专利名称：圆筒齿形刀具之刀刃硬面焊接法的制作方法
技术领域：
本发明系提供一种圆筒齿形刀具之刀刃硬面焊接法(Hard facing)，主要系在制造一种基材为奥斯田铁系不锈钢或同等级耐蚀钢，而刀刃硬面焊接一层耐高温磨耗的圆筒齿形刀具。
近年来，由于切削技术的开发与商业化，切削刀具的适用范围愈加广泛。请参阅图一所示，系一在圆筒状刀体[10]之环状外壁上间隔地设有复数条状切削刃[11]来切割物件。就此圆筒齿形刀具[1]之制造方法，传统上主要系以适于硬化之麻田散铁不锈钢材质(SUS410，SUS420)为圆筒状刀体[10]，而其切削刃[11]并同由刀体[10]一体形成，再经热处理硬化，使刀刃的硬度达到HRC45°以上，再进行外形研磨制成。
麻田散铁系之不锈钢，虽可用作淬火硬化，以藉由原刀体[10]制成高硬度之刀刃，但由于其耐热性、耐蚀性及耐磨性质不是良好，致使其在腐蚀环境与高温条件下易被侵蚀。请参阅图二所示，为圆筒齿形刀具[1]之一使用代表例，图二中标号[2]系表示酯条(strands OF POLYESTER)，当此熔融状态下之酯条[2]进入下方之切粒段，会被回转刀具之切削刃[11]切成酯粒(塑胶粒)[21]，此酯粒[21]再藉输送水运至干燥机。就该酯条之切粒使用例而论，因酯条系外冷内热(内部约有200℃之高温)，且有输送水处于刀具[1]周边，如此情况，对于耐热及耐蚀性质较差之麻田散铁系不锈钢材，会造成使用寿命短，而难达到适用之地步，而且，当圆筒齿形刀具回转切削速度快时，其刀刃与酯条间因切削摩擦而生之热，并会使刃端因升温软化而易于磨损。
针对上述麻田散铁系不锈钢材质制之刀具所存在的缺失，以耐蚀性较好之奥斯田铁系不锈钢为底材，并于刀刃上硬面焊接耐高温磨耗材料以作为刃部之复合材质刀具渐被广泛使用。请参阅图三所示，系另一种常用的圆筒齿形刀具[3]，该刀具[3]之制法系取奥斯田铁系不锈钢材质为母材，它具有良好的耐蚀性(但其不适用作热处理硬化)，并于刀体[31]之环状外臂上预焊接刀刃处间隔地加工有稍低之齿条[311]，再于各齿条[311]上硬面焊接一层钴基合金(stellite)[33]，如图四所示，以形成圆筒齿形刀具的雏型，而后再对焊接层作外形研磨制成如图三所示之切削刃[32]，该钴基合金之刀刃具有约HRC45°以上之硬度，以利于适合的工作条件作切削。
就奥斯田铁系不锈钢之刀体上硬面焊接钴基合金形成刀刃之圆筒齿形刀具，虽已无易受腐蚀及高温侵蚀之缺失，但其存在一刀刃可能龟裂之问题则受到极大的关切。即硬面焊接之熔融焊材在焊接及冷却中会产生冶金变态使体积变化而引起应力，因而会使刀刃容易发生龟裂现象。又纵使该残留应力或可再藉热处理来作消除，但其成效并不是很好，尤者，当切削刃[32]之焊接厚度超过了3mm，则龟裂现象更不易避免，甚至会造成刀刃在切削作业中脱落，因此如何确保硬面焊接层无龟裂现象，将成为制造此有高附加价值之复合材质刀具的关键技术。
要将高硬度合金硬面焊接在奥斯田铁系不锈钢材质之刀体上以形成刀刃，因内应力之影响而造成龟裂之缺失，亦是该刀具之一共同问题。由于此一问题并大为影响到此刀具之切削刀刃使用特性及效果，例如圆筒齿形刀具之刀刃如仅有2MM之厚度，则其在持续使用之损耗及再研磨下，不用多久就变成废品，造成刀具之浪费，极不经济。是以，硬面焊接高厚度及高硬度合金于刀刃上因冷却收缩所诱生的应力集中问题，须加以有效解决，否则，该圆筒状刀具之耐用性不够且使用范围不能扩大。
