激光复合制造棒材线冷剪剪刃的制作方法

本发明主要解决了棒材线冷剪剪刃激光制造结构和制造流程及方法。

背景技术：

剪刃是钢铁企业各类钢材生产线金属剪切设备必不可少的关键部件，一般由含有贵重合金元素Cr,Mo,W等的钢制造而成，整体制造费用十分昂贵，而且消耗量大，剪刃质量的好坏直接影响生产产品的数量、质量和生产效率。传统棒材线剪刃整体采用优质工具钢和合金模具钢经过复杂的热处理和机加工艺制造。剪刃由于受到高冲击力、压强和高温的作用，要求剪刃具有高强度、高硬度、高韧性、高淬透性等特点。尽管采用了上述高品质高成本的材料，其寿命也只有1.5天左右，造成严重浪费和成本提升。

根据中国钢铁工业协会的统计，2010年国内冷轧板带钢生产线用圆剪、中厚板生产线用圆剪及长条剪、热轧板带钢生产线用弧形剪、棒线材生产线用异型剪等主要轧机生产线，剪刃需求量将分别达到14 万件、4.9 万件、0.5 万件及8.6 万件。

2012年螺纹钢产量9.52亿吨占钢材产量的24.6%，约2.3亿吨。按吨钢0.9元计算棒材线冷剪消耗2亿元左右。2012年钢材产量9.52亿吨较2010年的7.96亿吨上涨19.6%,以其中的棒材线为例需求超过10万件，按每件2000元计算市场需求超过2亿元。经过对全国棒材生产线调研，棒材线每月平均使用冷剪剪刃20对（即40件，每对使用周期1-2天后一次性淘汰）左右，单件价格2000元以上，120万吨的生产线每年剪刃耗材100万左右，吨钢消耗0.9元左右。

使用激光复合制造棒材线冷剪剪刃使用成本将降低30%左右，即可以节约6000万元左右，这从很大程度上减轻了钢铁企业的资金压力，同时由于使用寿命延长，可以节约大量高品质刀具用钢，减少资源浪费。激光制造的棒材线冷剪剪刃大大提高了产品的性价比，降低了剪刃的制造成本，延长了剪刃的使用寿命，降低了使用方的吨钢消耗。

技术实现要素：

将在高温和大剪切力下仍然保持高性能的钴基材料通过激光熔覆在刃口关键部位，结构上实现了以碳素合金钢为基体，以高性能钴基材料为作业材料通过激光熔覆达到完美冶金结合的目的。要保证这种结构的实现并达到机械精度要求，工艺过程及工装保证是关键。

为了提高剪刃寿命和降低钢铁企业生产成本，本发明提出了通过激光熔覆手段将高性能材料放在刃口和关键承载部位将“好钢用在剪刃上”，实现螺纹钢冷剪剪刃激光复合制造（见图1、图2、图3、图4）。

一般热源如氩弧焊、等离子焊由于热输入密度不够，造成热影响区过大，形成粗大金相组织，同时形成内应力过大，在冲击力和交变力作用下，结合部位产生裂纹，形成裂纹源，导致功能失效。而区别于一般热源，激光热输入功率密度高，使熔覆层与基体形成冶金结合的同时，热影响区大大减小，从而使内应力下降，降低产生裂纹的风险。

图3、图4示意了本发明对上下剪刃激光复合制造的结构。在剪刃剪切面受力点下将钴基合金材料进行梯度熔覆，这样按剪切力传递下降的路线，逐级减少钴基合金的熔覆量，既使刃口增强寿命，又降低成本消耗。

激光熔覆本质上也是热加工，也有产生变形的趋势，为了降低变形量，减少激光熔覆钴基材料工作层面的去除量，达到既满足刃口功能实现又降低制造成本的目的，本发明提出在剪刃激光熔覆过程中，通过将剪刃1通过固定螺栓2穿过剪刃连接孔4连接在灰铸铁制作的平台3上，分散加工过程中产生的热量和应力，可以有效限制变形（见图5、图6），减小后续加工难度。

附图说明

图1棒材螺纹钢上剪刃图纸。

图2棒材螺纹钢下剪刃图纸。

图3螺纹钢冷剪激光复合上剪刃图纸。

图4螺纹钢冷剪激光复合下剪刃图纸。

图5上剪刃校形示意图。

图6下剪刃校形示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明之技术内容、构造特征、所达成目的及制作过程，配合附图给予说明。

1.按图1上剪刃、图2下剪刃图纸要求，预留出激光熔覆厚度制作出毛坯图。

2.以碳素合金钢为基体，按毛坯图要求机械加工普通碳钢上剪刃和下剪刃毛坯。

3.根据上剪刃、下剪刃图纸要求，制作平台3毛坯图。

4.按毛坯图技术要求，以灰铸铁为基材，加工成为平台3。

5.根据图1上剪刃、图2下剪刃图纸要求，选择固定螺栓2。

6.按图3上剪刃、图4下剪刃激光熔覆图纸要求，在剪刃剪切面受力点下按剪切力传递下降的路线将钴基合金材料进行梯度熔覆。

7.将激光熔覆后的上剪刃、下剪刃精加工到成品尺寸。