CN100999139B - 一种高速滚压模切刀块的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高速滚压模切刀块制造工艺技术，属于包装行业机械技术领域。它解决了现有的高速滚压模切刀块所存在的表面硬度低，韧性差，不耐磨，容易腐蚀生锈等缺点。本高速滚压模切刀块的制作方法，包括以下步骤：(1)选用粉末冶金高速钢依次雾化、压实、然后热成形粗制成滚压模切刀块；(2)真空热处理滚压模切刀块，所述的真空热处理的具体步骤是将滚压模切刀块先真空淬火，然后真空回火；所述的真空回火为三次真空回火；(3)离子注入复膜涂层在滚压模切刀块上。本制造方法所制成的高速滚压模切刀块硬度较高、韧性较好、耐磨、不易腐蚀生锈，而且其使用稳定性较高、使用寿命较长；另外本制造方法工艺简单、制作成本低、适合大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种模切刀块的加工方法，尤其是适用于与凹、柔版印刷机设备连机相配套生产的圆压圆模切机中用于切制烟包、酒盒、液体奶包、食品医药包装纸盒及批量折叠纸盒的一种高速滚压模切刀块的制造工艺。
背景技术
在中国印刷包装行业中，各类烟包、酒盒、液体奶包、食品医药包装纸盒等批量折叠纸盒包装切制工艺广泛使用平压平模切方式。尽管国内印刷设备制造商已掌握平压平模切技术并能自行设计生产，但其刀片仍然依赖进口。现有的平压平模切存在着工作效率低、精度差，切制包装纸盒产品周边不光洁，多毛刺、刀片易坏、定位套准不精确等不足之处，且生产成本高，不能与进口品牌凹、柔版印刷机自动连机相匹配生产。
为此，人们提出了种种技术方案，其中采用圆压圆模切是一种比较先进模切技术。现有的圆压圆滚筒压切式滚筒剪切式技术虽能与进口品牌凹、柔版印刷机自动线连机配套生产，但仍然存着定位、套准不精确，纸盒周边粘毛多，纸盒产品切线R角处粘连不断，需要用手工掰断，圆压圆剪切方式切制纸盒周边斜边不整洁。
中国专利01210523.6提供“高速轮转滚筒模切机”其部件上辊筒采用镶块式模切刀块；和中国专利97209436.9提供“滚压式滚切”，但是模切刀块不具有互换性，刀块制造精度差，模切刀辊综合圆跳动超出技术指标，在高时速生产(时速200-220m/mim)情况下，出现刀锋刃口崩裂， 模切刀块在使用期会腐蚀、刃口生锈。如切制铝铂纸、灰底白板纸、再生纸或模切部位含TiO2材料油墨的印刷品纸张，切制产品与产品周边粘连，切不断。使产品不能自动收标堆叠，直接影响包装纸盒外形美观，模切刀块使用寿命短。导致模切刀块过早失效而不能使用的主要原因是：模切刀块整体及刀锋刃线设计不合理，基材选用不适当，刀块精度差，刀块表面的硬度低，韧性差，不耐磨，腐蚀生锈。在生产制造技术、热处理材料表面处理工艺中，均存在不同程度技术问题。
中国专利03107346.6公开了一种切削刀具的制作方法，该专利主要从刀具的涂覆层上改进，这对于刀具的外表防腐有较好的作用，但对于刀具整体性能改进不大。
发明内容
本发明提供一种高速滚压模切刀块制造工艺技术，解决了现有的高速滚压模切刀块在切制包装纸盒等时由于刀块基材选用不适当，使得刀块存在着表面硬度低，韧性差，不耐磨，容易腐蚀生锈等缺点。
本发明主要应用粉末冶金高速钢作为刀块的材料，雕刻铣削高速滚压模切刀块表面高精度刀锋刃线，然后将模切刀块应用真空淬火，再真空回火热处理，并采用离子辅助涂层(IAC)或离子未沉积注入在模切刀块上覆盖涂层，从而使滚压模切刀块表面刀锋刃线刀口光洁、硬度高、韧性好又耐磨，抗腐蚀、不易断裂，且有较长的使用寿命。所得的模切刀块在生产时速高达200-220m/mim情况下仍具有不崩刃口、刀块可重复磨复等特点。
本发明的上述目的是通过以下方法得到的：一种高速滚压模切刀块的制作方法，它包括以下步骤：