再者，就上举之圆筒齿形回转切削刀具，其硬面焊接合金刀刃一般系要求5MM以上及硬度在45°HRC以上，而因国内目前的制造技术尚不足以达到，造成国内厂商为了要符合切削加工之需求，就要花费相当昂贵之价格去向外国购买，如此，除了因刀具成本之浪费而不符合经济效益外，同时，亦致使国内之切削加工技术不能提升。
因此，应该有另一种不同之制造方法产生，以能令圆筒齿形刀具之高硬度合金刀刃不会因应力因素而有龟裂之缺失，且能使刀刃有足够之厚度，同时，该制法制成之刀具亦须具有耐热性、耐蘑耗及耐蚀性等切削功能，并具有较低成本，以有产业上的利用价值。
本发明的主要目的在于提供一种圆筒齿形刀具之刀刃硬面焊接法以消除龟裂现象，使刀刃具有足够的厚度，并提高其制造与使用的经济性。
本发明的主要技术措施如下一种圆筒齿形刀具之刀刃硬面焊接法，包括下列步骤A、提供一圆柱杆，其环周轴向间隔地设有适当高度的齿条肩部，于相邻肩部之间的凹槽为刀刃的焊接位置，而凹槽之尺寸约有一般刀刃之宽度及高度；B、将高硬度焊材以硬面焊接熔入于该圆柱杆的凹槽内；及C、把硬面焊接于该圆柱杆上的高硬度焊接层部份加以切削加工，同时把该圆柱杆之肩部切除，并进行外形研磨，使高硬度焊接层形成切削刃即得一圆筒齿形刀具。
本发明经实际制造使用，证明其能有效地消除刀刃龟裂现象，较好地降低了成本，而且使刀刃可具有足够的厚度。
下面结合附图
对本发明进一步描述图一为现有圆筒齿形刀具之外观图。
图二为图一之刀具一使用实施例示意图。
图三系另一常用圆筒齿形刀具之外观图。
图四系图三将钴基合金焊接于圆筒齿形刀体齿条上之示意图。
图五系本发明之刀具及刀刃部剖面示意图。
图六系本发明之圆柱杆母材示意图。
图七系本发明之圆柱杆的凹槽内硬面焊接钴基合金后示意图。
图八系本发明将图七硬面焊接后之圆柱杆切削形成刀刃的示意图。
请参阅图五所示，系使用本发明制成之圆筒齿形回转刀具[4]及刀刃部剖面示意图，图中刀具圆筒齿形刀体[41]的母材系选择奥斯田铁系不锈钢为实施例，其具有优良的耐热性、耐蚀性及耐酸性，又图中的黑色部份[42]为高硬度材料之切削刃部，该刀刃系采钴基合金为实施例，其具有硬度高(硬度达45°HRC以上)、耐高温及耐磨耗等特点，因此，本发明之刀具[4]能相当适合的作回转切粒加工使用。
本发明以实质之制造方法设计，其中各肩部间所构成供硬面焊接之凹槽设计可将焊接中及冷却之内应力消除，以免除刀刃有龟裂之虞，其制造方法主要有下列之步骤(1)提供一如图六所示之圆柱杆[5]，该圆柱杆[5]之环周轴向间隔地设有约与一般刀刃等高之齿条肩部[50]，而由各肩部[50]之间隔构成之凹槽[51]系为刀刃之预硬面焊接处，该凹槽具备之尺寸约为所要求刀刃之宽度与高度；(2)将钴基合金焊材[6]硬面焊接于上述圆柱杆[5]之各相邻肩部[50]间所形成之凹槽内[51]内，如图七所示，而该由硬面焊接填入于凹槽[51]内之钴基材料厚度及高度，系较刀刃精加工所要之尺寸略大；(3)把硬面焊接于圆柱杆[5]上之钴基焊材[6]部份加以切削加工形成切削刃[42]，如图八所示，此过程系同时把圆柱杆[5]之肩部[50]切除，而后经研磨制成图五之圆筒齿形刀具[4]。
本发明所提供之圆柱杆[5]与前述习用制法最大的区别系在于，其圆柱杆[5]在刀刃欲焊接形成的位置两侧凸设有齿条肩部[50]，该肩部[50]明显的能在焊接时给予横向的支持，使高硬度材料在焊接后不会因内应力影响而导致有龟裂或刀刃脱落现象。
