一種碎邊剪加工方法與流程

2023-07-20 13:17:26 4

本發明涉及刀具加工技術領域，更具體地說，涉及一種碎邊剪加工方法。

背景技術：

碎邊刀具又稱碎邊剪，是中厚板軋制生產線的核心設備，在中厚板生產線中可以替代滾切式雙邊剪。對於中小型鋼鐵企業的中厚板生產線，使用碎邊剪可為企業帶來可觀的經濟效益。碎邊剪在中厚板生產線中位於圓盤剪之後，用於剪切圓盤剪剪下的廢邊，有利於廢邊收集和回收。

碎邊剪刀片是碎邊剪的核心部分，一般成對使用，它能完成鋼板的剪切工作。剪刀片安裝於刀盤上，刀盤裝於刀盤軸上，刀盤軸由主電機帶動減速機通過聯軸器驅動，從而實現刀盤的旋轉剪切動作。碎邊剪在實際使用過程中有一些常見的問題，最主要的問題是剪刃壽命比較短，其主要原因在於碎邊剪的加工質量。傳統碎邊剪刀片多是採用矩形體結構，並在刃口處切出斜面刃口，結構強度不夠，受力得不到有效分散而導致刃口崩刃，此時只能停機處理。頻繁停機嚴重影響生產節奏。此外，造成碎邊剪剪刃刃口剝落、崩刃的原因還受到早期疲勞影響，導致碎邊剪刀刃使用壽命短。由此可知，對於同樣材質的碎邊剪，其結構和加工工藝都會影響使用壽命，而且在剪切時對加工工件的約束能力差，因此，如何通過結構或工藝的改進來提高碎邊剪的綜合性能顯得尤為重要。

中國專利申請號：201110089792.0，申請日：2013年4月10日，發明創造名稱為：一種碎邊剪刀片的生產方法，該申請案公開了了一種碎邊剪刀片生產方法，其步驟為：選擇H13鋼材，切割出平行六邊體的毛坯，通過鍛造、熱處理工藝使工件硬度達到HRC＝52-55，使用車床和銑床加工工件的頂面、側面和底面，使工件外徑＝成品外徑+25±2mm，在工件中心鑽孔，留餘量磨削，通過弧形砂輪，正反雙向精磨工作刃面，對刀片的中心孔精磨，達到圖紙要求的尺寸和表面粗糙度，最後檢驗、入庫。

上述專利方案主要給出了碎邊剪的鍛造及熱處理工藝，對其溫度做了限制，從而提高其耐疲勞強度，而對於機加工工藝並沒有給出具體過程。對於傳統的六面體碎邊剪刀具，該方法已經足夠提高其性能，但傳統刀具結構難以有效克服剪刃受力的問題，還需要進一步改進。

技術實現要素：

1.發明要解決的技術問題

本發明的目的在於克服現有技術中碎邊刀具使用壽命短的不足，提供了一種碎邊剪加工方法，本發明從碎邊刀具的材質和加工工藝兩方面進行了改進，提高了剪刃內部的韌性，使得剪刃能夠承受較大的剪切力，不易剝落，延長了使用壽命。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本發明的一種碎邊剪加工方法，碎邊剪中各組分按重量所佔百分比為：C:1.0％，W：0.8～1.2％，Mn：0.32％，Cr：4～6％，Mo：2.0％，V：1.0～1.2％，餘量為鐵和不可避免的雜質，所要加工的碎邊剪的形狀為：剪刃本體上表面為弧面，剪刃本體的刃口面為螺旋弧面，剪刃底面與剪刃側面連接有剪刃凸塊；其加工工藝為：

1)下毛坯料，對材料進行三墩三拔的鍛打處理，始鍛溫度為1100℃，終端溫度為900℃，鍛打後在850～870℃進行退火處理；

2)對鍛打後的毛坯進行初加工，銑平面，銑側面，銑端面，同時矯正相鄰兩個面夾角為90°；粗磨毛坯底面和側面，保證垂直度；對端面進行銑削、磨削加工，矯正相鄰兩個面夾角為90°；