(1)选用粉末冶金高速钢依次雾化、压实、然后热成形粗制成滚压模切刀块；
(2)真空热处理滚压模切刀块，所述的真空热处理的具体步骤是将滚压模切刀块先真空淬火，然后真空回火；所述的真空回火为三次真空回火；
(3)离子注入复膜涂层在滚压模切刀块上。
在上述的高速滚压模切刀块的制作方法中，所述的粉末冶金高速钢为粉末冶金高速钢ASP30或粉末冶金高速钢ASP60。其中粉末冶金高速钢ASP30主要化学成分为C：1.27％、Cr：4.2％、W：6.4％、V：3.1％、Co：8.5％，成形材质的软性退火状态硬度HB300，淬火回火后硬度可达HRC66。；粉末冶金高速钢ASP60其主要化学成分为：C：2.30％、Cr：40％、W：6.5％、M：7.0％、V：0.50％、Co：10.50％，成形材质的软性退火状态硬度HB340。淬火回火后硬度最硬可达HRC68。；采用这两种材料的粉末冶金高速钢可以得到更好的模切刀块硬度。
在上述的高速滚压模切刀块的制作方法中，所述的粗制成滚压模切刀块工艺的具体过程为：
A、将半成品镶块式刀辊装夹在综合立式数控加工中心上，采用编程软件，编好加工程序；
B、按设计刀块表面所需要产品图案尺寸，先用10mm、8mm、6mm三种键槽铣刀对刀辊表面进行粗铣，雕刻出横、纵向模切图案刀刃线，刀锋宽为0.9-1.1mm；
C、刀块表面刀锋刃线粗铣后，用V型45°-60°成形铣刀进入半精铣，这道工序完成后，其成形的刀锋刃线宽为0.06mm；
D、刀块表面刀锋刃线成形半精铣后，用V型45°-60°铣刀对滚切刀块表面刀刃线进行精铣，这道工序完成后，刀锋刃线为所需尺寸，宽为0.02-0.03mm，为等腰梯形；
E、采用清角刀45°-60°对刀锋刃线的直角，交角、R角处进行精铣清角；
F、对刀块表面底部进行光削处理，打好刀块表面清废孔、拆卸模切刀块。
在上述的高速滚压模切刀块的制作方法中，所述的真空淬火分两级或三级预热。这样可以更好地消除刀块的内应力。
在上述的高速滚压模切刀块的制作方法中，所述的三次真空回火的温度是560-580℃，回火保温时间为1.5～2小时。采用这种回火温度和回火保温时间是为了达到更好的热处理效果。
作为优选，所述的真空淬火真空回火工艺的具体过程为：
a、将成品滚压模切刀块进行退磁，然后进行超声波清洗，装放真空热处理炉；
b、把粉末冶金高速钢ASP30或ASP60材料模切刀块放进一定真空加热炉中实现无氧化处理；
c、真空淬火，在真空中热气循环炉先加热到450℃-500℃然后再加热至奥氏体化温度1050-1180℃，粉末冶金高速钢ASP30、ASP60材料刀块经真空淬火后再真空回火3次，每次真空回火温度560-580℃；回火保温1.5-2小时。
通过上述的真空淬火真空回火工艺可以使得粉末冶金高速钢ASP30材料制作的刀块的硬度达到HRC63-65。；使得粉末冶金高速钢ASP60材料制作的刀块的硬度达到HRC65-67。。
在上述的高速滚压模切刀块的制作方法中，所述离子注入复膜涂层在滚压模切刀块上的具体过程为：预先将注入的沉积元素沉积在基片表面上，然后用其它离子轰击沉积镀层，使沉积元素注入到基体中。
所述的离子注入复膜涂层所需的工艺装备为：离子注入机、等离源离子注入机、复膜涂层机。离子辅助涂层(IAC)技术的原理是在预注的沉积元素的离子注入过程中其它离子在电场作用下加速运动，其它离子靠着本身获得的动能轰击预注的沉积元素的离子进入基体表面与表层晶体中，离子之间不断发生碰撞，能量不断减少，最终沉积在工件表层晶体内。
离子注入复膜涂层在滚压模切刀块上具体做法可以是将热处理后的模切刀块采用超声波清洗，预先将注入的沉积元素沉积在基片表面上，然后用其它离子轰击沉积镀层，使沉积元素注入到基体中。与反冲注入相似，但附着加热装置。在离子轰击基体时利用加热扩散效应使离子注入更深。将沉积元素交替地沉积在基体上，组成多层膜，然后用Xe+轰击多层膜，使元素洽合成均匀合金。
