CN110373531B - 刃口的处理方法、具有刃口的构件及具有刃口的工具 - Google Patents

刃口的处理方法、具有刃口的构件及具有刃口的工具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种刃口的处理方法、具有刃口的构件及具有刃口的工具，属于刃口处理技术，现有刀片、不锈钢刀具不能在基体具有相对较低硬度、较高韧性的基础上让刃口具有更大的硬度、耐磨性，本发明包括对刃***替进行激光淬火及磨削，在刃口表层形成硬化层，硬化层的硬度比基体的硬度提高了4‑5HRC。和常规刃口的刀片相比，经激光淬火后刀片的切削寿命提高了2‑3倍。本发明的激光淬火细化刃口部位钢铁材料的晶粒直径，晶粒度级别达到10‑11级，提升刃口部位的强度。

Description

刃口的处理方法、具有刃口的构件及具有刃口的工具
技术领域
本发明涉及刃口处理技术，具体是刃口的处理方法、具有刃口的构件及具有刃口的工具。
背景技术
传统的用在实用刀上的刀片多采用高碳工具钢（包括但不限于T8、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13等）为基体，经刻线、打标后进行淬火、回火，再经磨削开刃后装配出货。通常情况下，刀片只是在气氛保护加热炉中进行一次热处理（包括淬火、回火），加热速度、冷却淬火速度相对较慢，淬火后刀片晶粒尺寸较粗大，晶粒度级别在7-9级左右，强度较低。整个刀片（包括刃口、基体）上各个区域的硬度是接近均匀一致的。但由于磨削刃口时会产生较多的磨削热量，对刃口造成类似回火的作用，磨削后刃口硬度甚至比基体硬度还低0.5-1.0HRC左右。当刀片的整体硬度较高时，刃口的耐磨性较好，但刀片整体脆性较大；当刀片的整体硬度较低时，刀片整体韧性较好，但刃口耐磨性较低，使用寿命不佳。
传统的带不锈钢类刃口的工具如折叠刀、单开刀、砍刀、匕首、剪刀、钳子、管子割刀、铲刀等，多采用马氏体不锈钢（包括但不限于20Cr13、30Cr13、40Cr13、50Cr15MoV、68Cr17、95Cr18、90Cr18MoV等）为基体，经下料、冲裁后进行常规的淬火、回火，再经磨削开刃后装配出货。通常情况下，此类工具也只是在气氛保护加热炉中进行一次热处理（包括淬火、回火），加热速度、冷却淬火速度相对较慢，淬火后不锈钢刀具晶粒尺寸较粗大，晶粒度级别在7-9级左右，强度较低。整个不锈钢刀具（包括刃口、基体）上各个部位的硬度是接近均匀一致的。但由于磨削刃口时会产生较多的磨削热量，对刃口造成类似回火的作用，磨削后刃口硬度甚至比基体硬度还低0.5-1.5HRC左右。当工具的整体硬度较高时，刃口的耐磨性较好，但工具整体脆性较大；当工具的整体硬度较低时，工具整体韧性较好，但刃口耐磨性较低，使用寿命不佳。
因此，如何在保持实用刀的刀片、不锈钢刀具的基体具有相对较低硬度、较高韧性的基础上，提升刃口的硬度、耐磨性，从而提升实际使用寿命，就成为一个有意义的尝试。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有刀片、不锈钢刀具不能在基体具有相对较低硬度、较高韧性的基础上让刃口具有更大的硬度、耐磨性的缺陷，提供一种刃口的处理方法、具有刃口的构件及具有刃口的工具。
为达到上述目的，本发明的刃口的处理方法，其特征是包括以下步骤：
1）从原材料下料为基体；
2）对基体整体淬火；
3）对基体整体回火；
4）对基体磨削开刃，并对刃***替进行激光淬火及磨削；
5）对基体整体低温回火。
作为本发明的刃口的处理方法的优选技术手段：进行激光淬火时令激光束的方向与刃口平面垂直。
作为本发明的刃口的处理方法的优选技术手段：对刃***替进行激光淬火及磨削的次数为3-5次。
作为本发明的刃口的处理方法的优选技术手段：所述的基体为高碳工具钢刀片，进行激光淬火时令激光束位置固定、令基体按照1.0-30.0m/min的速度移动。
作为本发明的刃口的处理方法的优选技术手段：所述的基体为马氏体不锈钢工具配件，进行激光淬火时令基***置固定、令激光束按照2.0-15.0mm/s的速度移动。
作为本发明的刃口的处理方法的优选技术手段：所述低温回火的温度为100-180℃，低温回火的保温时间为2-6H。
为达到上述目的，本发明的具有刃口的构件，其是在基体边缘磨削开刃出刃口，其特征是：刃口表层为硬化层，硬化层的硬度高于基体的硬度。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述硬化层的硬度≥58HRC。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述硬化层的硬度在62-68HRC之间。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述硬化层的硬度为66HRC。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述基体的硬度较所述硬化层的硬度小4-5HRC。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述硬化层的深度在0.2-1.0mm之间。