一种镶嵌合金高性能剪切圆刀及其加工方法

一种镶嵌合金高性能剪切圆刀及其加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种镶嵌合金高性能剪切圆刀及其加工方法，属于刀具加工技术领域。本发明的剪切圆刀包括刀圈和刀体，刀圈套装固定于刀体的外圆周面，刀体采用弹簧钢材料，刀圈采用粉末冶金毛坯制得，该粉末冶金毛坯的原料组分按重量百分比计为：WC：80?82％、Co 15?17％、W、Ni、Cr3C2、VC、Mo2C、TaC 3?5％；本发明的剪切圆刀的加工方法包括以下步骤：刀圈原材料的准备、刀圈的毛坯制备、刀圈的粗加工、剪切圆刀的刀体制备及粗加工、剪切圆刀的镶嵌和剪切圆刀的精加工。本发明制备的剪切圆刀从选材和加工工艺上进一步提升了刀片的硬度、耐磨性和抗冲击韧性等使用性能，能够满足用户分切硬质板材的要求，且延长了刀片的使用寿命。
【专利说明】
一种镶嵌合金高性能剪切圆刀及其加工方法
技术领域
[0001 ]本发明属于刀具加工技术领域，更具体地说，涉及一种镶嵌合金高性能剪切圆刀 加工方法。
【背景技术】
[0002] 金属板材分条机是用于普通金属板材、铝板、不锈钢板、硅钢板等的纵向滚剪，其 主要依靠滚剪刀（纵剪分条刀片)在板材上滚动来完成对板材的无限长剪切动作的。目前， 滚剪刀已广泛应用于航天航空、汽车制造、矿山机械、五金制造、家电等行业。
[0003] 分切金属板材的滚剪刀具是分条中最重要的一环，其直接影响金属板材的分切质 量，因此滚剪刀对刀片本身的选材、热处理工艺以及刀片的耐磨性和抗冲击性都有极高的 要求。目前，刀具生产企业大多选用一种合金工具钢作为生产刀片的原材料，其组分按重量 百分比计为 ：(：：1.45~1.70%;51:彡0.40% ;]?11:彡0.40%;5:彡0.030%;? :彡0.030%;0: 11.00~12.50% ;Ni:允许残余含量彡0.25 % ;Cu:允许残余含量彡0.30 % ;V: 0.15~ 0.30%;M〇:0.40~0.60%，其余为Fe。其生产步骤为：（1)锻造；（2)退火；（3)车加工成形，并 留精加工余量；（4)淬火；（5)回火；（6)按图纸上的技术要求进行精加工，该刀片选材及加工 工艺虽在一定程度上能满足普通金属板材的分切，但是分切铝板、不锈钢板、硅钢板时却并 不能达到高耐磨性和抗冲击的要求，尤其当用户对刀片的使用性能和使用寿命提出高要求 时，很难通过现有技术中公开的热处理方法达到。
[0004] 随着工业技术的快速发展，机械加工技术广泛地应用于各个领域，并且要求越来 越高，特别是对加工精度的要求也越来越严格。在很多情况下，为了满足对加工的要求，对 刀具的性能提出了更高的要求。为了迎合加工业对刀具的要求，传统的分切刀具材料已由 合金钢和高速钢材料逐渐转为硬质合金材料。硬质合金主要成分是碳化钨(WC)，一般采用 钴做粘接相，采用粉末冶金方法生产，具有很高的耐磨性和强度。它的高耐磨性使其使用寿 命提高了 10~30倍，大大的提高了生产效益，减少了浪费，降低了生产成本，得到了行业的 认可。但因缺乏技术和关键专业人员，我国硬质合金刀具的研制水平有限，从而导致只能开 发生产普通的硬质合金刀具，难以满足分切刀刃的加工要求。当需要加工一些对质量要求 较高的产品时只能依靠进口国外刀具，从而导致后期修刀困难且价格昂贵。
[0005] 如，中国专利申请（申请号201310270044.1，公开号为CN103305741A)公开了一种 硬质合金、硬质合金刀杆及其制造方法，该申请案的硬质合金材料选用WC 80~90质量份， 钴10~20质量份，碳化钽0.15~0.5质量份，碳化铬0.2~0.4质量份，碳化钒0.1~0.3质量 份，成型剂选用油酸、四氢萘和乙基纤维素的混合物，WC的粒度为1.0~1.2m。但是该方法 由于采用1. Own~1.2wii的细颗粒碳化妈，制备得到的硬质合金在使用时刀口容易崩裂。也 有技术人员尝试用粗颗粒和细颗粒碳化钨掺配，但很容易造成碳化钨聚积，晶粒长大、夹粗 的缺陷，因此现有技术中分切刀具的硬质合金材料，均是选用4. Own~5. Own的碳化钨为主 要合金原料，虽然崩口的问题得到了有效改善，但刀口不锋利、切削阻力大、硬度低、不耐 磨。
[0006] 中国专利申请（申请号201310485442.5,公开号CN103540823A)公开了一种硬质合 金，该硬质合金包括金属碳化物粉末和金属粘结剂组成的硬质合金基体，还包括涂层，其中 金属碳化物粉末选用各组分质量百分比为碳化钨40~50%、碳化铬3~8%、碳化钛5~9%、 碳化钒5~10 %、碳化铌2~5 %、碳化钽6~11 %，金属粘结剂选用钴，其质量百分比为12~ 18%，涂层选用金刚石CV0涂层。该申请案的硬质合金具有高硬度、高耐磨性的特点，高速切 削时磨损率较低，同时还具有良好的抗氧化性、耐热性和化学稳定性，适用于制造高精加工 用的刀具材料，但该申请案的硬质合金与基体之间的润湿性相对较差，其所含碳化铌、碳化 钽含量较高，而碳化铌、碳化钽都是价格非常昂贵的稀有金属，且该申请案的涂层技术要求 高、设备昂贵，一台涂层设备需耗资上千万，不能广泛应用于一般企业。
[0007] 因此，研究出一种硬度、耐磨性及抗冲击韧性等使用性能均较好，能够满足各种板 材的分切要求，且使用寿命长，价格低廉，适于企业推广使用的硬质合金刀具对我国加工行 业的发展至关重要。

【发明内容】

[0008] 1.发明要解决的技术问题
[0009] 本发明的目的在于克服我国现有分切刀具的质量相对较差，难以满足使用需求， 当加工一些对质量要求较高的产品时只能依靠进口国外刀具，从而导致后期修刀困难且价 格昂贵的不足，提供了一种镶嵌合金高性能剪切圆刀及其加工方法。使用本发明的加工方 法得到的剪切圆刀具有较高的硬度、耐磨性和抗冲击韧性，极大地提高了我国刀具的质量， 能够满足各种金属板材的分切要求，且延长了刀片的使用寿命，加工成本较低，适于企业推 广使用。
[0010] 2 ?技术方案
[0011] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0012] 本发明的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀，其特征在于:该剪切圆刀包括刀圈和刀 体，所述的刀圈固定于刀体的外圆周面，且刀体采用弹簧钢材料，刀圈采用粉末冶金毛坯制 得，该粉末冶金毛坯的原料组分按重量百分比计为:WC 80-82%，Co 15-17%，W、Ni、Cr3C2、 Mo2C、VC、TaC 3-5%。
[0013] 更进一步地，所述的刀圈通过镶嵌固定于刀体的外圆周面，且刀体所用弹簧钢材 料的组分及质量配比如下：C:0.62-0.7%、Si:0.17-0.37%、S<0.035%、Mn:0.9-1.2%、 Cr:<0.25%、P<0.035%、Ni<0.25%。
[0014] 本发明的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其步骤为：
[0015]步骤一、刀圈原材料的准备：
[0016]将刀圈加工用粉末冶金毛坯的原材料按如下质量百分比进行称量:WC 80-82%， Col5-17%，W、Ni、Cr3C2、VC、M〇2C、TaC 3-5% ;
