刀片的加工工艺与热处理工艺分析

朱国华 曹昌怀

【摘  要】本文以机械刀片为例，针对刀片的加工工艺以及热处理工艺展开深层次的分析，了解了当前机械刀片的具体生产流程以及所使用的刃钢材料，同时也进一步对机械刀片的加工工艺以及热处理工作展开了分析，以期能够为刀片的加工与处理提供可靠的依据。

【关键词】机械刀片;加工工艺;热处理工艺

引言

一般来说机械刀片的主要作用就是切削木材、皮革、印刷以及胶木板等材料的一种工具，其刀片的种类和规格非常多。但是因机械刀片在进行切削时具有一定的特殊性，对于刀片的要求也相对较高，不仅需要具备极强的硬度，同时还要具备一定的耐磨性、强韧性和热硬性等优势，另外对于抗疲劳断裂以及抗碳化物剥落方面的也有着较高的要求。加上近年来在铁路客运货车内燃机的研发、制造以及维修过程中机械刀片的应用是必不可少的。因此，深入的了解和分析机械刀片的加工工艺与热处理工艺有着非常重要的意义。

1.机械刀片的生产流程

现阶段，机械刀片在生产加工过程中所使用的材料分为两种：一种是刀片整体为高速钢或者合金钢材质;另一种是仅刀片的刃部为高速钢或者合金钢。一般第二种刀片的加工方式是以高温压轧镶接或者钎焊等方式形成的。所谓的高温压轧镶接方法是以高温加热为主，就是将碳钢材质的刀体和刃钢进行高温加热，并进一步利用轧机将刀体与刀刃进行焊接，形成一个完整的刀片形状，该生产工艺一般有三种：无氧化热轧镶接、热轧焊药镶接以及无氧化加焊药镶接，每一个加工方式具备一定特点和优势，但是总体而言钎焊技术优于镶焊。机械刀片钎焊生产流程如下：

（1）以碳钢钢板为主要材料，完成刀体和刀刃的下工序，并将刀片的加工材料进行校直;

（2）将下料完成的刀片材料进行打磨，从而将表面已经氧化的表皮去掉。一般刃钢需要进行4面打磨工序;

（3）将刀片的需要焊接的部位进行开槽，并再一次展开校直工作;

（4）将刃钢和刀槽周围的毛刺清理干净;

（5）对刀槽以及刃钢表面展开细致的清理;

（6）将铜片和刃钢板条铺放在刀槽上实现连接和固定;

（7）完成装炉工作，并在炉内完成刀片的焊接、加热以及淬火工作;

（8）对淬火后的刀片进行硬度检测;

（9）趁热展开校直工作;

（10）回火，并在回火完成后的第一时间进行再次校直;

（11）对于回火完成后的硬度以及显微组织等进行检查和确定，并确定是否需要再次回火;

（12）将合格的刀片放置到机械中进行下一步加工;

（13）包装。

2.刃钢材料

刃钢材料是20世纪60年代从国外引进的先进材料，材料类型主要有：5Cr8WMo2VSi钢以及7Cr8WMoVSi钢两种，但是由于一直以来的国外的刀片材料都是保密不外泄的，所以一直到90年代初期这两种材料才在我国的刀片加工中广泛应用。随着时代的不断发展，越来越多的新刀片材料被引入到了国内。对于制造业而言刃钢材料的个性化发展在很大程度上推动了企业的发展与进步，目前Cr8系类的刃钢材料在市场中的竞争力非常强，不仅为社会的经济发展带来了极大的提升，也成为了社会各界所广泛关注的重点。

3.机械刀片的加工工艺

随着金属切削机床加工工艺的不断发展，在刀片加工方面引进了很多先进的加工工艺，有效地提高了刀片加工的自动化程度，在降低刀片生产成本的同时大幅度的提高了其生产效率。在刀片加工过程中烧结含钨硬质合金材料以及高速钢材料得到了广泛的使用，因为这两种材料不仅价格低，还具备高强度、高耐磨性以及加工简单等优势。在针对钢件精加工和半精加工的过程中，碳化钛和碳氮化钛等材料成为了首选，另外以硬质的细颗粒合金来替代高速钢，这样能够有效提高刀片的生产效率。使用化学气相沉积的方法也能够得到陶瓷涂层，这样一来就能够有效地提高刀片的切削性能。在展开加工淬火的过程中，硬质合金的应用也是非常理想的。