3)對待加工的剪刃螺栓孔和絲孔劃線，並預留磨量；劃線後加工絲孔，然後加工剪刃螺栓孔；

4)對毛坯進行淬火處理：加熱到1080～1100℃，保溫40～60min，油冷，24h後進行三次回火處理；

5)精磨毛坯平面和單側面，然後線切割加工剪刃凸塊，磨削處理；

6)線切割加工剪刃弧面，然後利用磨床工裝把毛坯放置在外圓磨床上進行弧面磨削加工；

7)刃口固定工裝把毛坯固定，在數控加工中心加工出刃口面；

8)進行第低溫回火處理，去除加工後的內部應力；

9)磨端面到要求尺寸，進行後續加工處理，完成剪刃本體的加工。

作為本發明更進一步的改進，步驟3)中劃線時，以側面為基準，預留0.8～1mm餘量劃線；以端面為基準，預留0.2～0.3mm劃線；

作為本發明更進一步的改進，步驟使4)中的三次回火過程為：第一次回火，溫度530～545℃，保溫2.5～3h，回火後硬度62～63HRC；第二次回火，溫度530～550℃，保溫3h，回火後硬度60～62HRC；第三次回火，溫度530～550℃，保溫3h，回火後硬度58～59HRC。

作為本發明更進一步的改進，步驟6)中的磨床工裝的外壁等間隔分布有3個基準面，3個基準面平行於磨床工裝軸線，且與軸線的距離相等，基準面上設置有磨削固定螺紋孔，基準面的一側連接有磨削剪刃卡槽；在磨床工裝的兩端設置有與磨床工裝同心的連接軸，連接軸的外端面中心設置有錐形口。

作為本發明更進一步的改進，磨床工裝的一個連接軸上套裝有調節環，調節環上間隔分布有徑向的調節螺栓，所述調節螺栓的內端頂住連接軸側壁，使調節環被固定。

作為本發明更進一步的改進，步驟7)中的刃口固定工裝用於把剪刃毛坯固定在數控加工中心的工作檯上，刃口固定工裝一側設置有車削剪刃卡槽，用於與剪刃凸塊配合；刃口固定工裝上的三角臺的側面設置有緊固螺紋孔，該緊固螺紋孔與車削剪刃卡槽位於刃口固定工裝的同一側；在該刃口固定工裝底部中心設置有長度方向的卡接塊，沿刃口固定工裝豎直方向設置有兩個車削固定螺孔。

作為本發明更進一步的改進，三角臺上設置緊固螺紋孔的一側還垂直設置有基準杆，該基準杆位於三角臺的中部。

作為本發明更進一步的改進，所述三角臺相對於支撐臺的高度低於同一截面上刃口面的尺寸高度。

作為本發明更進一步的改進，步驟8)中低溫回火溫度為180～200℃。

3.有益效果

採用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：

(1)本發明的一種碎邊剪加工方法，刃本體上表面為弧面，剪刃本體的刃口面為螺旋弧面，使用時把刀具按照螺旋方向安裝在刀盤上，把傳統的平切方式改為旋斜切，更容易剪切；剪刃本體上的弧面相對於平面對所受到的切削阻力的分散效果更好，具有更高的承載能力，可防止崩刃；在刀具材質中鎢的含量較好，使刀具具有較好的耐磨性，鉻的含量相對於普通材質較低，可避免刀具硬裂；釩的含量較高，能夠提高刃口的鋒刃度。此外，把材料在900～1100℃進行鍛造，並在860℃左右退火處理，淬火後經過三次高溫回火，參與奧氏體變少，碳化細小並分布均勻，切削性和磨削性得到改善；

(2)本發明的一種碎邊剪加工方法，在銑削、磨削時都進行角度矯正，保證了垂直度，確保尺寸的精確性；通過三次回火改善淬火後的性能，在進行機加工後再次低溫回火處理，使內部應力分布均勻，提高剪刃的韌性；