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述硬化层的深度在0.3-0.6mm之间。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述硬化层的深度为0.45mm。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述硬化层与基体之间存在一个过渡区。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述过渡区包含一部分从所述硬化层延伸出来的硬化层过渡区及紧邻着该硬化层过渡区的激光热影响区。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述激光热影响区的硬度小于基体的硬度。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述硬化层过渡区与激光热影响区的硬度一致。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述过渡区的深度为0.1-0.8mm。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述过渡区的深度为0.2-0.6mm。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：所述过渡区的深度为0.3mm。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：该构件为以高碳工具钢为基体的刀片。
作为本发明的具有刃口的构件的优选技术手段：该构件为以马氏体不锈钢为基体的工具配件。
为达到上述目的，本发明的具有刃口的工具，其特征是：包括本发明所述的刀片，该刀片可更换的装配在所述的工具上。
为达到上述目的，本发明的具有刃口的工具，其特征是：包括本发明所述的工具配件，将该工具配件装配在所述的工具上。
本发明通过对刃***替进行激光淬火及磨削，在刃口表层形成硬化层，硬化层的硬度比基体的硬度提高了4-5HRC。
和常规刃口的刀片相比，经激光淬火后刀片的切削寿命提高了2-3倍。
本发明的激光淬火细化刃口部位钢铁材料的晶粒直径，晶粒度级别达到10-11级，提升刃口部位的强度。
附图说明
图1为本发明刀片的一种结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视放大示意图；
图3为一种折叠刀的示意图；
图4为一种剪刀的示意图；
图5为一种钳子的局部示意图；
图6为一种管子切刀的局部示意图；
图7为一种刮刀的局部示意图；
图8为本发明刀片的制造工艺流程图；
图9为本发明具有刃口的工具的制造工艺流程图；
图中标号说明：
01-基体，11-刃口，12-淬火区，13-过渡区，14-硬化层过渡区，15-激光热影响区；
02-基体，21-刃口，
03-基体，31-刃口，
04-基体，41-刃口，
05-基体，51-刃口，
06-基体，61-刃口。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明，为了避免赘述，将本发明刃口的处理的方法、具有刃口的构件、具有刃口的工具结合在一起通过两个实施例进行说明。
实施例1
如图8所示，是一种以高碳工具钢（包括但不限于T8、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13等）为基体的刀片的制造工艺流程图，这种刀片如图1-2所示，其刃口用于切割物体，整个刀片可以安装在刀具上且便于更换。
如刀片的制造工艺流程图所示，其中包括了刀片刃口的处理方法，具体包括以下步骤：
1）从带状高碳工具钢原材料下料为基体；必要时在基体上刻线、印字；
2）对基体整体淬火；
3）对基体整体回火；
4）对基体磨削开刃，并对刃***替进行激光淬火及磨削；
5）对基体整体低温回火；
最后，对刀片上油、包装，即可出货。
进行激光淬火时令激光束的方向与刃口平面垂直。
所使用的激光器包括CO2气体激光器、YAG固体激光器、光纤激光器、DIODE半导体激光器。在本发明中，上述提及的各种激光器均可得到性能相近的激光循环淬火硬化层。作为一种优选项，优先采用DIODE半导体激光器，激光器功率不小于500W。
对刃***替进行激光淬火及磨削的次数为3-5次，即进行3-5次的淬火及磨削。
进行激光淬火时令激光束位置固定、令基体按照1.0-30.0m/min的速度移动。
低温回火的温度为100-180℃，低温回火的保温时间为2-6H。经过对刃***替进行激光淬火及磨削后，对所得到的工件进行低温回火，能够使因形成在刃口的硬化层及硬化层与基体之间的过渡区消除组织应力，性能更加稳定。所使用的热处理炉，可以是带气体保护的连续式炉。
上述方法制得的刀片，是一种具有刃口的构件，其是在基体边缘磨削开刃出刃口，刃口表层为硬化层，硬化层的硬度高于基体的硬度。尤其是，硬化层的硬度≥58HRC，硬化层的硬度优选在62-68HRC之间，硬化层的硬度最佳为66HRC。而基体的硬度较硬化层的硬度小4-5HRC。如此即可实现基体具有相对较低硬度、较高韧性的基础上让刃口具有更大的硬度、耐磨性，延长刀片使用寿命。