其实将人造的硬质材料多晶立方碳化硼镶嵌在合金刀片上所得到了效果是非常好的，一般可以将其应用于硬度为HRC68镍铬钢加工当中，如此一来所获取到的刀片切削速度能够达到130m/min。对于研磨性较强的非金属材料加工来说，一般则以多晶金刚石为主。

在刀片加工的过程中为了能够最大限度地增加氧化物陶瓷，需要使用碳化硅纤维，这种加工工艺主要应用于镍合金、经过加热处理的钢材料以及渗碳等方面。随着科技的不断发展，氮化硅陶瓷也开始在刀片加工中被广泛的应用，因为其切削速度基本上已经达到了1000m/min，其抗扩散和耐磨性能极高。

4.機械刀片的热处理工艺

（1）退火。一般钢厂所提供的钢板都是处于退火状态的，主要是为了便于在进行刀片加工时直接展开下料和淬火处理即可。但是如果钢板在进厂后需要再进一步展开锻轧加工的话则必须要处于退火状态，这样所得到的球化组织才是最理想的，因为在淬火回火之后钢板的性能才会处于最佳状态。一般球化完成后的退火工艺较多，但是使用最广泛的一种等温球化退火方式。所谓等温球化退火实际上就是将钢板加热到40～60°之间，加热完成后需要保温4个小时，4小时后将其冷却至720°后再次进行保温，当加热炉冷却至600°时，需要将保温箱打开进行空冷。

其实锻轧工艺能够直接决定高速钢与合金钢材料的网状组织或者原始带状的改善情况，而通过热处理后的改善效果并不明显，并且当退火温度过高时会存在一定的减轻现象。但是一般经过两次退火后其内部的二次碳化物的分布情况会发生较大的改变，在经过退火后的合金钢中除去少量的大颗粒碳化物之外，其他都能够由于退火工艺进行有效的控制。另外，退火后的保温时间应该进行合理的控制，切勿过长因为时间较长会导致碳化物发生偏聚的情况，导致淬火和退火后的钢板硬度大幅度下降，从而对耐磨性造成影响。

（2）淬火。对于机械刀片而言，其淬火的方法有很多种，在淬火时完全可以根据加热炉的炉型、加热方式、加热温度以及加热介质等方式细分为几十种。但是现阶段在刀片加工的过程中设备的选择也有很多，例如：盐浴炉、真空炉、网带炉和密封箱炉等。

具体的工序施工顺序为：预热、加热温度、加热时间、淬火介质以及校直等多个工序。

（3）回火。通常来说，在进行回火的过程中需要根据刀片刃钢部位的具体材质来选择合适的工艺。对于低合金钢和中合金钢来说，其在淬火完成后的温度基本上能够达到180～220°之间，并且需要进行两次回火工序，平均每次回火的时间约为2～3小时为最佳;Cr12MoV钢一般需要在温度为220～240°范围内的炉内进行回火;而高速钢以及基体钢的回火温度相对较高为500～580°，并且需要反复进行3次回火，每一次回火的时间约为2～3个小时。

5.结论

总而言之，随着我国机械行业、木材行业以及印刷行业的不断发展，对于刀片的使用性能提出了更高的要求。另外在科学技术飞速发展的同时，机械刀片的施工工艺与热处理技术也在不断的进行更新改革。现阶段，我国在机械刀片的加工与处理方面而言渗氮离子镀复合涂层已经在机械刀片的加工中得到了广泛的应用，与此同时机械刀片的加工工艺以及热处理技术也逐渐成为了当前机械产品的竞争核心。因此，良好的加工工艺与热处理技术对于刀片的生产加工而言至关重要。

参考文献

[1]刘洋.热处理工艺对数控刀具含铟涂层硬度和耐磨损性能的影响[J].热加工工艺，2018：182-184.

[2]申屠留芳，孙亚军，孙星钊，etal.基于热处理的65Mn钢刀片有限元分析[J].热加工工艺，2018，047（006）：223-225，229.

[3]赵步青，胡会峰.D2钢制圆刀片的热处理[J].热处理，2019，34（02）：43-45.