(3)本發明的一種碎邊剪加工方法，所使用的磨床工裝設置有3個同心的基準面，一方面提高了加工效率，另一方面能夠保證磨削後的剪刃弧面尺寸相同，保證加工精度；

(4)本發明的一種碎邊剪加工方法，刃口固定工裝能夠同時把兩個成對的剪刃固定在數控加工中心的工作檯上，雖然設計的尺寸相同，但由於每次加工存在的誤差量難以控制，那麼不同批次加工的剪刃之間難以配對，而本發明中把兩個組對的剪刃同時固定在一起，能夠減少同組剪刃間的加工誤差；而且該固定工裝結構設計合理，原理簡單，便於推廣使用。

附圖說明

圖1為本發明中弧形刃口的碎邊刀具的結構示意圖；

圖2為本發明中弧形刃口的碎邊刀具的側視結構示意圖；

圖3為本發明中弧形刃口的碎邊刀具的俯視結構示意圖；

圖4為本發明中剪刃刀具的加工流程示意圖；

圖5為本發明中磨床工裝的結構示意圖；

圖6為本發明中磨床工裝的側視結構示意圖；

圖7為本發明中刃口固定工裝的結構示意圖；

圖8為本發明中刃口固定工裝的主視結構示意圖。

示意圖中的標號說明：11、剪刃側面；12、剪刃弧面；13、刃口面；14、剪刃底面；15、剪刃螺栓孔；16、絲孔；17、剪刃凸塊；21、連接軸；22、磨削剪刃卡槽；23、基準面；24、調節環；25、調節螺栓；26、錐形口；27、磨削固定螺紋孔；31、卡接塊；32、支撐臺；33、三角臺；34、車削固定螺孔；35、緊固螺紋孔；36、基準杆；37、車削剪刃卡槽。

具體實施方式

為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。

實施例1

結合圖1、圖2和圖3，本實施例的一種弧形刃口的碎邊刀具，刀具中各組分按重量所佔百分比為：C:1.0％，W：0.8～1.2％，Mn：0.32％，Cr：4～6％，Mo：2.0％，V：1.0～1.2％，餘量為鐵和不可避免的雜質。所要加工的碎邊剪刀具包括剪刃本體，如圖1中所示，該剪刃本體上表面為弧面，可以加工為圓弧面，剪刃本體的刃口面13為螺旋弧面，即刃口面13為弧面光滑過渡，由於刃口面13的兩側邊不在同一切面內，形成一定的螺旋角度，構成螺旋弧面。如圖2、圖3中所示，剪刃底面14與剪刃側面11連接有剪刃凸塊17，該剪刃凸塊17在安裝時便於卡入安裝槽，限制剪刃本體移位，固定更可靠；在剪刃凸塊17與剪刃底面14的連接處設置有矩形槽或圓弧槽，若為矩形槽，則矩形槽側壁與剪刃底面14夾角為45°；若為圓弧槽，其半徑可選為1.5mm。碎邊剪在加工時會產生碎屑，更換刀具時碎屑易落入兩個面的鉸接處，通過毛刷難以有效清除乾淨，而設置的槽體能夠有效避免鐵屑藏積，使剪刃本體的地面能夠完全與刀盤上的安裝面貼合，精度更高，穩定性更好。

此外，一般的剪刃本體多為較為規則的六面體結構，而本實施例中把剪刃本體上表面設為圓弧面，能夠有效增加刀具結構強度。刃口面13為螺旋弧面，即能夠得到需要的刃口前角角度，又不會使刃口處厚度較小，避免淬火後硬度過大而在加工時崩刃。所設置的剪刃凸塊17能夠與剪刃螺栓孔15配合，一個螺栓便能較好的固定，並在端面絲孔16內安裝螺栓限位。

實施例2

本實施例的一種碎邊剪加工方法，參看圖4，其加工工藝為：

1)下毛坯料，各組分按重量所佔百分比為：C:1.0％，W：1.0％，Mn：0.32％，Cr：4％，Mo：2.0％，V：1.0％，對材料進行三墩三拔的鍛打處理，始鍛溫度為1100℃，終端溫度為900℃，鍛打後在850℃進行退火處理；

