专利名称：锯、切刀和冲压模具的棱刃淬火法的制作方法
技术领域：
本发明涉及特别适用于木材加工的锯子齿刃，以及用于木料、纸张、纸筒及厚纸板、塑料、皮革以及纺织物加工中所用的切刀刀刃和冲压模具棱边的淬火法。这种方法藉助把能量辐射到上述工具需要淬火的棱刃区域来实现。在所列举的各种工业加工过程中，锯、切刀或者冲压模具的棱刃将会有磨损。这些工具的使用期限取决于棱刃的质量(所用材料以及淬火处理)、被切割锯切的材质以及工作量。达到使用期限后，这些工具或者需要重新磨块棱刃，或者报废。许多锯、切刀和冲压模具是由碳素钢制造的，通过加热和接着块速冷却，很容易达到淬火硬化的目的。因为淬火硬化总是和降低韧性相关联的，因此希望仅在棱刃区域淬火，而其它部份则不受影响。在锯、切刀和冲压模具的其它部份应当尽可能少的硬化，而保持尽可能大的韧性。
已知的，能部份地对棱刃淬火的方法中，有用电子辐射或激光辐射作为能源的。这种以电子辐射或者激光辐射来淬火的问题是，需要昂贵的设备。由于这一原因，至今很少有投入实用的。
电感应淬火更为人所知。在棱刃研磨后，通过一个由高频交变磁场产生的涡流来加热，以及迅速冷却来实现淬火。
由专利合作条约专利WO83/00051(根夫、瑞士)已知通过等离子辐射进行平面区域的表层淬火。因为其等离子辐射稳定性很差，在此以前还没有考虑到用等离子辐射对棱刃淬火。
对锯来说，采用特种材料钨铬钴合金焊接在锯齿尖上，是一个已知的方法。所接的钨铬钴合金材料再研磨成所需的齿尖形状。然而这种工艺也是非常昂贵的。
本发明在于提供一个对锯、切刀和冲压模具的棱刃进行淬火的方法。这一方法以简单易行、价格合理的能量辐射来实现。
依照本发明，采用受控的等离子辐射来实现淬火，有以下几个关键参数等离子辐射相对被淬火的工件运动，其速度为5至100毫米/秒;等离子喷咀至棱刃的距离为2至14毫米;等离子辐射的功率为1至10千瓦之间;所用的等离子喷咀的直径为3至7毫米。
在由上述参数组合的条件下，得到一个没有被采用过的全新的方法，即用等离子辐射对前述的各种工具的棱刃进行淬火。而且只有在上述的各项参数范围内，可以实现淬火工具的自然冷却，而不需要强迫空气冷却或者水冷却。
对于不同的材料厚度和棱刃的角度，依靠对位移速度V的控制，可以得到升温速度和冷却速度的最佳数值。对薄的材料，特别小于3毫米时，以及较小的刀刃角度，特别小于25°时，移动速度应选择得较快，否则由于冷却速度受到向工具的主体热传导的限制，而达不到高硬度的淬火目的。
对于大和厚的材料，以及较大的棱刃角度。为了达到较大的淬火范围，应当把移动速度选得比较小。
等离子辐射用氩或者氮，或者混合气体，通过弧形放电或者用高频电磁场激发形成气体的离子化。而辐射则通过合适的电极以及喷咀形状来实现。在等离子辐射束的轴心上温度可以达到15，000K(绝对温度)。
采用上述的等离子辐射，依照本发明给出的各项参数及其数值，对锯、切刀或冲压模具的棱刃淬火。被照射的局部区域炽热，其升温率达到5000K/秒。在能量辐射停止后，受热棱刃通过自然冷却，亦即热量被导向这些被淬火工件的基体，其降温率达到1000K/秒。同时产生一种细颗粒状的马丁体，其硬度可达到1000HV(维氏硬度)。
这种加工法的关键是，梭刃在加热时不允许熔介，然而又必须在需要淬火的区域有充分的热处理，这样才能保证所需的硬度。而这只有在上面给出的参数组合下才能实现。
下述的数值良特别适合淬火硬过条件的等离子轴射功率 1至5千瓦等离子喷咀直径 4至5.5毫米等离子喷咀至棱刃的距离 3至9毫米等离子辐射机对棱刃的移动速度 15至50毫米/秒把等离子辐射的轴心对准棱刃的对称轴线，然后使切刀或者冲压模具相对等离子辐射移动。用这种方法可达到使棱刃的侧面均匀加热的目的。对锯子来说，加上等离子束以垂直于锯子平面，沿着齿刃厚度，在齿刃上方运动。这样可达到锯齿刃在其全部齿长上均匀加热。对某些锯子的形状来说，可以不作这样的机械横向运动，这样就有设备比较简单的优点。可用线圈产生一个偏转磁场，这个场介于阴极和喷咀的边沿之间。这样也可以使等离子束达到一定的展阔，适合某些齿形的目的。
上述方法和已知用于离子焊接(熔化)的电磁场偏转之区别在于离子焊接的电磁场介于喷咀边缘和加工工件之间;而在离子淬火技术中，由于电弧介于阴极和喷咀边缘之间，因此不会在工件表面造成电弧的烧伤斑点。
为了降低锯子淬火设备的能耗，可采用等离子辐射脉冲工作状态。脉冲频率f等于锯子移动速度除以齿距。脉冲的持续时间为0.2至0.8秒。
对切刀来说，更增加一种控制淬火区域的可能性，即等离子辐射以一定的角度偏离刀刃的对称轴(例如90度、135度，或者刀刃角的一半)。这样就形成了一个沿其对称轴不对称的加热区域分布。用这个方法可以达到适合具有特定的磨损条件的情况。特别在切刀厚度超过5毫米时，可以很好的适合不同的切刀几何形状。
以下将结合附图对本发明作进一步说明
