一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片及其制造方法与流程

本发明属于特殊刀片的加工方法技术领域，更具体地说，涉及一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片及其制造方法。

背景技术：

圆盘刀是分切机设备的重要部件之一。一般是根据分切材料种类和厚度的不同来决定选择何种分切机刀片。通常分切机刀片的分切形式包括方刀分切和圆刀分切。方刀分切就是像剃刀一样，将刀片固定在分切机的刀架上，在材料运行过程中将刀落下，使刀将材料纵向切开，以达到分切目的。圆刀分切主要有上下圆盘刀剪切和圆刀挤压式分切两种方式。圆刀分切是分切厚膜、复合厚膜、纸张等材料的主要分切方式。分切材料膜材厚度在100μm以上建议选用圆刀分切。圆刀挤压式分切方式既可以分切比较薄的塑料薄膜，也可以分切比较厚的纸张、无纺布等，是一种比较方便的分切方式，在分切行业中，圆盘刀的性能及稳定性一直是影响行业发展的制约因素，圆盘刀性能的不稳定不仅会使分切作业达不到指标要求，而且使分切材料产生毛边和产生大量的分切粉屑等，造成极大的浪费，增加了企业的生产成本。

保温棉通常是由铁矿渣、硅石粉、黏土熟料等原料高温熔融后甩丝成纤维状，经集棉器集棉压缩后形成保温棉，然后经切削成特定形状。例如，宏达保温公司生产的一种三维定向岩棉板，由铁矿石、天然磁黄铁矿、焦炭、矿渣、憎水剂、尿素和酚醛树脂等原料制成，由于制作保温棉的原料中的杂质比较难控制，如铁矿石和天然磁黄铁矿中的杂质种类繁多，所以加工出来的保温棉中也掺杂一定的杂质，而且在熔融过程中，有些杂质不能融化，因此杂质在熔融态的原料中会聚集形成坚硬的粒状，这种粒状的杂质在岩棉板中呈现正态分布，保温棉本身不是很坚硬，采用一般的圆盘刀即可完成切削，但是保温棉中夹杂的杂质对分切圆盘刀的损伤特别严重，一旦切削过程中，刀口碰到保温棉中聚集的粒状杂质，即会使刀口崩裂，即使是采用最优化的材料及热处理方法加工出来的圆盘刀在对这种保温棉切削时，也会容易刀口崩裂。

例如，中国专利申请号为201510401724.1，申请公开日为2015年9月16日的专利申请文件公开了一种分切圆盘刀及其制造方法，该发明的圆盘刀为圆环状刀片，包括中心孔、刀盘和刀刃，所述的中心孔位于刀盘的中心，所述的刀刃位于刀盘的外环上，所述刀刃的外环上设有刀刃口，所述的刀刃口的刃口角度δ为23～27°；所述刀刃口的刃口厚度h为0.24-0.26mm，制造圆盘刀的材料组成成分及质量百分比为C：1.15-1.33％、N：0.2-0.4％、Mn：0.30-0.40％、Si：0.52-1.20％、Cr：8.50-10.50％、W：1.50-2.50％、V：0.35-0.50％、Mo：0.25-0.40％、Ni：0.30-0.40％、Cu：≤0.30％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe。但是该发明中的材料组成复杂，是一种改进型的合金材料，能一定程度上增强刀片的耐磨性和使用寿命，但是该公司将其生产的刀片卖于宏达保温公司进行保温岩棉板切削时，依然会出现刀口崩裂严重的情况。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有的圆盘刀片在切削特殊组成的岩棉板时，刀口易崩裂的问题，本发明提供一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片及其制造方法，本发明中的八角圆盘刀的刀口与普通的圆盘刀的刀口有显著的区别，现有的普通圆盘刀的大刀口的径向截面线是一条斜直线，这种刀口加工起来很容易，但是在用于切削含有坚硬杂质的软体材料时，刀口容易被杂质咬住，或者杂质对刀口的磨损非常严重，而本发明中的八角圆盘刀，将大刀口设计成弧面，这样在切削时一方面可以减少切削物与刀片之间的阻力，另一方面在切削到坚硬杂质时可以分散杂质对刀片的挤压力，使杂质更容易切碎，杂质对刀口的磨损程度也大大减小。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片，包括正八边形刀身，所述的刀身中心设有安装孔，所述的八边形的每条边边缘设有大刀口和小刀口，大刀口沿圆刀片直径方向的剖视截面线为圆弧形。