[0017]步骤二、刀圈的毛坯制备：
[0018] 将步骤一中称好的各组分混合后经湿磨、压制、烧结得到刀圈加工用粉末冶金毛 坯；
[0019]步骤三、刀圈的粗加工：
[0020 ]将得到的刀圈毛还进行粗加工，并预留精加工的余量；
[0021] 步骤四、剪切圆刀的刀体制备及粗加工：
[0022] 将弹簧钢材料进行锻打成型得到剪切圆刀的刀体，然后进行粗车外圆平面及内 孔，并预留精加工余量；
[0023]步骤五、剪切圆刀的镶嵌：
[0024]将步骤三得到的刀圈通过镶嵌固定于步骤四所得刀体的外圆周面上；
[0025] 步骤六、剪切圆刀的精加工：
[0026]将镶嵌后的剪切圆刀进行精加工，即得本发明的镶嵌合金高性能剪切圆刀。
[0027] 更进一步地，步骤二中的湿磨是将称好的原材料放入湿磨机中研磨68-72小时，湿 磨介质为无水酒精，且酒精与混合粉料的质量比为(3.5-4): 1。
[0028]更进一步地，步骤二中的压制是采用500-630吨的四柱压力机将湿磨好的粉末压 制成坯，然后将坯料置于真空烧结炉中进行烧结，烧结后进行冷却即得到刀圈加工用粉末 冶金毛坯。
[0029] 更进一步地，步骤三中刀圈的粗加工的步骤为:①粗磨两平面5.2±0.1mm，且平面 度应<0.05mm;②粗磨内圆至190±0.01mm。
[0030] 更进一步地，步骤四中刀体的粗加工的具体步骤为：
[0031] ①车外圆(})202±0.1mm;
[0032] ②车平面 12±0.1mm;
[0033] ③车内孔至巾98±0.2并倒角；
[0034] ④车刀体外圆至<J) 190±0.01mm。
[0035] 更进一步地，步骤五中剪切圆刀镶嵌的具体操作:①将经步骤四粗加工后的刀体 用酒精擦拭，并置于-2~-5 °C下冷冻2~3小时，当刀体外圆直径尺寸冷缩至189.95~ 189.97mm时继续冷冻2~3小时；②将经步骤三粗加工后的刀圈用酒精清洗后加热至180~ 240 °C并保温1~3小时，当刀圈内孔膨胀至190.03~190.06mm时，继续保温2~3小时;③采 用有机结合剂将刀圈镶嵌固定于刀体的外圆周面上，并置于室温下保持24~36小时。
[0036] 更进一步地，所述的有机结合剂是由如下组分按照质量百分比调和而成的：聚甲 基丙烯酸脂粉末2~8%、冰醋酸90-95%、二氯乙烷2-5%，且该有机结合剂的抗拉强度为 2700-2900psi，延伸率为 100%-120%。
[0037] 更进一步地，步骤六中精加工的步骤为：
[0038] ①粗磨两侧刀口平面至10.2 ±0.05mm;
[0039] ②精磨内孔(MOO+o.oi+0.03mm;
[0040] ③精磨刀口平面10±0.005mm;
[0041] ④粗磨外圆至 200.2 ±0.05mm;
[0042] ⑤精磨外圆至 <}) 200±0.01mm。
[0043] 3.有益效果
[0044] 采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
[0045] (1)本发明的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀，包括刀圈和刀体，刀圈套装固定于刀 体的外圆周面，且刀体采用普通的弹簧钢材料，刀圈采用经粉末冶金工艺生产的硬质合金 材料，从而使得剪切圆刀既具备了弹簧钢的廉价及韧性，节省了制造成本，同时又具备了硬 质合金的高耐磨性的卓越性能，本发明的剪切圆刀具有较高的硬度、耐磨性和抗冲击韧性， 极大地提高了我国刀具的质量，能够满足分切不锈钢板、硅钢板等硬质板材的需求，且加工 成本较低，便于推广使用。
[0046] (2)本发明的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，通过对硬质合金刀圈的 原材料组分进行优化设计，使各组分之间的协同作用得到最好的发挥，从而既克服了现有 硬质合金刀具因碳化物含量较高而脆性较大、使用过程中易发生脆断的不足，同时又能够 有效避免当碳化物含量较低时刀具硬度、耐磨性相对较差，使用寿命较短的问题，能够保证 最终所得刀具的硬度、耐磨性及韧性实现良好的匹配，满足使用要求。本发明还通过对硬质 合金刀圈进行粉末冶金加工，进一步保证了最终所得剪切圆刀的使用性能。
[0047] (3)本发明的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，由于其刀圈采用硬质合 金材料，刀体采用弹簧钢材料，两种材料的性能相差较大，因此如何保证刀圈与刀体之间结 合的牢固性，防止使用过程中刀圈从刀体上脱落下来是确保该剪切圆刀正常使用需要解决 的关键问题。本发明通过对剪切圆刀镶嵌的操作工艺及有机粘结剂的成分配比进行优化设 计，从而保证了刀圈与刀体的牢固结合。
[0048] (4)本发明的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，通过粗加工和精加工后 的滚剪刀具有双面刀口，从而提高了滚剪刀的使用率，延长了滚剪刀的使用寿命，由原先 单片分切200吨以下金属板材提高至800多吨金属板材。
【附图说明】
[0049] 图1为本发明中硬质合金刀圈烧结用烧结炉的结构示意图；
[0050] 图2为本发明的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的结构示意图。
[0051 ] 示意图中的标号说明：
[0052] 1、烧结炉炉体;2、保温层;3、发热体;4、石墨内胆;5、主真空管道;501、第一高真空 蝶阀；6、脱蜡管道;601、第二高真空蝶阀；701、一级补蜡器;702、二级补蜡器;703、三级补蜡 器;8、储錯罐;9、高导热金属环；10、支架；101、悬挂臂；11、波纹管；12、滑阀真空栗；13、刀 圈；14、刀体。
【具体实施方式】
[0053]为进一步了解本发明的内容，现结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0054] 实施例1
[0055]如图2所示，本实施例的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀，包括刀圈13和刀体14,所 述的刀圈13通过镶嵌直接套装固定于刀体14的外圆周面。本实施例的刀体14采用弹簧钢材 料，所用弹簧钢材料的组分及质量配比为:C: 0.62-0.7 %、Si: 0.17-0.37%、S彡0.035%、 皿11:0.9-1.2%、(>:彡0.25%、？彡0.035%、附彡0.25%。所述刀圈13采用粉末冶金毛坯制 得，该粉末冶金毛坯的原料组分按重量百分比计为:W C 8 0 %，C 〇 17 %，W、N i、C r 3 C 2、V C、 Mo2C、TaC 3%，其中，〇3〇2、￥(：、]\1〇2(：、丁&(：、附及￥的质量百分比分别为0.5%、0.4%、0.6%、 0.4%、0.1%、1%。根据剪切圆刀的使用特点及使用要求分别将刀圈13和刀体14设置为两 种不同的材质，并对原料组分进行优化设计，从而使得剪切圆刀既具备了硬质合金的高硬 度、高耐磨性的卓越性能，同时又具备了弹簧钢的廉价，韧性优势，大大降低了制造成本，便 于企业推广使用。
