雷射複合製造棒材線冷剪剪刃的製作方法

2023-12-11 04:06:28 1

本發明主要解決了棒材線冷剪剪刃雷射製造結構和製造流程及方法。

背景技術：

剪刃是鋼鐵企業各類鋼材生產線金屬剪切設備必不可少的關鍵部件，一般由含有貴重合金元素Cr,Mo,W等的鋼製造而成，整體製造費用十分昂貴，而且消耗量大，剪刃質量的好壞直接影響生產產品的數量、質量和生產效率。傳統棒材線剪刃整體採用優質工具鋼和合金模具鋼經過複雜的熱處理和機加工藝製造。剪刃由於受到高衝擊力、壓強和高溫的作用，要求剪刃具有高強度、高硬度、高韌性、高淬透性等特點。儘管採用了上述高品質高成本的材料，其壽命也只有1.5天左右，造成嚴重浪費和成本提升。

根據中國鋼鐵工業協會的統計，2010年國內冷軋板帶鋼生產線用圓剪、中厚板生產線用圓剪及長條剪、熱軋板帶鋼生產線用弧形剪、棒線材生產線用異型剪等主要軋機生產線，剪刃需求量將分別達到14 萬件、4.9 萬件、0.5 萬件及8.6 萬件。

2012年螺紋鋼產量9.52億噸佔鋼材產量的24.6%，約2.3億噸。按噸鋼0.9元計算棒材線冷剪消耗2億元左右。2012年鋼材產量9.52億噸較2010年的7.96億噸上漲19.6%,以其中的棒材線為例需求超過10萬件，按每件2000元計算市場需求超過2億元。經過對全國棒材生產線調研，棒材線每月平均使用冷剪剪刃20對（即40件，每對使用周期1-2天後一次性淘汰）左右，單件價格2000元以上，120萬噸的生產線每年剪刃耗材100萬左右，噸鋼消耗0.9元左右。

使用雷射複合製造棒材線冷剪剪刃使用成本將降低30%左右，即可以節約6000萬元左右，這從很大程度上減輕了鋼鐵企業的資金壓力，同時由於使用壽命延長，可以節約大量高品質刀具用鋼，減少資源浪費。雷射製造的棒材線冷剪剪刃大大提高了產品的性價比，降低了剪刃的製造成本，延長了剪刃的使用壽命，降低了使用方的噸鋼消耗。

技術實現要素：

將在高溫和大剪切力下仍然保持高性能的鈷基材料通過雷射熔覆在刃口關鍵部位，結構上實現了以碳素合金鋼為基體，以高性能鈷基材料為作業材料通過雷射熔覆達到完美冶金結合的目的。要保證這種結構的實現並達到機械精度要求，工藝過程及工裝保證是關鍵。

為了提高剪刃壽命和降低鋼鐵企業生產成本，本發明提出了通過雷射熔覆手段將高性能材料放在刃口和關鍵承載部位將「好鋼用在剪刃上」，實現螺紋鋼冷剪剪刃雷射複合製造（見圖1、圖2、圖3、圖4）。

一般熱源如氬弧焊、等離子焊由於熱輸入密度不夠，造成熱影響區過大，形成粗大金相組織，同時形成內應力過大，在衝擊力和交變力作用下，結合部位產生裂紋，形成裂紋源，導致功能失效。而區別於一般熱源，雷射熱輸入功率密度高，使熔覆層與基體形成冶金結合的同時，熱影響區大大減小，從而使內應力下降，降低產生裂紋的風險。

圖3、圖4示意了本發明對上下剪刃雷射複合製造的結構。在剪刃剪切面受力點下將鈷基合金材料進行梯度熔覆，這樣按剪切力傳遞下降的路線，逐級減少鈷基合金的熔覆量，既使刃口增強壽命，又降低成本消耗。

雷射熔覆本質上也是熱加工，也有產生變形的趨勢，為了降低變形量，減少雷射熔覆鈷基材料工作層面的去除量，達到既滿足刃口功能實現又降低製造成本的目的，本發明提出在剪刃雷射熔覆過程中，通過將剪刃1通過固定螺栓2穿過剪刃連接孔4連接在灰鑄鐵製作的平臺3上，分散加工過程中產生的熱量和應力，可以有效限制變形（見圖5、圖6），減小後續加工難度。

附圖說明

圖1棒材螺紋鋼上剪刃圖紙。

圖2棒材螺紋鋼下剪刃圖紙。

圖3螺紋鋼冷剪雷射複合上剪刃圖紙。

圖4螺紋鋼冷剪雷射複合下剪刃圖紙。

圖5上剪刃校形示意圖。

圖6下剪刃校形示意圖。

具體實施方式

為詳細說明本發明之技術內容、構造特徵、所達成目的及製作過程，配合附圖給予說明。

1.按圖1上剪刃、圖2下剪刃圖紙要求，預留出雷射熔覆厚度製作出毛坯圖。

2.以碳素合金鋼為基體，按毛坯圖要求機械加工普通碳鋼上剪刃和下剪刃毛坯。

3.根據上剪刃、下剪刃圖紙要求，製作平臺3毛坯圖。

4.按毛坯圖技術要求，以灰鑄鐵為基材，加工成為平臺3。

5.根據圖1上剪刃、圖2下剪刃圖紙要求，選擇固定螺栓2。

6.按圖3上剪刃、圖4下剪刃雷射熔覆圖紙要求，在剪刃剪切面受力點下按剪切力傳遞下降的路線將鈷基合金材料進行梯度熔覆。

7.將雷射熔覆後的上剪刃、下剪刃精加工到成品尺寸。