更进一步地，所述的截面线对应的圆心角为10～12°，截面线的长度为圆刀片半径的0.35～0.4倍。

上述的一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片的制造方法，其步骤为：

(1)坯料烧结：将氧化锆粉末、氧化铝粉末、氧化钇粉末和粘结剂混合均匀，采用高温等静压法对其进行烧结，控制烧结温度为1000～1200℃，压力为400～500Mpa；

(2)加工刀片毛坯：将步骤(1)中得到的块状陶瓷材料加工成圆盘形，然后切割为正八边形，在圆盘刀片的中心切削出安装孔，采用金刚石砂轮对刀身的两面进行打磨，刀身表面粗糙度低于0.1μm；

(3)加工小刀口：采用金刚石砂轮依次对八角圆刀片的八条边进行打磨，小刀口的角度为30～35°；

(4)加工大刀口：采用金刚石砂轮依次对八角圆刀片进行打磨，砂轮打磨时的转动方向与八角刀的移动方向垂直；

(5)精磨刀口：采用牛皮抛光轮对大刀口和小刀口进行打蜡抛光，降低刀口的粗糙度；

(6)检查刀片：采用100倍显微镜对刀片进行检查，剔除次品；

(7)包装：对合格刀片进行包装。

更进一步地，所述的粘结剂的成分及各成分的质量分数为：50～60％聚硼硅氧烷、10～20％硼砂、10～15％氯化钠、余量为聚乙烯醇。

更进一步地，氧化锆粉末、氧化铝粉末、氧化钇粉末和粘结剂的混合质量比为10:(1.5-2.3):0.4:0.5。

更进一步地，所述步骤(1)的烧结过程中，升温速度v＝T*w1*w2℃/min，其中T为烧结温度，w1为粘结剂在陶瓷材料中的比例值，w2为粘结剂中氯化钠的比例值。

更进一步地，精磨后的刀口粗糙度为0.025μm。

更进一步地，步骤(3)中加工刀口时，刀片相对砂轮的直线移动速度低于10m/min。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的圆盘刀片是专门针对含有坚硬杂质的软体材料设计的，本发明将大刀口设计成弧面，这样在切削时一方面可以减少切削物与刀片之间的阻力，另一方面在切削到坚硬杂质时可以分散杂质对刀片的挤压力，使杂质更容易切碎，杂质对刀口的磨损程度也大大减小；

(2)本发明的圆盘刀片加工方法，对原料进行烧结时采用了高温等静压法，根据材料的组成选择了最佳的烧结工艺，在1000～1200℃的条件下能使粘结剂中的部分物质充分碳化，碳化后的成分能促进氧化铝的晶须增韧，原料中的氧化钇还能降低氧化锆的晶粒度，增强了坯料的致密度，提高了坯料的韧性；

(3)本发明的圆盘刀片加工方法，在加工大刀口时，砂轮打磨时的转动方向与八角刀的移动方向垂直，这样加工出来的大刀口表面为圆弧形，这种特殊形状的刀口，能降低切削过程中阻力，延长了刀片的使用寿命；现有常规的刀口打磨方法，砂轮放置在圆盘刀外圆的切线方向上，打磨出来的刀口是斜平面，这种刀口在切削软体材料时受到的阻力非常大，刀口受材料中的杂质磨损也非常严重，即使是采用硬质合金制备出来的刀片，使用寿命也受坚硬杂质的磨损，因为斜平面的刀口与坚硬杂质接触时，杂质对刀口的挤压力非常大；而本发明中巧妙的将刀口设计成弧面形状，有效降低了杂质对刀口的挤压力，使得八角圆刀片的使用寿命大大延长。

附图说明

图1为本发明中的八角圆刀片的剖面结构示意图；

图2为本发明中的八角圆刀片的结构示意图；

图3为本发明中的八角圆刀片的刀口局部剖面示意图；

图4为本发明实施例4中所述的八角圆刀片的结构示意图；

图5为图4中所示的八角圆刀片上的大刀口的边缘线形状示意图。

图中：1、刀身；101、安装孔；102、大刀口；103、小刀口；1022、截面线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1～图3所示，一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片，包括正八边形刀身1，刀身1中心设有安装孔101，八边形的每条边边缘设有大刀口102和小刀口103，大刀口102沿圆刀片直径方向的剖视截面线1022为圆弧形；截面线1022对应的圆心角为12°，截面线1022的长度为圆刀片直径的0.35倍。现有的普通圆盘刀的大刀口剖视截面如图3中的1021所示，是斜平面形状，这种形状的刀口在切削时阻力大，易受杂质的磨损。

