[發明專利]一種高強度鋼線刀短流程制造方法

在審

• 申請號: 201810191766.0
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108396112A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 楊森;弗林蓬·博阿滕·埃文斯;趙偉;張道;周逸波
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C21D1/18
• 分類號: C21D1/18;C21D1/09;C21D9/18
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明涉及一種高強度鋼線刀短流程制造方法，該方法具體步驟包括：首先利用激光對鋼線刀整體進行熱處理，然后將鋼線刀拉口，通過調整激光器輸出功率、離焦量和掃描速度，對鋼線刀刃口進行淬火處理。本發明能夠實現對鋼線刀組織結構的原位控制，從而使鋼線刀的硬度和耐磨性得以提高，實現強韌性優異鋼線刀的快速制造。

技術領域

本發明涉及一種鋼線刀的制備方法，特別是一種高強度鋼線刀短流程制造方法，屬于激光表面改性領域。

背景技術

鋼線刀(又稱模切刀)是指由鋼制成，頂端有刃的排制模切版的片狀材料，可用來切割范圍很廣的材料，如紙板、瓦楞紙板、塑料、不干膠標簽、墊片。其中，切割普通紙板、瓦楞紙板以及塑模紙板的包裝行業，是使用鋼線刀的主要工業。鋼線刀性能要求鋼材質地均勻、刀身與刀鋒的硬度組合適當、規格準確、刀鋒經淬火處理等。優質的鋼線刀其刀鋒硬度通常明顯高于刀身硬度，這樣既便于成型，又提供了較長的模切壽命。現鋼線刀的生產過程主要包括：冶金工藝、熱軋、退火、冷軋、淬火、切條與刀背刨削加工、刀刃刨削或磨削加工、刀刃淬火加工、成型處理。首先必須選擇恰當的鋼鐵成分，以便在硬化加工中能得到硬度與韌性的良好結合。在淬火工藝環節，主要采用鉛浴等溫淬火，控制刀身硬度、結構、脫碳、彎曲性回跳、表面及平整度，刀刃淬火工藝一般通過對刃口進行局部高頻淬火控制刀刃硬度、淬火深度及彎曲性。鋼帶處理采用鉛浴等溫淬火及鋼帶表面脫碳方法，使鋼帶淬火后的金相組織為下貝氏體具有較高的塑形，彎曲時不易斷裂，刀身硬度HRC35，彎曲120°角不裂。HRC40彎曲100°角不斷裂；通過對鋼線刀刃口進行局部高頻淬火(高頻淬火頻率為25兆赫茲)，使刃口硬度達到HRC56，淬硬層集中在刃口的表面，使鋼線刀的壽命大大提高，國內鋼線刀模切次數達到1萬次，國外優質鋼線刀模切次數可達到4萬次。

現工藝鋼線刀存在的主要問題

(1)鋼線刀彎曲180°夾角產生斷裂，目前國內鋼線刀大部分采用T50鋼軋制成鋼帶，T50是常見的碳素工具鋼，淬火變形開裂傾向大，淬火及回火后的碳化物屬于滲碳體型，硬度雖然可達40HRC，但耐磨性不足；

(2)鋼線刀刀刃處受壓彎曲、有的刀具受強烈振動或沖擊時崩落一塊(即崩刃)、也有的小型刃具會整體折斷等。

目前，針對鋼線刀刃口的加硬技術，絕大部分的生產商都采用高頻淬火，淬火僅局限于工件表面，而刀刃內部保持原組織形態，這是因為交變磁場在工件中產生出同頻率的感應電流在工件的分布是不均勻的，在表面強，而在內部很弱，到心部接近于0，工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內表面溫度上升到800-1000℃，而心部溫度升高很小。由于這種工作原理，刀刃淬火深度淺，硬度低，易磨損；與此同時，刃口淬火不均勻，刃口容易受強烈振動或沖擊時發生崩刃現象，部分刃口在使用過程中發現軟化現象。

激光淬火是利用激光將材料表面加熱到相變點以上，隨著材料自身冷卻，奧氏體轉變為馬氏體，從而使材料表面硬化的淬火技術。激光淬火的功率密度高，冷卻速度快，不需要水或油等冷卻介質，是清潔、快速的淬火工藝。激光淬硬層的深度一般在0.3～2.0mm范圍之間。與感應淬火、火焰淬火、滲碳淬火工藝相比，激光淬火淬硬層均勻，硬度高(一般比感應淬火高1-3HRC)，工件變形小，加熱層深度和加熱軌跡容易控制，易于實現自動化。對于一些鋼線刀使用要求嚴格的情況，可采用激光熔凝淬火技術，利用激光束將基材表面加熱到熔化溫度以上，由于基材內部導熱冷卻而使熔化層表面快速冷卻并凝固結晶的工藝過程。獲得的熔凝淬火組織非常致密，沿深度方向的組織依次為熔化-凝固層、相變硬化層、熱影響區和基材。激光熔凝層比激光淬火層的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快速制備高強度鋼線刀的方法，以更低能耗和更高的生產效率，制備具有優異強度的鋼線刀。

實現本發明目的技術解決方案為：通過調整激光的輸出功率、離焦量和掃描速度來對鋼線刀的刀身及刀刃進行激光熱處理，從而實現對鋼線刀組織結構的控制進而提高鋼線刀強度和耐磨性。