[0056]由于刀具使用过程中主要是刀圈发挥作用，因此所得刀圈的性能对于整个剪切圆 刀的使用性能及使用寿命至关重要。现有硬质合金刀具为了保证具有较高的硬度和耐磨 性，通常通过提高WC的含量来实现，从而导致刀具的脆性较大，在使用过程中易发生脆断现 象;而当WC含量相对较低时，刀具的硬度和耐磨性则难以满足使用要求。本实施例通过对硬 质合金刀圈的原材料组分及配比进行优化设计，使各组分之间的协同作用得到最好的发 挥，从而既克服了现有硬质合金刀具因碳化物含量较高而脆性较大、使用过程中易发生脆 断的不足，同时又能够有效避免当碳化物含量较低时刀具硬度、耐磨性相对较差，使用寿命 较短的问题，能够保证最终所得刀具的硬度、耐磨性及韧性实现良好的匹配，满足使用要 求。具体的，本实施例适当降低了 WC的含量，通过Cr3C2、VC、TaC及M〇2C的添加弥补了剪切圆 刀的硬度和耐磨性的降低，且通过这几种碳化物的相互配合，能降低刀圈毛坯在粉末冶金 加工过程中合金对烧结温度波动的敏感性和对碳量变化的敏感性，有效阻止了碳化物晶粒 的不均匀长大，通过各组分的配合还可改变合金相的成分，从而改善硬质合金的结构和性 能。此外，本实施例中通过添加Cr 3C2、VC可提高硬质合金的切削性能，通过添加TaC可提高硬 质合金的抗氧化性能，显著地提高合金的耐磨性，而通过添加少量的胃与附能改善粘结相Co 对碳化物的相对润湿性，在合金中加入W可提高粘结相的作用，使材质组织更加紧密，从而 提高了刀圈的耐磨性和强冲击韧性。值得说明的是，发明人根据大量实验研究发现，通过控 制刀圈原料中评、附、0 3(：2、￥(：、]\1〇2(：及了3(：的质量百分比之和为3-5%，且0 3(：2、￥(：、]\1〇2(：、丁&〇 及W的质量百分比分别为0.3-0.5%、0? 2-0.4%、0? 6-2?0%、0? 4-0.6%、1-2.5%，Ni的质量 百分比<0.3%，从而能够保证刀圈的硬度、耐磨性及冲击韧性均满足使用要求。
[0057]本实施例的上述镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其步骤为：
[0058]步骤一、刀圈原材料的准备：
[0059]将刀圈13加工用粉末冶金毛坯的原材料按质量百分比进行称量:WC 80-82%， Col5-17%，W、Ni、Cr3C2、VC、M〇2C、TaC 3-5% ;
[0060] 步骤二、刀圈的毛坯制备：
[0061] 将步骤一中称好的各组分混合后放入湿磨机中进行湿磨，湿磨介质为酒精，且酒 精与混合粉料的质量比为3.5:1，湿磨时间为68小时，且湿磨机使用过程中每24小时放气一 次，从而保证湿磨效果，使混合料充分混合均匀，保证了后续所得刀圈13性能的均匀性。湿 磨结束后，将混合料进行真空干燥并制粒，然后采用600吨的四柱压力机将混合料压制成 坯，最后将坯料置于真空烧结炉中进行烧结，烧结结束后进行冷却即得到刀圈加工用粉末 冶金毛坯。上述混合料经真空干燥并制粒后，物料粒度控制在100目左右，松装密度控制在 3.9g/cm 2，从而能够有效抑制烧结过程中晶粒的长大，保证所得硬质合金刀具的晶粒度满 足分切要求，且同时有助于保证烧结后坯料的致密性，防止坯料中出现孔隙及组织分布不 均匀，有利于使制备刀具的综合性能满足要求。
[0062] 发明人在加工过程中发现，压制成型坯料的烧结工序能使多孔的毛坯脱蜡、收缩 致密成为具有一定组织和相应性能的制品，烧结工艺对最终制品的金相组织及硬质合金刀 具的硬度、耐磨性等使用性能至关重要。例如，采用现有烧结工艺进行烧结，所得粉末冶金 毛坯的金相组织中易出现孔洞，从而导致刀圈13在后续加工中易出现缺口，且当烧结工艺 参数选择不当时，易造成硬质合金物理性能参数不达标，Ms点偏高，从而使刀圈硬度降低， 难以满足使用要求。因此，发明人通过大量实验对硬质合金刀圈的烧结工艺进行优化设计。 本实施例中，刀圈坯料的烧结过程如下：
[0063] (1)室温~450°C，该阶段属于脱蜡阶段，由于在刀圈坯料压制过程中通常需要加 入适量的石蜡，而这些石蜡对最终产品的内部品质没有任何影响，因此需要在烧结工序中 先将石蜡脱除。如果脱除方法不当，或石蜡脱除不干净，残留的石蜡将附着在保温层和炉壁 上产生腐蚀，从而影响烧结炉的使用性能，且残留的石蜡在后续烧结过程会以碳或其化合 物的形式存在于制品当中，从而影响制品的总碳控制。因此，发明人通过大量实验及生产经 验，对该阶段的烧结工艺进行优化设计，从而保证了对烧结炉内石蜡气的脱除效果。具体 的，控制本实施例脱蜡阶段的烧结过程如下：室温~320°C，控制加热时间为75min; 320~ 370°C，控制加热时间为30min;然后于370°C进行保温120min; 370~450°C，控制加热时间为 60min;最后于450°C下保温53min。脱蜡阶段开始运行时，向烧结炉内通入氩气，并将氩气流 量控制在0.25M 3/h之间，从而能够进一步保证石蜡气的脱除效果，保证石蜡的完全脱除。此 外，370~450°C阶段属于大量脱蜡时间段，刀片在该段加热时极易产生裂纹，因此该阶段的 脱蜡效果会直接影响刀片的质量，发明人根据实验研究结果及多年的实践经验，对该段升 温速率及保温时间进行有效控制，从而能够有效防止产生裂纹，保证刀片的质量。
[0064] (2)450~最终烧结温度:该阶段属于高真空烧结阶段，通过主真空管道5进行抽真 空，控制此阶段的真空度彡80Pa以内，且该阶段的具体烧结过程如下:450~800°C，控制加 热时间为110min;800~1200°C，控制加热时间为llOmin，然后于1200°C下保温45min;1200 ~1350°C，控制加热时间为50min，然后于1350°C下保温20min; 1350°C~最终温度，控制加 热时间为22min，最终烧结温度的具体数值根据原料的组分及配比控制为1395°C，最后于最 终烧结温度下烧结33min。
[0065] (3)烧结结束后，先自然冷却，用滑阀栗抽真空，当温度下降至1200°C，调节转子流 量计，将Ar气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800°C时，炉门汽缸打开，启动快冷风 机对坯料进行快速冷却，并控制炉膛压力在1 OMPa。
[0066] 采用本实施例的烧结工艺，能够有效保证烧结后坯料的致密性和均匀性，使硬质 合金刀圈的硬度、耐磨性等使用性能均满足要求，且有效克服了粉末冶金毛坯的金相组织 中易出现孔洞，从而导致刀圈在后续加工中易出现缺口的不足。此外，烧结过程中对烧结炉 内石蜡的脱除效果也较好，从而保证了烧结炉以及所得坯料的使用性能。
[0067]为了进一步保证烧结炉内坯料烧结的均匀性以及脱蜡、补蜡效果，本实施例对烧 结炉的结构进行了优化设计。如图1所示，本实施例的烧结炉包括烧结炉炉体1，烧结炉炉体 1内部由外向内依次设有保温层2和发热体3，所述发热体3内部设有石墨内胆4，将待烧结还 料置于石墨内胆4中进行烧结，从而可以有效避免发热体3直接进行热辐射，防止坯料受热 不均匀，存在温度梯度，发生边缘粉化的现象，从而保证了刀具的烧结质量。上述石墨内胆 4通过脱蜡管道6与补蜡装置相连通，向烧结炉内通入氩气作为载气，从而可以将坯料烧结 过程中产生的石蜡气通过脱蜡管道6排出，且通过载气脱蜡可以使烧结炉内外形成压力差， 有利于保证炉内气氛的统一，进一步使坯料烧结性能保持均匀。本实施例中是在石墨内胆4 及对应的烧结炉炉体1、保温层2和发热体3底部对应开设供脱蜡管道6穿过的孔道，孔道的 尺寸与脱蜡管道6的外径向匹配，脱蜡管道6直接伸入到石墨内胆4内部，从而可以有效避免 石蜡气由石墨内胆4向外扩散至烧结炉炉体1，在炉壳表面发生粘接，且进一步保证了石墨 内胆4内气氛的统一。