2)下料，銑平面，留2.5～3nn餘量；銑側面，留2.5～2.8mm餘量；在銑削加工時，矯正上下平面與側面之間夾角為90°。

粗磨毛坯平面和側面，平面餘量2.0～2.5mm，側面餘量1.5～2.0mm，矯正垂直度；對端面進行銑削、磨削加工，矯正端面與平面、側面間的夾角為90°，留1mm餘量。

3)對待加工的剪刃螺栓孔15和絲孔16劃線，並預留磨量，距離側面可預留1mm餘量，端面預留0.25mm餘量，劃線後確定鑽孔中心點；同理，對絲孔16劃線定位，絲孔到側面和平面的距離可預留1mm餘量；劃線後加工絲孔16，然後加工剪刃螺栓孔15。在加工剪刃螺栓孔15時，由於其為沉頭螺栓孔，先鑽通孔，然後加工平底沉頭孔。

4)對毛坯進行淬火處理：先在200℃對毛坯預熱，然後加熱到980～1060℃，保溫40～60min，油冷，在油液中冷卻24h，然後進行三次回火處理；

第一次回火，溫度為530℃，保溫2.8h，回火後磨削擦亮剪刃毛坯表面，檢測硬度達62～63HRC；第二次回火，溫度為540℃，保溫3h，回火後磨削擦亮剪刃毛坯表面，檢測硬度達58～60HRC；第三次回火，溫度為545℃，保溫3h，回火後磨削擦亮剪刃毛坯表面，檢測硬度達58～60HRC。

5)先粗磨毛坯平面，預留1.5～1.8mm作為精磨餘量；粗磨側面，留0.6～0.8mm餘量，保證側面與平面的垂直度。

精磨平面，預留1.0～1.2mm餘量，以保證有足夠的剪刃凸塊17和剪刃弧面12的精磨餘量，同時要注意剪刃螺栓孔15和絲孔16的位置的確定；精磨側面，預留0.3～0.6mm餘量，便於刃口加工，同時要注意剪刃螺栓孔15和絲孔16的位置尺寸；精磨端面，留0.05mm餘量，確保垂直度。

以磨削後的側面和平面為基準定位，線切割加工剪刃凸塊17，即切除底部的矩形塊，然後切割圓弧槽，半徑1.5mm。然後精磨剪刃凸塊17，剪刃凸塊17底面與剪刃底面14均留有0.8mm餘量，同時確保絲孔距離底面尺寸。

6)線切割加工剪刃弧面12，剪刃弧面12為圓弧面，加工時留0.1mm精磨餘量，然後利用磨床工裝把毛坯放置在外圓磨床上進行弧面磨削加工。

如圖5、圖6中所示，磨床工裝是由圓柱體切割加工而成，磨床工裝的外壁等間隔分布有3個基準面23，3個基準面23平行於磨床工裝軸線，且與軸線的距離相等，確保安裝後的剪刃毛坯同心放置，加工的外圓弧面相同。基準面23上設置有磨削固定螺紋孔27，磨削固定螺紋孔27可設置兩個，剪刃在安裝時多是配對使用，源自同一料塊的兩個剪刃毛坯作為一對，設置兩個螺紋孔，可以在同一位置處依次加工成對的剪刃毛坯，減少操作上的誤差。

基準面23的一側連接有磨削剪刃卡槽22，該磨削剪刃卡槽22的側壁可作為定位基準。在磨床工裝的兩端設置有與磨床工裝同心的連接軸21，連接軸21的外端面中心設置有錐形口26，方便在磨床安裝。

磨床工裝其中一端的一個連接軸21上套裝有調節環24，調節環24上間隔分布有徑向的調節螺栓25，所述調節螺栓25與調節環24螺紋連接，調節螺栓25的內端頂住連接軸21側壁，使調節環24被固定。雖然基準面等間隔分布，但難以保證不存在偏心量，所設置的調節環24能夠對裝置的偏心量進行調節，使其達到靜平衡，從而保證磨削時的精度。