利用本发明之制造方法，主要系先将高硬度合金焊材硬面焊接在两侧肩部的凹槽内，而后再将肩部加以切削促使切削刃形成，由此制造过程会达成设计预期之有效降低切削刃的龟裂现象产生，已经由多次之试验得到证实。对于本发明达成这个重要效果的理由，可由应力抗横的学理加以解释。请再参阅图七所示，藉肩部[50]位于高硬度材质焊接处的两侧以供焊材[6]依靠，则焊接对因热膨胀所生之张应力，将不能自由的产生，以致其因急速之冷却而造成的龟裂现象就不会产生，即肩部[50]将阻挡焊接热膨胀之张应力并产生压应力，可有效减少因冷却收缩而造成之焊道龟裂。
本发明之制造方法，虽然在步骤上不算复杂，但其出乎意外之结果，在刀具制造技术上及从经济观点上来看却极具重要性。即本发明之制法，在刀刃部形成后，并不须要再作任何的处理，就能制成具有耐磨耗、高硬度及不龟裂等效果的切削刃，该切削刃经试作至8MM之厚度，其仍能完全具有刀刃不龟裂之效果，以供作切粒加工使用，再者，本发明所制成之刀具在有效提高刀刃之硬面焊接层厚度及硬度下，并能降低制造成本而具有更为进步之改善效果，故本发明已能达成预期之发明目的。
本发明的圆柱杆[5]在凹槽[51]内可作成U型、V型、半圆形、锯齿状或其它利于硬面焊接完全渗透之形状；又肩部[50]之造型可为平直条状、螺旋条状或能令焊材焊接在凹槽[51]中而具应力之消除为要件者；而使用本发明之高硬度焊材一般硬度在HRC45°以上，其材质可为钴基合金；刀体之材料一般则以奥斯田铁系不锈钢构成，但亦可使用耐热钢等性质相似之材料制成。
权利要求
1.一种圆筒齿形刀具之刀刃硬面焊接法，其特征在于包括下列步骤A、提供一圆柱杆，其环周轴向间隔地设有适当高度的齿条肩部，于相邻肩部之间的凹槽为刀刃的焊接位置，而凹槽之尺寸约有一般刀刃之宽度及高度；B、将高硬度焊材以硬面焊接熔入于该圆柱杆的凹槽内；及C、把硬面焊接于该圆柱杆上的高硬度焊接层部份加以切削加工，同时把该圆柱杆之肩部切除，并进行外形研磨，使高硬度焊接层形成切削刃，即得一圆筒齿形刀具。
2.根据权利要求1所述的圆筒齿形刀具之刀刃硬面焊接法，其特征在于其中圆柱杆是以奥斯田铁系不锈钢、耐热钢或同等级材料为基材。
3.根据权利要求1所述的圆筒齿形刀具之刀刃硬面焊接法，其特征在于其中切削刀刃所使用之焊材以钴基合金、高铬合金、高速钢、碳化钨及性质相似的材质构成。
4.根据权利要求1所述的圆筒齿形刀具之刀刃硬面焊接法，其特征在于其中在圆柱杆环周轴上由相邻肩部所形成之凹槽可为V型、U型、半圆形、锯齿形或其它适于硬面焊接完全渗透的形状构成。
5.根据权利要求1所述的圆筒齿形刀具之刀刃硬面焊接法，其特征在于其中在圆柱杆环周轴上由相邻凹槽所构成之肩部可为平直条状，螺旋条状或能令焊材焊接在凹槽中而具应力消除的其他形状。
全文摘要
本发明系有关一种圆筒齿形刀具之刀刃硬面焊接法，系指要在圆筒齿形刀具之耐腐蚀及耐高温的基材上作刀刃硬面焊接并能达成高厚度亦不致会有龟裂现象产生的方法；主要系在一圆柱杆环周预定硬面焊接形成刀刃的位置两侧设有肩部，在该肩部中间之凹槽中硬面焊接高硬度及耐磨耗的合金，而后再切削肩部并使高硬度之焊接层加工形成切削刃，再经研磨后制成圆筒齿形之刀具；藉本发明之制造过程，能有效降低焊接后冷却收缩应力，以避免刀刃龟裂之缺陷产生者。
文档编号B23P15/34GK1114601SQ9511061
公开日1996年1月10日 申请日期1995年1月12日 优先权日1995年1月12日
发明者许振松 申请人:许振松