[0068]本实施例中，所述烧结炉炉体1内部还通过主真空管道5与罗茨栗相连，从而可以 通过罗茨栗对烧结炉进行抽真空，保证烧结炉炉体1内部的真空度满足要求，从而保证烧结 质量。上述主真空管道5上设有第一高真空蝶阀501，脱蜡管道6上设有第二高真空蝶阀601， 从而可以对烧结炉内的抽真空及排蜡气过程进行开启、关闭。
[0069]本实施例的补蜡装置的器壁采用夹套结构，且夹套均与冷热水供应装置相连，从 而可以控制补蜡装置的工作状态，保证其补蜡效果。烧结炉内脱蜡过程中，坯料中逐步挥发 的石蜡蒸汽，在滑阀栗抽力及辅助气体氩气的作用下，通过脱蜡管道6连续不断的带入补蜡 装置，控制冷热水供应装置向补蜡装置的夹套内供应冷水，对石蜡气进行冷却和凝固，从而 对石蜡进行补集。上述补蜡装置内部还填充有高导热金属环9,该金属环可以选用铜环或铝 环，本实施例的高导热金属环9采用金属铜环，石蜡气穿过金属环之间的间隙进行冷却，从 而可以进一步加速石蜡气的冷却，且增大石蜡气在同一石蜡器内的传热接触面积，延长石 蜡气在同一石蜡器内的停留和冷却时间，防止由于气流流动过快，石蜡气来不及进行冷却 而随气流一起直接排放，造成石蜡气捕捉不完全。
[0070]为了进一步保证补蜡完全，本实施例的补蜡装置包括依次相连的一级补蜡器701、 二级补蜡器702和三级补蜡器703(值得说明的是，补蜡器的个数并不局限于三个，具体个数 可根据实际需要进行设定），其中一级补蜡器701和二级补蜡器702内均填充有高导热金属 环9,三级补蜡器703内部不含高导热金属环9。所述一级补蜡器701采用卧式结构，二级补蜡 器702采用立式结构，且一级补蜡器701的底部设有出蜡孔，该出蜡孔通过管道与储蜡罐8相 连，从而可以使一级补蜡器701和二级补蜡器702内冷凝得到的液态石蜡通过出蜡孔进入储 蜡罐8,从而对石蜡进行存储。二级补蜡器702内部沿其中心轴向设有支架10,且沿支架10高 度方向设有交替分布的悬挂臂101，所述的高导热金属环9悬挂于所述悬挂臂101，悬挂臂 101与支架10之间的夹角可根据实际情况加工为30-70°，本实施例中为30°，从而改善了二 级补蜡器702内气流的流通状况，便于石蜡气的捕捉，大大提高了其捕捉效果，保证石蜡气 经过一级补蜡器701和二级补蜡器702后基本被捕捉完。所述的三级补蜡器703通过管道与 滑阀真空栗12相连，由于进入三级补蜡器703的石蜡气含量已较少，因此三级补蜡器703内 无需填充高导热金属环9。通过上述三个补蜡器的设置可以保证补蜡完全，阻止石蜡蒸汽进 入真空栗，污染真空栗，导致真空栗的抽力下降。本实施例中三级补蜡器703与滑阀真空栗 12之间的连接管道上设有波纹管11，从而能够有效防止上述连接管道随真空栗12-起震动 过程中发生脱落。
[0071]当脱蜡阶段结束后，控制冷热水供应装置向补蜡装置的夹套内供应热水，开始对 捕蜡器融蜡，融蜡时间为130min，从而能够有效防止下次开炉发生堵蜡现象，保证补蜡效 果。
[0072]步骤三、刀圈的粗加工：
[0073] 将得到的粉末冶金毛还进行粗加工，并预留精加工的余量。本实施例中刀圈13的 粗加工的步骤为:①粗磨两平面5.2±0.1mm，且平面度应<0.05mm;②粗磨内圆至巾190 ± O.Olrnm。
[0074] 步骤四、剪切圆刀的刀体制备及粗加工：
[0075] 将弹簧钢材料进行锻打成型得到剪切圆刀的刀体14,然后进行粗加工，并预留精 加工余量。本实施例中刀体14的粗加工的具体步骤为:①车外圆巾202±0.1mm;②车平面12 ±0.1mm;③车内孔至<}) 98±0.2并倒角；④车刀体外圆至<}) 190±0.01mm。
[0076]步骤五、剪切圆刀的镶嵌：
[0077]将步骤三得到的刀圈13通过镶嵌固定于步骤四所得刀体14的外圆周面上。本实施 例中剪切圆刀镶嵌的具体操作为:①将经步骤四粗加工后的刀体14用酒精擦拭，并置于-2 °C下冷冻2小时，当刀体14外圆直径尺寸冷缩至189.95~189.97mm时继续冷冻3小时;②将 经步骤三粗加工后的刀圈13用酒精清洗后加热至180°C并保温3小时，当刀圈13内孔膨胀至 190.03~190.06mm时，继续保温2小时;③采用有机结合剂将刀圈13镶嵌固定于刀体14的外 圆周面上，并置于室温下保持24小时，从而实现刀圈13与刀体14的紧密结合。所述的有机结 合剂是由如下组分按照质量百分比调和而成的：聚甲基丙烯酸脂粉末8%、冰醋酸95%、二 氯乙烷5%，且该有机结合剂的抗拉强度为2700psi，延伸率为100% %。
[0078]还需要说明的是，本发明根据刀片的使用要求，将刀圈13与刀体14分别采用硬质 合金和弹簧钢材质，从而既满足了对剪切刃口硬度、耐磨性和冲击韧性的要求，同时又提高 了刀片刀体的塑性及抗疲劳冲击性能，防止刀片使用过程中发生脆断及变形，且显著降低 了生产成本。但由于刀圈13与刀体14材质不同，两种材料的性能相差较大，因此刀圈13与刀 体14的结合处是剪切圆刀的薄弱处，在冲击力作用下其结合处极易发生脆断或脱落现象， 因此如何保证刀圈13与刀体14之间结合的牢固性，防止使用过程中刀圈13从刀体上脱落下 来是确保该剪切圆刀正常使用需要解决的关键问题。
[0079] 为了保证刀圈13与刀体14之间结合的牢固性，本实施例一方面通过对刀圈13与刀 体14所用原料的组分及配比进行优化设计，从而提高了刀圈13与刀体14之间的相容性，另 一方面还对剪切圆刀镶嵌的操作工艺进行了优化设计，即对刀圈13进行加热处理，对刀体 14进行冷冻处理，使刀圈13的内孔尺寸及刀体14的外径尺寸实现更好地匹配，并利用热胀 冷缩原理，从而能够保证室温下刀圈13与刀体14的紧密贴合，且刀圈13与刀体14尺寸更加 稳定，在使用过程中不易发生尺寸变化，防止长期使用造成的松脱现象的发生。此外，有机 结合剂的种类对于刀圈13与刀体14结合的牢固性、稳定性至关重要，发明人通过大量试验 研究对有机结合剂的组分及配比也进行了优化设计，通过选用本实施例的有机结合剂，能 够进一步保证刀圈13与刀体14结合的牢固性，防止使用过程中刀圈13脱落现象的发生，且 该有机结合剂与硬质合金刀圈及弹簧钢刀体的相容性均较好，有助于弥补刀圈13与刀体14 间的性能差异，从而能够有效防止刀圈13与刀体14结合处发生脆断现象，该结合剂的选用 还能够保证刀圈13与刀体14之间的结合不受温度等外界环境的影响。
[0080]步骤六、剪切圆刀的精加工：
[0081 ]将镶嵌后的剪切圆刀进行精加工，即得本实施例的镶嵌合金高性能剪切圆刀。本 实施例中剪切圆刀精加工的具体步骤为:①粗磨刀口两侧平面至10.2±0.05mm;②精磨内 孔IOO+q.qi+Q'Q 3!!!!]!;③精磨刀口平面10±0.005mm;④粗磨外圆至200 ? 2±0.05mm;⑤精磨外 圆至巾 200±0.01mm。
