物和Fe粉末；所述药剂中主要成分的质量百分比为：TiC粉末为5％～25％、Cr粉末为14％～17％、Mo粉末为0.6％～0.75％、Si粉末为1％～1.5％、Ni粉末为7％～10％、C粉末为0.1％～0.25％、B粉末为2％～4％、氟化物为0％～2％、氯化物为0％～2％以及余量的Fe粉末；

在所述步骤S2中，所述焊接采用TIG焊接，激光熔覆采用半导体激光光束；TIG焊接的主要工艺参数为：焊接电流为80～220A,电弧电压为12～20V，焊接速度为2～5mm/s，TIG焊枪与刀刃的上表面呈65°～70°的倾斜角度；激光熔覆的主要工艺参数为：激光功率为1～2KW，光斑直径为2mm，离焦量为3mm，激光头与刀刃上表面呈90°；复合保护气体为氩气，气流量为8L/min。

2.根据权利要求1所述的刀刃处理方法，其特征在于，所述药芯焊丝的直径尺寸小于等于刀刃的宽度尺寸。

3.一种刀具，其特征在于，该刀具的刀刃部分采用上述权利要求1-2中任意一项所述的方法进行处理获得。

4.根据权利要求3所述的刀具，其特征在于，所述刀具的基体材质选用3Cr13不锈钢。