使用時，按如下步驟進行磨削加工：

步驟1、在三個基準面上分別同向安裝剪刃毛坯，使其剪刃凸塊17卡入磨削剪刃卡槽22，剪刃底面14與基準面23貼合，然後從剪刃螺栓孔15插入螺栓，並擰入磨削固定螺紋孔27，使剪刃毛坯被固定在磨床工裝上；

步驟2、把磨床工裝的兩端用工具機頂針頂住，頂針卡在錐形口26內；

步驟3、調整調節環24位置，轉動工具機主軸進行靜平衡調試；

步驟4、啟動磨床進行磨削加工。

7)用刃口固定工裝把毛坯固定，在數控加工中心加工出刃口面13。

刃口固定工裝用於把剪刃毛坯固定在數控加工中心的工作檯上，如圖7、圖8所示，刃口固定工裝一側設置有車削剪刃卡槽37，用於與剪刃凸塊17配合；刃口固定工裝上的三角臺33的側面設置有緊固螺紋孔35，該緊固螺紋孔35與車削剪刃卡槽37位於刃口固定工裝的同一側；在該刃口固定工裝底部中心設置有長度方向的卡接塊31，沿刃口固定工裝豎直方向設置有兩個車削固定螺孔34，車削固定螺孔34的軸線與卡接塊31長度方向的中截面重合，卡接塊31與車削固定螺孔34對應部分開設有缺口，便於螺栓與工作檯上的螺紋孔連接。

三角臺33上設置緊固螺紋孔35的一側還垂直設置有基準杆36，該基準杆36位於三角臺33的中部，刃口固定工裝關於基準杆36所在的豎直截面對稱，三角臺33相對於支撐臺32的高度低於同一截面上刃口面13的尺寸高度，防止加工時與加工刀具幹涉。

使用時，同時把兩塊相配合的剪刃毛坯的剪刃凸塊17卡入車削剪刃卡槽37內，剪刃毛坯的端面頂住圓柱形的基準杆36，然後從剪刃螺栓孔15中插入螺栓，並擰入緊固螺紋孔35，使兩塊成對的剪刃毛坯固定在刃口固定工裝上；把刃口固定工裝的卡接塊31插入數控加工中心工作檯上對應的槽中，從車削固定螺孔34中插入螺栓，把刃口固定工裝安裝在工作檯上，完成安裝，可按照設定的程度進行刃口面13的加工。

該工裝能夠對成對使用的剪刃刀具進行加工，減少中間操作誤差，有助於加工精度的提高。

8)進行第四次回火處理，回火溫度為180～200℃，保溫2h，回火後的硬度為58～59HRC，通過第四次回火可去除加工後的內部應力。

9)手工磨刃口，表面粗糙度為12.5，磨端面到要求尺寸，進行後續去毛刺、復絲處理，複查尺寸，若合格則進行標記，完成剪刃本體的加工。

所加工的剪刃對所受到的切削阻力的分散效果更好，具有更高的承載能力，而且實用過程中不易出現崩刃、疲勞現象，實用效果好。

實施例3

本實施例的一種碎邊剪加工方法，其基本過程與實施例2相同，其不同之處在於：步驟1)中毛坯的各組分按重量所佔百分比為：C:1.0％，W：0.8％，Mn：0.32％，Cr：6％，Mo：2.0％，V：1.2％，對材料進行三墩三拔的鍛打處理，始鍛溫度為1100℃，終端溫度為900℃，鍛打後在870℃進行退火處理。

步驟使4)中的三次回火過程為：第一次回火，溫度540℃，保溫2.5h，回火後硬度62～63HRC；第二次回火，溫度550℃，保溫2.5h，回火後硬度60～62HRC；第三次回火，溫度540℃，保溫3h，回火後硬度58～59HRC。

以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬於本發明的保護範圍。