[0082]本实施例的剪切圆刀同时具有较高的硬度、耐磨性和抗冲击韧性，极大地提高了 我国刀具的质量，能够满足分切不锈钢板、硅钢板等硬质板材的需求，提高了刀片的使用 率，延长了刀片的使用寿命，且同时克服了我国现有硬质合金刀具质量相对较差且成本较 高，难以推广使用的不足。如表1所示，为本实施例的剪切圆刀与现有剪切圆刀（Cr 12M〇V、 W6M〇5Cr4V2)的分切效果对比数据，由表中数据可以看出，本实施例的剪切圆刀的单片分切 吨数由现有剪切圆刀的单片分切200吨以下金属板材提高至800多吨金属板材，对不锈钢 板、硅钢板等硬质板材的分切效果均较好，能够满足我国分切刀刃的加工要求，有助于避免 我国目前主要依靠进口国外刀具来加工一些对质量要求较高的产品的现象。
[0083]表1实施例1的剪切圆刀与现有剪切圆刀的分切效果对比
[0086] 实施例2
[0087] 本实施例的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀，包括刀圈13和刀体14,所述的刀圈13 固定于刀体14的外圆周面。本实施例中，是在刀体14的外圆周面加工出两个L型环状台阶， 通过镶嵌将两个刀圈13分别套装固定于L型环状台阶上，从而加工出具有双面刀口的剪切 圆刀。本实施例的刀体14采用弹簧钢材料，所用弹簧钢材料的组分及质量配比为< :0.62-0.7%、Si :0? 17-0.37%、S彡0.035%、Mn:0.9-l .2%、Cr:彡0.25%、P彡0.035%、Ni彡 0.25%。所述刀圈1采用粉末冶金毛坯制得，该粉末冶金毛坯的原料组分按重量百分比计 为:WC 82%，Co 15%，W、Ni、Cr3C2、VC、M〇2C、TaC 3%，其中，〇3〇2、￥(：、]\1〇2(：、丁3(：、附及1的质 量百分比分别为 0.3%、0.2%、0.8%、0.6%、0.1%、1%。
[0088] 本实施例的上述镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其步骤为：
[0089]步骤一、刀圈原材料的准备：
[0090] 将刀圈13加工用粉末冶金毛坯的原材料按质量百分比要求进行称量；
[0091] 步骤二、刀圈的毛坯制备：
[0092] 将步骤一中称好的各组分混合后放入湿磨机中进行湿磨，湿磨介质为酒精，且酒 精与所有原材料的质量比为3.7:1，湿磨时间为70小时，且湿磨机使用过程中每22小时放气 一次，从而保证湿磨效果，使混合料充分混合均匀，保证了后续所得刀圈13性能的均匀性。 湿磨结束后，将混合料进行真空干燥并制粒，然后采用550吨的四柱压力机将球磨好的粉末 压制成坯，最后将坯料置于真空烧结炉中进行烧结，烧结后进行冷却即得到刀圈加工用粉 末冶金毛坯。本实施例中混合料经真空干燥并制粒后，物料粒度控制在110目左右，松装密 度控制在4g/cm 2〇
[0093] 本实施例中，刀圈坯料的烧结过程如下：
[0094] (1)室温~450°C，该阶段属于脱蜡阶段，具体的，控制本实施例脱蜡阶段的烧结过 程如下：室温~320°C，控制加热时间为85min;320~370°C，控制加热时间为28min;然后于 370°C进行保温115min;370~450°C，控制加热时间为55min;最后于450°C下保温57min。脱 蜡阶段开始运行时，向烧结炉内通入氩气，并将氩气流量控制在〇. 4M3/h之间，从而能够进 一步保证石蜡气的脱除效果，保证石蜡的完全脱除。
[0095] (2)450~最终烧结温度:该阶段属于高真空烧结阶段，通过主真空管道5进行抽真 空，控制此阶段的真空度彡80Pa以内，且该阶段的具体烧结过程如下:450~800°C，控制加 热时间为115min;800~1200°C，控制加热时间为108min，然后于1200°C下保温38min;1200 ~1350°C，控制加热时间为52min，然后于1350°C下保温27min; 1350°C~最终温度，控制加 热时间为20min，最终烧结温度的具体数值根据原料的组分及配比控制为1400°C，最后于最 终烧结温度下烧结38min。
[0096] (3)烧结结束后，先自然冷却，用滑阀栗抽真空，当温度下降至1200°C，调节转子流 量计，将Ar气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800°C时，炉门汽缸打开，启动快冷风 机对坯料进行快速冷却，并控制炉膛压力在5MPa。
[0097]本实施例的烧结炉的结构基本同实施例1，其区别在于：一级补蜡器701和二级补 蜡器702内均填充有金属铝环，且二级补蜡器702中悬挂臂101与支架10之间的夹角优选为 60°，从而保证了二级补蜡器702的最佳补蜡效果。当脱蜡阶段结束后，控制冷热水供应装置 向补蜡装置的夹套内供应热水，开始对捕蜡器融蜡，融蜡时间为135min，从而能够有效防止 下次开炉发生堵蜡现象，保证补蜡效果。
[0098]步骤三、刀圈的粗加工：
[0099] 将得到的粉末冶金毛还进行粗加工，并预留精加工的余量。本实施例中刀圈13的 粗加工的步骤为:①粗磨两平面5.2±0.1mm，且平面度应<0.05mm;②粗磨内圆至巾190 ± 0.01mm〇
[0100] 步骤四、剪切圆刀的刀体制备及粗加工：
[0101] 将弹簧钢材料进行锻打成型得到剪切圆刀的刀体14,然后进行粗加工，并预留精 加工余量。本实施例中刀体14的粗加工的具体步骤为:①车外圆巾202±0.1mm;②车平面12 ±0.1mm;③车内孔至巾98±0.2并倒角；④车刀体外圆周面上环状台阶至巾190±0.01mm。
[0102] 步骤五、剪切圆刀的镶嵌：
[0103] 将步骤三得到的刀圈13通过镶嵌套装固定于步骤四所得刀体14外圆周面的环状 台阶上。本实施例中剪切圆刀镶嵌的具体操作为:①将经步骤四粗加工后的刀体14用酒精 擦拭，并置于-4°C下冷冻3小时，当刀体14上环状台阶的外径尺寸冷缩至189.95~189.97mm 时继续冷冻2小时；②将经步骤三粗加工后的刀圈13用酒精清洗后加热至200°C并保温2小 时，当刀圈13内孔膨胀至190.03~190.06mm时，继续保温3小时;③采用有机结合剂将刀圈 13镶嵌固定于刀体14上环状台阶的外圆周面上，并置于室温下保持25小时，从而实现刀圈 与刀体的紧密结合。所述的有机结合剂是由如下组分按照质量百分比调和而成的：聚甲基 丙烯酸脂粉末6%、冰醋酸92%、二氯乙烷4%，且该有机结合剂的抗拉强度为2800psi，延伸 率为110%。
[0104] 步骤六、剪切圆刀的精加工：
[0105] 将步骤五中镶嵌后的剪切圆刀进行精加工，即得本实施例的镶嵌合金高性能剪切 圆刀。本实施例中剪切圆刀精加工的具体步骤为:①粗磨两侧刀口平面至10.2±0.05mm;② 精磨内孔巾IOO+q.qi+Q'Q3!!!!]!;③精磨刀口平面10±0.005mm;④粗磨外圆至200? 2±0.05mm;⑤ 精磨外圆至4>200±0.01mm。本实施例制备的剪切圆刀具有双面刀口，进一步延长了刀片的 使用寿命，且所得剪切圆刀的使用性能略优于实施例1。
[0106] 实施例3