申请人长期从事刀片的生产，不断通过改进合金材料的组分和调整热处理工艺获得了一系列高性能的圆盘刀，但是这些圆盘刀片在用于分切软体材料时存在的通病是软体材料与刀片之间的摩擦阻力非常大，刀片的磨损比较严重，碰到软体材料中含有坚硬杂质的时候，杂质对刀片的损伤更大。所以仅通过改变合金材料的组分和热处理工艺无法解决实际存在的难题。一次生产刀片的偶然机会中，工作人员失误将刀片在与砂轮的转动方向垂直的方向上移动，打磨得到了一种刀口为弧面的圆刀片，而该圆刀片在用于切削软体材料时，发现阻力非常小，材料对刀口的磨损也减轻了很多。但是在后期生产这种形状的圆刀片时发现，打磨这种弧面刀口时，弧度的控制非常重要，弧度大了，刀片容易折断，弧度小了，减轻阻力的效果不明显，如何平衡弧度与圆刀片之间的关系，申请人花费了很多时间去研究，最后发现，打磨出来的圆弧(即图3中的截面线1022)对应的圆心角在10～12°，同时圆弧的长度为圆刀片半径的0.35～0.4倍时，该刀片的性能最佳。

上述的一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片的制造方法，其步骤为：

(1)坯料烧结：将氧化锆粉末、氧化铝粉末、氧化钇粉末分别过200目筛，然后将氧化锆粉末、氧化铝粉末、氧化钇粉末和粘结剂按照质量比10:1.5:0.4:0.5球磨混合均匀，采用高温等静压法对其进行烧结，烧结过程中的升温速度v＝T*w1*w2℃/min，T为烧结温度，w1为粘结剂在陶瓷材料中的比例值，w2为粘结剂中氯化钠的比例值，本实施例中的升温速度v＝1000*0.5*0.12＝60℃/min；控制烧结温度为1000℃，压力为480Mpa(氩气)条件下烧结，保温1h；粘结剂由50％聚硼硅氧烷、18％硼砂、12％氯化钠和20％聚乙烯醇组成。

(2)加工刀片毛坯：将步骤(1)中得到的块状陶瓷材料加工成圆盘形，然后切割为正八边形，在圆盘刀片的中心切削出安装孔，采用金刚石砂轮对刀身的两面进行打磨，刀身表面粗糙度低于0.1μm；

(3)加工小刀口：采用金刚石砂轮依次对八角圆刀片的八条边进行打磨，小刀口的角度为30°；

(4)加工大刀口：采用金刚石砂轮依次对八角圆刀片进行打磨，砂轮打磨时的转动方向与八角圆刀片的移动方向垂直，刀片相对砂轮的直线移动速度为10m/min；

(5)精磨刀口：采用牛皮抛光轮对大刀口和小刀口进行抛光打蜡，降低刀口的粗糙度至0.025μm；

(6)检查刀片：采用100倍显微镜对刀片进行检查，剔除次品；

(7)包装：对合格刀片进行包装。

本实施例中的八角圆盘刀，首先采用特殊配比的陶瓷材料制成，使用氧化铝和氧化忆对其进行晶须增韧，并控制材料中的晶粒度增大，粘结剂的组分不仅起到粘结的作用，还能对陶瓷材料的晶须增韧有协同促进作用，例如其中的氯化钠和聚硼硅氧烷，适量的氯化钠可以提高晶须的产量，并且晶须的形状比较一致，但是氯化钠的量多了的话，会使晶须产量下降并且心态扭曲。申请人在实际生产过程中研究发现对原料进行升温烧结时的升温速度对刀片的性能有非常重要的影响，升温速度快的话，会使粘结剂快速炭化，导致烧结后的材料韧性差，易断裂；有研究报道称氯化钠在陶瓷材料的烧结过程中协助物料颗粒的运输，可以防止晶粒的长大和团聚，但是如果升温速度慢的话，会使粘结剂中的氯化钠的作用过于放大，烧结得到的陶瓷材料性能也比较差，所以控制好烧结的升温速度对获得高性能的陶瓷材料非常重要。