作为优选，所述的沉积元素为氮化铬、氮化铝钛、氧化碳钛中的一种。
若针对粉末冶金高速钢ASP30、ASP60材料的模切刀块，离子注入复膜涂层采用元素，一种是氮化铬，第二种氮化铝钛，第三种是氧化碳钛经三种元素离子注入复膜涂层，模切刀块表面呈不同颜色分别是：①银白色、②棕色、蓝色、③蓝黑色。模切刀块表面硬度分别为(1)HV2100-2400。(2)HV2600-4500。，(3)HV3600。。
模切刀块真空热处理后，刀块整体及表面有微量变形，由于模切刀块及刀辊体经外圆超精磨削后，成形模切刀块的刀锋刃线***，直角、交角、R角处变宽，铣削工艺导致刀锋刃线直角、交角、R角处残留余量，刀锋刃线残留量等缺陷。为了得到更好的刀具品质，可修正，其工艺方法是：
A、整形刀具及刀柄，整形刀具采用超硬的合金钢棒材作为原材料。
B、工艺装备：①体视显微镜即双目XTL-2600，XTL3600分别连续变频；②磨刀机；③人造金钢石研磨膏；④磨刀垫块；⑤修刀操作工作台。
C、刀锋刃线修整的操作方法：
(1)修刀操作人员，在操作台上双眼对着双目体视显微镜，它能够将刀块的刃线、细小模切刀块物体加以放大并形成正的立体线，从而进行对刀锋刃线的检测或修刀整形操作；
(2)整形刀具经磨刀机磨成所需特殊形状后进行操作，日常操作时必须经常在钢块上用研磨膏精磨刀具，保持整形刀具的锋利；
(3)模切刀块刀刃线，修线整形过程中，按模切刀块表面雕刻的图案为准，以刀刃线中心点为基础，使用整形刀具进行刮、削、铲的方法修形；
(4)模切刀块表面刀刃线上不允许碰撞、碰伤，一定要保持模切刀块的刃线整洁、光滑、无毛刺；
(5)模切刀块刀锋刃线经修整后，刀刃线宽为：0.02-0.03mm，直线粗细一致，直角、交角、R角处分明精确。
在所述的刀块在制作完成后可以采用如下的可剥性塑料包装：
A、工艺装备：熔化加热炉、热裁体及加热装置。其方法为：应用热熔型可削性防锈涂料包装模切刀块；
B、把固体的热熔型可削性防锈涂料通过加热装置加热熔融洽后成粘性的液体；
C、包装时采用浸涂法，用蜡线或尼龙线等系好刀块，完全浸入在可剥性塑料溶液中，然后立即提出，稍作冷却可成膜；
D、入库、贮存。
与现有技术相比，本制造方法所制成的高速滚压模切刀块硬度较高、韧性较好、耐磨且不容易腐蚀生锈。同时，由于所制成的高速滚压模切刀块不崩刃口、刀块可重复磨复，因此它的使用稳定性较高，使用寿命较长。
另外，该制造方法工艺简单、制作成本低、适合大批量生产的需求。
附图说明
图1是本发明提供的高速滚压模切刀块装在上辊筒的结构示意图。
图2是沿图1的A-A剖视图。
图3是下辊筒的结构示意图。
图4是模切刀块的主视结构示意图。
图5是模切刀块的侧视结构示意图。
图6是另一种模切刀块的结构示意图。
图7是沿图6的B-B剖视图。
图8是发明切制小盒烟标宽幅版模切刀块排列布置图。
图9是本发明切制条盒烟标模切刀块排到布置图。
图10本发明真空热处理工艺流程曲线图；
图11是本发明高速滚压模切刀块制造工艺流程图；
图中1、上辊筒；2、下辊筒；3、辊枕；4、模切刀块；5、径向槽；6、轴向槽；8、螺孔；12、提取孔；13、清废孔；14、刀锋刃线。
具体实施方式
实施例一
如图1和图2和图3所示，圆压圆模切机包括上辊筒1、下辊筒2和设在上辊筒1、下辊筒2两端的辊枕3。
在上辊筒1上沿轴向设有八条轴向槽6，沿径向设有四条径向槽5，每条径向槽5、轴向槽6内均开有螺孔8。本模切刀块4就镶装在上述的若干个螺孔8上，本实施例中，模切刀块4为140把。模切刀块4上雕刻有与包装盒图案相匹配的刀锋刃线14，模切刀块4上具有提取孔12和清废孔13。
模切刀块4的刀锋几何形状为：刀锋高1.6mm，刀锋底部宽为1.4mm，刀锋刃口线宽为0.002mm，刀锋呈45。等腰梯形，见图4和图5和图6和图7所示。