硬化层的深度在0.2-1.0mm之间，硬化层的深度优选为0.3-0.6mm之间，硬化层的深度最佳为0.45mm。
鉴于对刃***替进行激光淬火及磨削的原因，硬化层与基体之间存在一个过渡区。过渡区包含一部分从硬化层向基体延伸出来的硬化层过渡区及紧邻着该硬化层过渡区的激光热影响区，且激光热影响区的硬度小于基体的硬度，而硬化层过渡区与激光热影响区的硬度大致一致。过渡区的深度为0.1-0.8mm，优选为0.2-0.6mm，最佳为0.3mm。
该刀片可以安装在刀具上构成一种具有具有刃口的工具，且便于更换。
按照ISO8442.5的标准测试刀片刃口的使用寿命，以不间断测试60个循环后总的切纸厚度为刀片的切割寿命。按本发明所述工艺处理的梯形刀片，其耐久度（即切割寿命）在480-570mm之间；而市场上常规梯形刀片的切割寿命在180-220mm左右。
实施例2
如图9所示，是一种以马氏体不锈钢（包括但不限于20Cr13、30Cr13、40Cr13、50Cr15MoV、68Cr17、95Cr18、90Cr18MoV等）为基体的具有不锈钢刃口的工具的制造工艺流程图，这类工具包括如图3的折叠刀、图4的剪刀、图5的钳子、图6的割刀、图7的铲刀以及图中没有示出的单开刀、匕首等，这类工具的刃口用于切割、剪切、刮除物体等，其具有刃口的构件是构成这类工具的零配件，用于组装成工具。
如图9所示，其中包括了构件刃口的处理方法，具体包括以下步骤：
1）从马氏体不锈钢原材料下料为基体；
2）对基体整体淬火；
3）对基体整体回火；
4）对基体磨削开刃，并对刃***替进行激光淬火及磨削；
5）对基体整体低温回火；
最后，装配、包装，即可出货。
同样的，进行激光淬火时令激光束的方向与刃口平面垂直。所使用的激光器包括CO2气体激光器、YAG固体激光器、光纤激光器、DIODE半导体激光器。在本发明中，上述提及的各种激光器均可得到性能相近的激光循环淬火硬化层。作为一种优选项，优先采用DIODE半导体激光器，激光器功率不小于500W。
对刃***替进行激光淬火及磨削的次数为3-5次，即进行3-5次的淬火及磨削。
由于这些构件与刀片的形状、结构不同，进行激光淬火时，令基***置固定、令激光束按照2.0-15.0mm/s的速度移动。
低温回火的温度为100-180℃，低温回火的保温时间为2-6H。经过对刃***替进行激光淬火及磨削后，对所得到的工件进行低温回火，能够使因形成在刃口的硬化层及硬化层与基体之间的过渡区消除组织应力，性能更加稳定。所使用的热处理炉，可以是带气体保护的周期式炉。
上述方法制得的构件，同样是在基体边缘磨削开刃出刃口，刃口表层为硬化层，硬化层的硬度高于基体的硬度。尤其是，硬化层的硬度≥58HRC，硬化层的硬度优选在62-68HRC之间，硬化层的硬度最佳为66HRC。而基体的硬度较硬化层的硬度小4-5HRC。如此即可实现基体具有相对较低硬度、较高韧性的基础上让刃口具有更大的硬度、耐磨性，延长刀片使用寿命。
硬化层的深度在0.2-1.0mm之间，硬化层的深度优选为0.3-0.6mm之间，硬化层的深度最佳为0.45mm。
鉴于对刃***替进行激光淬火及磨削的原因，硬化层与基体之间存在一个过渡区。过渡区包含一部分从硬化层向基体延伸出来的硬化层过渡区及紧邻着该硬化层过渡区的激光热影响区，且激光热影响区的硬度小于基体的硬度，而硬化层过渡区与激光热影响区的硬度大致一致。过渡区的深度为0.1-0.8mm，优选为0.2-0.6mm，最佳为0.3mm。
这样的构件用于组装成图3-7所示等相应的工具。
通过测试图5所示钳子刃口磨损状况，钳子刃口剪切寿命过程是“剪切直径1.6mm、抗拉强度为1678Mpa的钢丝10000次，每5000次时检查刃口磨损、剪切力变化情况”。则经10000次剪切钢丝后，本发明钳子两片刃口的磨损宽度为0.1501mm，而市场上常规钳子进行10000次剪切寿命后两片刃口的磨损宽度一般为0.80mm以上。

Claims (4)

1.刃口的处理方法，其特征是包括以下步骤：
1）从原材料下料为基体，所述的基体为高碳工具钢刀片或马氏体不锈钢工具配件；
2）对基体整体淬火；
3）对基体整体回火；
4）对基体磨削开刃，并对刃***替进行激光淬火及磨削；进行激光淬火时令激光束的方向与刃口平面垂直；对刃***替进行激光淬火及磨削的次数为3-5次；
5）对基体整体低温回火。
2.根据权利要求1所述的刃口的处理方法，其特征是：所述低温回火的温度为100-180℃，低温回火的保温时间为2-6H。
3.根据权利要求1所述的刃口的处理方法，其特征是：所述的基体为高碳工具钢刀片时，进行激光淬火时令激光束位置固定、令基体按照1.0-30.0m/min的速度移动。
4.根据权利要求1所述的刃口的处理方法，其 特征是：所述的基体为马氏体不锈钢工具配件时，进行激光淬火时令基***置固定、令激光束按照2.0-15.0mm/s的速度移动。
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