[0107] 本实施例的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀，与实施例1相近，其区别在于:本实施 例的刀圈毛坯的原料组分按重量百分比计为:WC 80%，Co 15%，W、Ni、Cr3C2、VC、Mo2C、TaC 5%，其中，〇3〇2、￥(：、]\1〇2(：、了3(：、附及￥的质量百分比分别为0.4%、0.3%、1%、0.5%、0.3%、 2.5%〇
[0108] 本实施例的上述镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其步骤为：
[0109] 步骤一、刀圈原材料的准备：
[0110] 将刀圈13加工用粉末冶金毛坯的原材料按质量百分比要求进行称量；
[0111] 步骤二、刀圈的毛坯制备：
[0112] 将步骤一中称好的各组分混合后放入湿磨机中进行湿磨，湿磨介质为酒精，且酒 精与所有原材料的质量比为4:1，湿磨时间为72小时，且湿磨机使用过程中每20小时放气一 次，从而保证湿磨效果，使混合料充分混合均匀，保证了后续所得刀圈13性能的均匀性。湿 磨结束后，将混合料进行真空干燥并制粒，然后采用500吨的四柱压力机将球磨好的粉末压 制成坯，最后将坯料置于真空烧结炉中进行烧结，烧结后进行冷却即得到刀圈加工用粉末 冶金毛坯。本实施例中混合料经真空干燥并制粒后，物料粒度控制在130目左右，松装密度 控制在4.2g/cm 2〇
[0113] 本实施例中，刀圈坯料的烧结过程如下：
[0114] (1)室温~450°C，该阶段属于脱蜡阶段，具体的，控制本实施例脱蜡阶段的烧结过 程如下:室温~320°C，控制加热时间为95min;320~370°C，控制加热时间为25min;然后于 370°C进行保温110min;370~450°C，控制加热时间为50min;最后于450°C下保温50min。脱 蜡阶段开始运行时，向烧结炉内通入氩气，并将氩气流量控制在〇. 5M3/h之间，从而能够进 一步保证石蜡气的脱除效果，保证石蜡的完全脱除。
[0115] (2)450~最终烧结温度:该阶段属于高真空烧结阶段，通过主真空管道5进行抽真 空，控制此阶段的真空度彡80Pa以内，且该阶段的具体烧结过程如下:450~800°C，控制加 热时间为120min;800~1200°C，控制加热时间为lOOmin，然后于1200°C下保温35min;1200 ~1350°C，控制加热时间为57min，然后于1350°C下保温30min; 1350°C~最终温度，控制加 热时间为18min，最终烧结温度的具体数值根据原料的组分及配比控制为1380°C，最后于最 终烧结温度下烧结33min。
[0116] (3)烧结结束后，先自然冷却，用滑阀栗抽真空，当温度下降至1200°C，调节转子流 量计，将Ar气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800°C时，炉门汽缸打开，启动快冷风 机对坯料进行快速冷却，并控制炉膛压力在IMPa。
[0117] 本实施例的烧结炉的结构基本同实施例1，其区别在于:一级补蜡器701和二级补 蜡器702内均填充有金属铝环，且二级补蜡器702中悬挂臂101与支架10之间的夹角为45°。 当脱蜡阶段结束后，控制冷热水供应装置向补蜡装置的夹套内供应热水，开始对捕蜡器融 蜡，融蜡时间为140min，从而能够有效防止下次开炉发生堵蜡现象，保证补蜡效果。
[0118] 步骤三、刀圈的粗加工：
[0119] 将得到的粉末冶金毛还进行粗加工，并预留精加工的余量。本实施例中刀圈13的 粗加工的步骤为:①粗磨两平面5.2±0.1mm，且平面度应<0.05mm;②粗磨内圆至巾190 ± 0.01mm〇
[0120] 步骤四、剪切圆刀的刀体制备及粗加工：
[0121] 将弹簧钢材料进行锻打成型得到剪切圆刀的刀体14,然后进行粗加工，并预留精 加工余量。本实施例中刀体14的粗加工的具体步骤为:①车外圆巾202±0.1mm;②车平面12 ±0.1mm;③车内孔至98±0.2并倒角；④车刀体外圆至至190±0.01mm。
[0122] 步骤五、剪切圆刀的镶嵌：
[0123] 将步骤三得到的刀圈13通过镶嵌固定于步骤四所得刀体14的外圆周面上。本实施 例中剪切圆刀镶嵌的具体操作为:①将经步骤四粗加工后的刀体14用酒精擦拭，并置于-5 °C下冷冻3小时，当刀体14外圆直径冷缩至189.95~189.97mm时继续冷冻2小时;②将经步 骤三粗加工后的刀圈13用酒精清洗后加热至220°C并保温1小时，当刀圈13内孔膨胀至 190.03~190.06mm时，继续保温3小时;③采用有机结合剂将刀圈13镶嵌固定于刀体14的外 圆周面上，并置于室温下保持30小时，从而实现刀圈与刀体的紧密结合。所述的有机结合剂 是由如下组分按照质量百分比调和而成的：聚甲基丙烯酸脂粉末4%、冰醋酸90%、二氯乙 烷3 %，且该有机结合剂的抗拉强度为2900psi，延伸率为120 %。
[0124] 步骤六、剪切圆刀的精加工：
[0125] 将步骤五中镶嵌后的剪切圆刀进行精加工，即得本实施例的镶嵌合金高性能剪切 圆刀。本实施例中剪切圆刀精加工的具体步骤为:①粗磨刀口两侧平面至10.2±0.05mm;② 精磨内孔巾IOO+q.qi+Q'Q 3!!!!]!;③精磨刀口平面10±0.005mm;④粗磨外圆至200? 2±0.05mm;⑤ 精磨外圆至4>200±0.01mm。本实施例最终得到的镶嵌合金高性能剪切圆刀的性能与实施 例1接近。
[0126] 实施例4
[0127] 本实施例的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀，与实施例1相近，其区别在于:本实施 例的刀圈毛坯的原料组分按重量百分比计为:WC 80%，C〇 16%，W、Ni、Cr3C2、VC、TaC 4%， 其中，〇3〇2、￥(：、]\1〇2(：、了&(：、附及￥的质量百分比分别为0.3%、0.2%、2%、0.4%、0.1%、1%。
[0128] 本实施例的上述镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其步骤为：
[0129] 步骤一、刀圈原材料的准备：
[0130] 将刀圈13加工用粉末冶金毛坯的原材料按质量百分比要求进行称量；
[0131] 步骤二、刀圈的毛坯制备：
[0132] 将步骤一中称好的各组分混合后放入湿磨机中进行湿磨，湿磨介质为酒精，且酒 精与所有原材料的质量比为3.9:1，湿磨时间为69小时，且湿磨机使用过程中每21小时放气 一次，从而保证湿磨效果，使混合料充分混合均匀，保证了后续所得刀圈13性能的均匀性。 湿磨结束后，将混合料进行真空干燥并制粒，然后采用630吨的四柱压力机将球磨好的粉末 压制成坯，最后将坯料置于真空烧结炉中进行烧结，烧结后进行冷却即得到刀圈加工用粉 末冶金毛坯。本实施例中混合料经真空干燥并制粒后，物料粒度控制在90目左右，松装密度 控制在4. lg/cm2〇
[0133] 本实施例中，刀圈坯料的烧结过程如下：
[0134] (1)室温~450°C，该阶段属于脱蜡阶段，具体的，控制本实施例脱蜡阶段的烧结过 程如下:室温~320°C，控制加热时间为90min;320~370°C，控制加热时间为35min;然后于 370°C进行保温118min;370~450°C，控制加热时间为56min;最后于450°C下保温60min。脱 蜡阶段开始运行时，向烧结炉内通入氩气，并将氩气流量控制在〇. 3M3/h之间，从而能够进 一步保证石蜡气的脱除效果，保证石蜡的完全脱除。