如图11所示，在制造模切刀块有以下几个步骤：
选用模切刀块4原材料为粉末冶金高速钢ASP30，按产品图纸尺寸切制成毛坯；粗精铣模切刀块4六个面，留磨量；粗精磨模切刀块4平面以大面定位，磨另一大平面，保证模切刀块4产品尺寸为精度等级IT5-IT6，表面粗糙度0.4um。
以模切刀块4基面定位，钻螺孔8、打提取孔12；装夹模切刀块4工件攻螺纹、倒角、清污垢；按设计的模切刀块4排列布置装配图为基准定位，将各种规格半成品模切刀块4用螺钉装配在上辊筒1上。
将装配有半成品的模切刀块4的上辊筒1，装夹在外圆磨床上，以两端中心孔定位，进行粗、精磨，产品所需外圆尺寸，达到高精度外圆，圆跳动度少于0.005mm。
将精外圆磨为上刀辊装夹在数控加工中心上，按产品刀锋尺寸用10mm、6mm的立铣刀对刀块表面进行粗加工；铣出刀锋刃线1 4成形后，再用V型60°、45°铣刀进行精雕刻铣削，使成形刀锋刃线宽为0.02-0.03mm，采用清角刀45。对刀锋刃线的直角、交角、R角处进行精铣清角；最后对刀块表面底部进行光削处理，钻好刀块表面清废孔13，拆卸模切刀块4。
将加工成形模切刀块4进行退磁，进入超声波清洗，放进真空炉，采用真空淬火，真空淬火分三次预热后达到1100℃，然后真空回火，回火三次每次持续时间1.5小时，保持三次回火的温度逐渐降低，初次回火的最高温度为580℃，使滚切刀块刀锋刃线硬度达HRC64-65。；HRC65-67。，见图10所示。
经真空淬火和真空回火后模切刀块4表面及刀锋刃线1 4产生小量变形。以模切刀块4底部面为基准定位，用高精度平口台虎钳装夹，除模切刀块4表面雕刻有刀锋刃线14不磨外，精磨其它5个面，达到产品所需尺寸。
把刀块与上辊筒1重新组合装置，将各种规格模切刀块4刀锋刃线14与另一块刀锋刃线14对齐，这包括横向和纵向；将重组装配刀辊在高精密外圆磨床上把模切刀块4进行超精磨，使模切刀块4所有刀锋刃线14全部磨出见光、平整，使刀锋刃线14及刀辊体综合圆跳动达到少于0.005mm的精度。模切刀块4刀锋刃线14经外圆磨后，刀锋刃线14粗细不一致，直角、交角、R角处刀刃线增粗，必须在显微镜下(双目XTL-2600、XTL-3600分别连续变频)，用整形刀具采用刮、铲等方法修复模切刀块4刀锋刃线14的直线、直角线、交角线、R角线。
将成品模切刀块4进行表面处理，采用离子注入和离子辅助涂层(IAC)技术中的离子未沉积注入应用技术对模切刀块4表面采用三种元素离子注入复膜涂层即氮化铬，氮化铝钛，氧化碳钛元素；成品滚切刀块采用热熔型可削性防锈涂料进行包装，入库贮存运输。
双刀式下辊模切刀块制造方法与上刀块基本上相同，下垫滚枕刀块表面呈圆弧形，刀块表面光滑无刀锋刃线，垫刀块平面镀硬铬，硬度HRC60-62。。
上述模切刀块4的使用方法：
将成品上辊筒1、下辊筒2的两端用过盈配合方式装配辊枕3后再装配微调大螺母，安装轴承、轴承套、法兰盘、连机齿轮和啮合同步齿轮，在印刷机自动线模切机装置上安装调试。
首先，安装下辊圆孤形平面刀垫块，将各种规格下垫全套刀块用螺钉通过螺孔固定安装在下辊筒2的横向槽5和纵向槽6中；将成品模切刀块4，用可削性塑料包装膜拆除，清除污垢，按模切刀块4的排列布置，将雕刻刀锋刃线14各种规格图案的全套刀块用螺钉连接在螺孔8中。
将用螺钉固定好上辊筒1每一块模切刀块4重新提取；全套刀块与刀块之间刀锋刃线14前后、左右、横、纵向对整齐；刀块刀锋刃线14与另一块刀锋刃线14接口接线对直、误差控制在0.002-0.03mm之内；调节上辊刀的间隙控制在0.003-0.004mm之内；用0.01mm铝铂纸、***上、下辊刀之间、用手工传动上、下辊刀就切制出产品形状图案的压痕线条，要求在0.01mm厚铝铂纸上，所模切产品图案条线痕线条深、浅一致，无穿透的刀切痕线条。