实施例2

如图1～图3所示，一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片，包括正八边形刀身1，刀身1中心设有安装孔101，八边形的每条边边缘设有大刀口102和小刀口103，大刀口102沿圆刀片直径方向的剖视截面线1022为圆弧形；截面线1022对应的圆心角为10°，截面线1022的长度为圆刀片直径的0.4倍。现有的普通圆盘刀的大刀口剖视截面如图3中的1021所示，是斜平面形状，这种形状的刀口在切削时阻力大，易受杂质的磨损。

申请人长期从事刀片的生产，不断通过改进合金材料的组分和调整热处理工艺获得了一系列高性能的圆盘刀，但是这些圆盘刀片在用于分切软体材料时存在的通病是软体材料与刀片之间的摩擦阻力非常大，刀片的磨损比较严重，碰到软体材料中含有坚硬杂质的时候，杂质对刀片的损伤更大。所以仅通过改变合金材料的组分和热处理工艺无法解决实际存在的难题。一次生产刀片的偶然机会中，工作人员失误将刀片在与砂轮的转动方向垂直的方向上移动，打磨得到了一种刀口为弧面的圆刀片，而该圆刀片在用于切削软体材料时，发现阻力非常小，材料对刀口的磨损也减轻了很多。但是在后期生产这种形状的圆刀片时发现，打磨这 种弧面刀口时，弧度的控制非常重要，弧度大了，刀片容易折断，弧度小了，减轻阻力的效果不明显，如何平衡弧度与圆刀片之间的关系，申请人花费了很多时间去研究，最后发现，打磨出来的圆弧(即图3中的截面线1022)对应的圆心角在10～12°，同时圆弧的长度为圆刀片半径的0.35～0.4倍时，该刀片的性能最佳。

上述的一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片的制造方法，其步骤为：

(1)坯料烧结：将氧化锆粉末、氧化铝粉末、氧化钇粉末分别过200目筛，然后将氧化锆粉末、氧化铝粉末、氧化钇粉末和粘结剂按照质量比10:2.0:0.4:0.5球磨混合均匀，采用高温等静压法对其进行烧结，烧结过程中的升温速度v＝T*w1*w2℃/min，T为烧结温度，w1为粘结剂在陶瓷材料中的比例值，w2为粘结剂中氯化钠的比例值，本实施例中的升温速度v＝1200*0.5*0.10＝60℃/min；控制烧结温度为1200℃，压力为300Mpa(氩气)条件下烧结，保温1h；粘结剂由55％聚硼硅氧烷、20％硼砂、10％氯化钠和15％聚乙烯醇组成。

(2)加工刀片毛坯：将步骤(1)中得到的块状陶瓷材料加工成圆盘形，然后切割为正八边形，在圆盘刀片的中心切削出安装孔，采用金刚石砂轮对刀身的两面进行打磨，刀身表面粗糙度低于0.1μm；

(3)加工小刀口：采用金刚石砂轮依次对八角圆刀片的八条边进行打磨，小刀口的角度为35°；

(4)加工大刀口：采用金刚石砂轮依次对八角圆刀片进行打磨，砂轮打磨时的转动方向与八角圆刀片的移动方向垂直，刀片相对砂轮的直线移动速度为8m/min；

(5)精磨刀口：采用牛皮抛光轮对大刀口和小刀口进行抛光打蜡，降低刀口的粗糙度至0.025μm；

(6)检查刀片：采用100倍显微镜对刀片进行检查，剔除次品；

(7)包装：对合格刀片进行包装。

实施例3

如图1～图3所示，一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片，包括正八边形刀身1，刀身1中心设有安装孔101，八边形的每条边边缘设有大刀口102和小刀口103，大刀口102沿圆刀片直径方向的剖视截面线1022为圆弧形；截面线1022对应的圆心角为11°，截面线1022的长度为圆刀片直径的0.38倍。现有的普通圆盘刀的大刀口剖视截面如图3中的1021所示，是斜平面形状，这种形状的刀口在切削时阻力大，易受杂质的磨损。