[0135] (2)450~最终烧结温度:该阶段属于高真空烧结阶段，通过主真空管道5进行抽真 空，控制此阶段的真空度彡80Pa以内，且该阶段的具体烧结过程如下:450~800°C，控制加 热时间为117min;800~1200°C，控制加热时间为104min，然后于1200°C下保温40min;1200 ~1350°C，控制加热时间为60min，然后于1350°C下保温24min; 1350°C~最终温度，控制加 热时间为21min，最终烧结温度的具体数值根据原料的组分及配比控制为1410°C，最后于最 终烧结温度下烧结45min。
[0136] (3)烧结结束后，先自然冷却，用滑阀栗抽真空，当温度下降至1200°C，调节转子流 量计，将Ar气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800°C时，炉门汽缸打开，启动快冷风 机对坯料进行快速冷却，并控制炉膛压力在8MPa。
[0137] 本实施例的烧结炉的结构基本同实施例1，其区别在于:一级补蜡器701和二级补 蜡器702内均填充有金属铝环，且二级补蜡器702中悬挂臂101与支架10之间的夹角为70°， 当脱蜡阶段结束后，控制冷热水供应装置向补蜡装置的夹套内供应热水，开始对捕蜡器融 蜡，融蜡时间为130min，从而能够有效防止下次开炉发生堵蜡现象，保证补蜡效果。
[0138] 步骤三、刀圈的粗加工：
[0139] 将得到的粉末冶金毛还进行粗加工，并预留精加工的余量。本实施例中刀圈13的 粗加工的步骤为:①粗磨两平面5.2±0.1mm，且平面度应<0.05mm;②粗磨内圆至巾190 ± 0.01mm〇
[0140] 步骤四、剪切圆刀的刀体制备及粗加工：
[0141] 将弹簧钢材料进行锻打成型得到剪切圆刀的刀体14,然后进行粗加工，并预留精 加工余量。本实施例中刀体14的粗加工的具体步骤为:①车外圆巾202±0.1mm;②车平面12 ±0.1mm;③车内孔至98±0.2并倒角；④车刀体外圆至至190±0.01mm。
[0142] 步骤五、剪切圆刀的镶嵌：
[0143] 将步骤三得到的刀圈13通过镶嵌固定于步骤四所得刀体14的外圆周面上。本实施 例中剪切圆刀镶嵌的具体操作为:①将经步骤四粗加工后的刀体14用酒精擦拭，并置于-3 °C下冷冻2小时，当刀体14外圆直径冷缩至189.95~189.97mm时继续冷冻3小时;②将经步 骤三粗加工后的刀圈13用酒精清洗后加热至240°C并保温2小时，当刀圈13内孔膨胀至 190.03~190.06mm时，继续保温2小时;③采用有机结合剂将刀圈13镶嵌固定于刀体14的外 圆周面上，并置于室温下保持36小时，从而实现刀圈与刀体的紧密结合。所述的有机结合剂 是由如下组分按照质量百分比调和而成的：聚甲基丙烯酸脂粉末2%、冰醋酸93%、二氯乙 烷2 %，且该有机结合剂的抗拉强度为2800psi，延伸率为115 %。
[0144] 步骤六、剪切圆刀的精加工：
[0145] 将镶嵌后的剪切圆刀进行精加工，即得本实施例的镶嵌合金高性能剪切圆刀。本 实施例中剪切圆刀精加工的具体步骤为:①粗磨刀口两侧平面至10.2±0.05mm;②精磨内 孔IOO+q.qi+Q'Q 3!!!!]!;③精磨刀口平面10±0.005mm;④粗磨外圆至200 ? 2±0.05mm;⑤精磨外 圆至(i) 200±0.01mm。本实施例最终得到的镶嵌合金高性能剪切圆刀的性能与实施例1接 近。
[0146] 实施例5
[0147] 本实施例的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀，与实施例1相近，其区别在于:本实施 例的刀圈毛坯的原料组分按重量百分比计为:WC 81%，Co 15%，W、Ni、Cr3C2、VC、TaC 4%， 其中，03〇2、￥(：、]\1〇2(：、13(：、附及1的质量百分比分别为0.5%、0.4%、1%、0.4%、0.2%、 1.5%〇
[0148] 本实施例的上述镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其步骤为：
[0149] 步骤一、刀圈原材料的准备：
[0150] 将刀圈13加工用粉末冶金毛坯的原材料按质量百分比要求进行称量；
[0151] 步骤二、刀圈的毛坯制备：
[0152] 将步骤一中称好的各组分混合后放入湿磨机中进行湿磨，湿磨介质为酒精，且酒 精与所有原材料的质量比为4:1，湿磨时间为70小时，且湿磨机使用过程中每24小时放气一 次，从而保证湿磨效果，使混合料充分混合均匀，保证了后续所得刀圈13性能的均匀性。湿 磨结束后，将混合料进行真空干燥并制粒，然后采用600吨的四柱压力机将球磨好的粉末压 制成坯，最后将坯料置于真空烧结炉中进行烧结，烧结后进行冷却即得到刀圈加工用粉末 冶金毛坯。本实施例中混合料经真空干燥并制粒后，物料粒度控制在90目左右，松装密度控 制在4. lg/cm2〇
[0153] 本实施例中，刀圈坯料的烧结过程如下：
[0154] (1)室温~450°C，该阶段属于脱蜡阶段，具体的，控制本实施例脱蜡阶段的烧结过 程如下:室温~320°C，控制加热时间为90min;320~370°C，控制加热时间为35min;然后于 370°C进行保温118min;370~450°C，控制加热时间为56min;最后于450°C下保温60min。脱 蜡阶段开始运行时，向烧结炉内通入氩气，并将氩气流量控制在〇. 3M3/h之间，从而能够进 一步保证石蜡气的脱除效果，保证石蜡的完全脱除。
[0155] (2)450~最终烧结温度:该阶段属于高真空烧结阶段，通过主真空管道5进行抽真 空，控制此阶段的真空度彡80Pa以内，且该阶段的具体烧结过程如下:450~800°C，控制加 热时间为117min;800~1200°C，控制加热时间为106min，然后于1200°C下保温40min;1200 ~1350°C，控制加热时间为60min，然后于1350°C下保温24min; 1350°C~最终温度，控制加 热时间为20min，最终烧结温度的具体数值根据原料的组分及配比控制为1410°C，最后于最 终烧结温度下烧结45min。
[0156] (3)烧结结束后，先自然冷却，用滑阀栗抽真空，当温度下降至1200°C，调节转子流 量计，将Ar气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800°C时，炉门汽缸打开，启动快冷风 机对坯料进行快速冷却，并控制炉膛压力在8MPa。
[0157] 本实施例的烧结炉的结构基本同实施例1，其区别在于:一级补蜡器701和二级补 蜡器702内均填充有金属铝环，且二级补蜡器702中悬挂臂101与支架10之间的夹角为65°， 当脱蜡阶段结束后，控制冷热水供应装置向补蜡装置的夹套内供应热水，开始对捕蜡器融 蜡，融蜡时间为135min，从而能够有效防止下次开炉发生堵蜡现象，保证补蜡效果。
[0158] 步骤三、刀圈的粗加工：