出现穿透及无切线痕处，用0.005mm不锈钢垫片，调整垫于刀块；下辊筒2装上清废钢针与上刀块清废孔相吻合；对模切机上、下辊加压力人工转动上、下辊同步齿轮，上、下辊相对滚动，就切制出产品包装盒图案。检查手动切制包装盒样张尺寸与产品所需尺寸技术指标相符合。在上辊筒1刀锋刃线14直角、交角、R角处粘贴上反弹胶条把模切机推到印刷机自动线的模切工作单元上，通过电机驱动就能在高速生产运作下，正常模切出各种图案包装纸盒。
模切刀块4的排列可采用多种方式，切制小盒烟标宽幅版模切刀块4排列布置图如图8所示。切制条盒烟标模切刀块4排到布置图如图9所示。
实施二
与实施例一所不同的是所选用的原材料为粉末冶金高速钢ASP60，淬火经过两次预热分别是预热到550℃后再加热到850℃停留保温后再加热到1100℃淬火，回火的最高温度为560℃，回火保温时间为2个小时，最终所得的刀块的硬度HRC65-67。。
本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (5)
1.一种高速滚压模切刀块的制作方法，它包括以下步骤：
(1)选用粉末冶金高速钢依次雾化、压实、然后热成形粗制成滚压模切刀块(4)；所述的粉末冶金高速钢为粉末冶金高速钢ASP30或粉末冶金高速钢ASP60；所述的粗制成滚压模切刀块(4)工艺的具体过程为：
A、将半成品镶块式刀辊装夹在综合立式数控加工中心上，采用编程软件，编好加工程序；
B、按设计刀块表面所需要产品图案尺寸，先用10mm、8mm、6mm三种键槽铣刀对刀辊表面进行粗铣，雕刻出横、纵向模切图案刀刃线，刀锋宽为0.9-1.1mm；
C、刀块表面刀锋刃线(14)粗铣后，用V型45°-60°成形铣刀进入半精铣，这道工序完成后，其成形的刀锋刃线(14)宽为0.06mm；
D、刀块表面刀锋刃线(14)成形半精铣后，用V型45°-60°铣刀对滚切刀块表面刀刃线(14)进行精铣，这道工序完成后，刀锋刃线(14)为所需尺寸，宽为0.02-0.03mm，为等腰梯形；
E、采用清角刀45°-60°对刀锋刃线的直角，交角、R角处进行精铣清角；
F、对刀块表面底部进行光削处理，打好刀块表面清废孔(13)、拆卸模切刀块(4)；
(2)真空热处理滚压模切刀块(4)，所述的真空热处理的具体步骤是将滚压模切刀块(4)先真空淬火，然后真空回火；所述的真空回火为三次真空回火；
(3)离子注入复膜涂层在滚压模切刀块(4)上。
2.根据权利要求1所述的一种高速滚压模切刀块的制作工艺，其特征在于，所述的真空淬火真空回火工艺的具体过程为：将粉末冶金高速钢ASP30模切刀块(4)进行退磁，进入超声波清洗，放进真空炉，采用真空淬火，真空淬火分三次预热后达到1100℃，然后真空回火，回火三次每次持续时间1.5小时，保持三次回火的温度逐渐降低，初次回火的最高温度为580℃。
3.根据权利要求1所述的一种高速滚压模切刀块的制作工艺，其特征在于，所述的真空淬火真空回火工艺的具体过程为：将粉末冶金高速钢ASP60模切刀块(4)进行退磁，进入超声波清洗，放进真空炉，采用真空淬火，淬火经过两次预热分别是预热到550℃后再加热到850℃停留保温后再加热到1100℃淬火，回火的最高温度为560℃，回火保温时间为2个小时。
4.根据权利要求1所述的一种高速滚压模切刀块的制作工艺，其特征在于，所述离子注入复膜涂层在滚压模切刀块(4)上的具体过程为：预先将注入的沉积元素沉积在基片表面上，然后用其它离子轰击沉积镀层，使沉积元素注入到基体中。
5.根据权利要求4所述的一种高速滚压模切刀块的制作工艺，其特征在于，所述的沉积元素为氮化铬、氮化铝钛、氧化碳钛中的一种。
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