申请人长期从事刀片的生产，不断通过改进合金材料的组分和调整热处理工艺获得了一系列高性能的圆盘刀，但是这些圆盘刀片在用于分切软体材料时存在的通病是软体材料与刀片之间的摩擦阻力非常大，刀片的磨损比较严重，碰到软体材料中含有坚硬杂质的时候，杂 质对刀片的损伤更大。所以仅通过改变合金材料的组分和热处理工艺无法解决实际存在的难题。一次生产刀片的偶然机会中，工作人员失误将刀片在与砂轮的转动方向垂直的方向上移动，打磨得到了一种刀口为弧面的圆刀片，而该圆刀片在用于切削软体材料时，发现阻力非常小，材料对刀口的磨损也减轻了很多。但是在后期生产这种形状的圆刀片时发现，打磨这种弧面刀口时，弧度的控制非常重要，弧度大了，刀片容易折断，弧度小了，减轻阻力的效果不明显，如何平衡弧度与圆刀片之间的关系，申请人花费了很多时间去研究，最后发现，打磨出来的圆弧(即图3中的截面线1022)对应的圆心角在10～12°，同时圆弧的长度为圆刀片半径的0.35～0.4倍时，该刀片的性能最佳。

上述的一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片的制造方法，其步骤为：

(1)坯料烧结：将氧化锆粉末、氧化铝粉末、氧化钇粉末分别过200目筛，然后将氧化锆粉末、氧化铝粉末、氧化钇粉末和粘结剂按照质量比10:2.3:0.4:0.5球磨混合均匀，采用高温等静压法对其进行烧结，烧结过程中的升温速度v＝T*w1*w2℃/min，T为烧结温度，w1为粘结剂在陶瓷材料中的比例值，w2为粘结剂中氯化钠的比例值，本实施例中的升温速度v＝1100*0.5*0.15＝82.5℃/min；控制烧结温度为1100℃，压力为400Mpa(氩气)条件下烧结，保温1h；粘结剂由60％聚硼硅氧烷、10％硼砂、15％氯化钠和15％聚乙烯醇组成。

(2)加工刀片毛坯：将步骤(1)中得到的块状陶瓷材料加工成圆盘形，然后切割为正八边形，在圆盘刀片的中心切削出安装孔，采用金刚石砂轮对刀身的两面进行打磨，刀身表面粗糙度低于0.1μm；

(3)加工小刀口：采用金刚石砂轮依次对八角圆刀片的八条边进行打磨，小刀口的角度为35°；

(4)加工大刀口：采用金刚石砂轮依次对八角圆刀片进行打磨，砂轮打磨时的转动方向与八角圆刀片的移动方向垂直，刀片相对砂轮的直线移动速度为9m/min；

(5)精磨刀口：采用牛皮抛光轮对大刀口和小刀口进行抛光打蜡，降低刀口的粗糙度至0.025μm；

(6)检查刀片：采用100倍显微镜对刀片进行检查，剔除次品；

(7)包装：对合格刀片进行包装。

实施例4

如图4所示，一种分切含有坚硬杂质的软体材料的八角圆刀片，基本结构同实施例1中所述，不同的是：本实施例中的大刀口102的边缘线为圆的渐开线形状，如图5所示，1031为小刀口的内边缘线，以两倍小刀口宽度为半径构建基圆，以基圆的渐开线为边缘，打磨大刀口，八角圆刀片上的大刀口按照图4中所示的分布，具体的大刀口102的边缘线确定方法 为：渐开线的基圆半径r为小刀口宽度的2倍，以八角圆刀片的某条边的刀口为例，以小刀口103内边缘线上的O点为基圆圆心，A点为八角圆刀片的某条边的端点，OA长度为基圆的半径r，有向直线OA为x轴，建立平面直角坐标系。设M(x,y)是圆的渐开线上任一点，MB是基圆的切线，B为切点，(弧度)是以OA为始边，OB为终边的正角。取为参数，圆的渐开线的参数方程是：

如图5所示，大刀口从C到A的方向上，厚度逐渐均匀增大，但是大刀口的刀口角度最大不能超过5°。

这种刀片的加工方法基本同实施例1，所不同的是，在打磨大刀口时，采用数控机床编辑程序控制大刀口的打磨路径，使其打磨出所需的形状。

本实施例中的八角圆刀片，每条边上的大刀口形状排列一致，使用这种特殊形状的刀片进行切削时，刀片转动后形成类似螺旋形的切削受力面，这种受力面能将切削过程中的挤压力不规则的分散，减小切削材料对刀口的磨损，还能有效避免坚硬杂质对刀口的损伤。