[0159] 将得到的粉末冶金毛还进行粗加工，并预留精加工的余量。本实施例中刀圈13的 粗加工的步骤为:①粗磨两平面5.2±0.1mm，且平面度应<0.05mm;②粗磨内圆至巾190± O.Olrnm。
[0160] 步骤四、剪切圆刀的刀体制备及粗加工：
[0161] 将弹簧钢材料进行锻打成型得到剪切圆刀的刀体14,然后进行粗加工，并预留精 加工余量。本实施例中刀体14的粗加工的具体步骤为:①车外圆巾202±0.1mm;②车平面12 ±0.1mm;③车内孔至98±0.2并倒角；④车刀体外圆至至190±0.01mm。
[0162] 步骤五、剪切圆刀的镶嵌：
[0163] 将步骤三得到的刀圈13通过镶嵌固定于步骤四所得刀体14的外圆周面上。本实施 例中剪切圆刀镶嵌的具体操作为:①将经步骤四粗加工后的刀体14用酒精擦拭，并置于-3 °C下冷冻2小时，当刀体14外圆直径冷缩至189.95~189.97mm时继续冷冻3小时;②将经步 骤三粗加工后的刀圈13用酒精清洗后加热至240°C并保温2小时，当刀圈13内孔膨胀至 190.03~190.06mm时，继续保温2小时;③采用有机结合剂将刀圈13镶嵌固定于刀体14的外 圆周面上，并置于室温下保持36小时，从而实现刀圈与刀体的紧密结合。所述的有机结合剂 是由如下组分按照质量百分比调和而成的：聚甲基丙烯酸脂粉末2%、冰醋酸93%、二氯乙 烷2 %，且该有机结合剂的抗拉强度为2800psi，延伸率为115 %。
[0164] 步骤六、剪切圆刀的精加工：
[0165] 将镶嵌后的剪切圆刀进行精加工，即得本实施例的镶嵌合金高性能剪切圆刀。本 实施例中剪切圆刀精加工的具体步骤为:①粗磨刀口两侧平面至10.2±0.05mm;②精磨内 孔IOO+q.qi+Q'Q 3!!!!]!;③精磨刀口平面10±0.005mm;④粗磨外圆至200 ? 2±0.05mm;⑤精磨外 圆至巾200±0.01mm。本实施例最终得到的镶嵌合金高性能剪切圆刀的性能与实施例1接 近。
【主权项】
1. 一种镶嵌合金高性能剪切圆刀，其特征在于:该剪切圆刀包括刀圈（13)和刀体（14)， 所述的刀圈（13)固定于刀体（14)的外圆周面，且刀体（14)采用弹簧钢材料，刀圈（13)采用 粉末冶金毛坯制得，该粉末冶金毛坯的原料组分按重量百分比计为:10 80-82%，〇)15-17%，W、Ni、Cr3C2、VC、M〇2C、TaC 3-5%。2. 根据权利要求1所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀，其特征在于:所述的刀圈（13) 通过镶嵌固定于刀体（14)的外圆周面，且刀体（14)所用弹簧钢材料的组分及质量配比为： C:0.62-0.7%、Si:0.17-0.37%、S<0.035%、Mn:0.9-1.2%、Cr:<0.25%、P<0.035%、Ni 彡 0.25%〇3. -种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特征在于:其步骤为： 步骤一、刀圈原材料的准备： 将刀圈（13)加工用粉末冶金毛坯的原材料按如下质量百分比进行称量:WC 80-82%， Co 15-17%，W、Ni、Cr3C2、VC、M〇2C、TaC3-5%; 步骤二、刀圈的毛坯制备： 将步骤一中称好的各组分混合后经湿磨、压制、烧结得到刀圈加工用粉末冶金毛坯； 步骤三、刀圈的粗加工： 将得到的刀圈（13)毛坯进行粗加工，并预留精加工的余量； 步骤四、剪切圆刀的刀体制备及粗加工： 将弹簧钢材料进行锻打成型得到剪切圆刀的刀体（14)，然后进行粗车外圆平面及内 孔，并预留精加工余量； 步骤五、剪切圆刀的镶嵌： 将步骤三得到的刀圈（13)通过镶嵌固定于步骤四所得刀体（14)的外圆周面上； 步骤六、剪切圆刀的精加工： 将镶嵌后的剪切圆刀进行精加工，即得本发明的镶嵌合金高性能剪切圆刀。4. 根据权利要求3所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特征在于:步骤 二中的湿磨是将称好的原材料放入湿磨机中研磨68-72小时，湿磨介质为无水酒精，且酒精 与所有混合粉料的质量比为(3.5-4): 1。5. 根据权利要求3所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特征在于:步骤 二中的压制是采用500-630吨的四柱压力机将湿磨好的粉末压制成坯，然后将坯料置于真 空烧结炉中进行烧结，烧结后进行冷却即得到刀圈加工用粉末冶金毛坯。6. 根据权利要求3-5中任一项所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特 征在于：步骤三中刀圈（13)的粗加工的步骤为：①粗磨两平面5.2 ±0.1mm，且平面度应< 0.05mm;②粗磨内圆至Φ 190±0 · 01謹。7. 根据权利要求3-5中任一项所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特 征在于:步骤四中刀体(14)的粗加工的具体步骤为： ① 车外圆Φ202±0·1_; ② 车平面12±0.1mm; ③ 车内孔至Φ98±0.2并倒角； ④ 车刀体外圆至Φ 190±0.01mm。8. 根据权利要求3-5中任一项所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特 征在于:步骤五中剪切圆刀镶嵌的具体操作:①将经步骤四粗加工后的刀体（14)用酒精擦 拭，并置于-2~-5°C下冷冻2~3小时，当刀体（14)外圆直径尺寸冷缩至189.95~189.97mm 时继续冷冻2~3小时;②将经步骤三粗加工后的刀圈（13)用酒精清洗后加热至180~240°C 并保温1~3小时，当刀圈（13)内孔膨胀至190.03~190.06mm时，继续保温2~3小时;③采用 有机结合剂将刀圈（13)镶嵌固定于刀体（14)的外圆周面上，并置于室温下保持24~36小 时。9. 根据权利要求8所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特征在于:所述 的有机结合剂是由如下组分按照质量百分比调和而成的：聚甲基丙烯酸脂粉末2~8%、冰 醋酸90-95%、二氯乙烷2-5%，且该有机结合剂的抗拉强度为2700-2900?81，延伸率为 100%-120%〇10. 根据权利要求3-5中任一项所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特 征在于:步骤六中精加工的步骤为： ① 粗磨两侧刀口平面至10.2 ±0.05mm; ② 精磨内孔 Φ1〇〇+ο.οι+°·%ιπι; ③ 精磨刀口平面10±0.005mm; ④ 粗磨外圆至200.2 ± 0.05mm ； ⑤ 精磨外圆至Φ 200±0.01mm。
【文档编号】C22C38/18GK106002131SQ201610387464
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】张增明, 杨威, 谢敏, 徐本富, 张荣强
【申请人】马鞍山市恒利达机械刀片有限公司