图1是以锯子淬火为例的离子淬火设备示意图。离子发生器1，输入的气体通过电弧放电形成离子辐射2，离子辐射由离子发生器的喷咀中射出。喷咀和齿刃间的距离为a。离子辐射对准锯齿4的齿刃5，並使这一局部区域加热。在通过能量加热后，这一灼热区域迅速冷却並硬化。接着锯条3进一步移动，等离子辐射2又将对接着而来的锯齿4a淬火。
图2表述锯子齿刃区域的细节。等离子辐射2，具有直径d，以相对速度V或者沿着齿刃6移动，或者在齿列的方向上移动。
图3是表示用等离子辐射设备对切刀淬火的设备示意图。等离子辐射以角度α对准刀刃9，並以速度V沿着刀刃移动。这样刀刃就会被灼热，然后通过自身快速冷却，从而达到淬火的目的。
图4是等离子发生器的切面示意图，10为电磁铁，置于阴极8和喷咀11的边缘之间。电弧受到这一高频磁场的偏转控制，而扩散到整个喷咀的孔距空间2。
以下给出的例子可以进一步说明本发明的使用情况例一机器锯的淬火材料合金钢，成份为(%)0.85C，0.3Si，0.3Mn，0.5Cr，0.4Ni，0.25V。45齿，齿距30毫米，齿刃厚b＝3.5毫米。淬火前硬度420HV。
等离子束功率(千瓦) 2.5 3.5 2.0等离子束直径d(毫米) 4.0 4.0 4.0至工件距离a(毫米) 5.0 6.0 4.0移动速度V(毫米/秒) 25 30 20气体流量(立升/分) 7 10 7最大硬度(HV) 920 940 900实际使用表明使用期限可提高至四倍。
例二园盘锯的淬火材料同例一。50齿，齿距30毫米，齿刃厚b＝4.0毫米。淬火前硬度410HV。
等离子束功率(千瓦) 3.0等离子束直径d(毫米) 4.0至工件距离a(毫米) 5.0移动速度V(毫米/秒) 30气体流量(立升/分) 8最大硬度(HV) 900例三带锯的淬火材料同例一。带长6米，齿距15毫米，齿刃厚b＝1.5毫米。淬火前硬度410HV。
等离子束功率(千瓦) 1.5等离子束直径d(毫米) 3.0至工件距离a(毫米) 5.0移动速度V(毫米/秒) 20气体流量(立升/分) 7最大硬度(HV) 900例四用于皮革及纺织品的切刀的淬火材料CK60(DIN德国国家标准)材料号1.1221，含0.6C碳素钢。淬火前硬度300HV等离子束功率(千瓦) 1 2 4等离子束直径d(毫米) 4 4 4至工件距离a(毫米) 4 6 8等离子束和刀刃轴夹角(度) 0 0 0移动速度V(毫米/秒) 25 35 50气体流量(立升/分) 5 5 5最大硬度(HV) 860 890 940例五木加工刨刀的淬火材料80CrVZ(DIN德国国家标准)材料号1.2235，合金钢0.4Cr，0.2V。淬火前硬度280HV等离子束功率(千瓦) 2 3 5等离子束直径d(毫米) 4 4 4至工件距离a(毫米) 4 6 8等离子束和刀刃轴夹角(度) 60 90 120
移动速度V 20 30 40气体流量(立升/分) 5 5 6最大硬度(HV) 840 880 90权利要求
1.一种涉及锯、切刀和冲压模具的棱刃的淬火方法，所述工具主要用于木材、纸张、纸筒及厚纸板、塑料、皮革和纺织品的工业加工中，通过把能量辐射到需要淬火的工件上来实现硬化处理，其特征在于一等离子辐射(2)被作为这种能量辐射，同时等离子辐射(2)相对被加工工件的棱刃移动，其相对速度为5至100毫米/秒，等离子发生器的喷咀(1)至棱刃的距离为2至14毫米，等离子辐射的功率介于1至10千瓦之间，等离子发生器的喷咀口的直径为3至7毫米之间。
2.根据权利要求1的淬火法，其特征在于等离子辐射功率介于1至5千瓦之间。
3.根据权利要求1或2的淬火法，其特征在于等离子发生器的喷咀口上，等离子辐射直径为4至6毫米。
4.根据权利要求1至3中的任一个淬火法，其特征在于等离子发生器喷咀口至棱刃的距离为3至10毫米。
5.根据权利要求1至4中的任一个淬火法，其特征在于等离子辐射(2)相对棱刃的移动速度为15至50毫米/秒之间。
6.根据权利要求1至5中的一个淬火法，其特征在于等离子辐射(2)通过等离子发生器做垂直于锯片(3)的横向运动，在齿刃的上部，锯齿的背面移动。
7.根据权利要求6的淬火法，其特征在于等离子辐射作横向运动时，锯处于静止状态。接着锯移动一个齿距，通过又一个横向运动，为下一个锯齿淬火。
8.根据权利要求1至5中的任一个淬火法，其特征在于为锯子淬火硬化时，等离子辐射对着锯齿齿刃，而锯片则在齿列的方向上连续或者步进的移动。
9.根据权利要求8的淬火法，其特征在于等离子辐射以脉冲状态工作。脉冲频率f等于锯片移动速度被齿距除。而脉冲的持续时间为0.2至0.8秒之间。
10.根据权利要求8的淬火法，其特征在于当等离子辐射(2)以10至200赫芝的频率作横向运动时，锯片在齿列的方向上连续运动。等离子辐射的横向运动为通过介于阴极尖端和喷咀边缘间的电磁偏转来实现的。
11.根据权利要求1至5中的任一个淬火法，其特征在于等离子辐射的轴和切刀刀刃的对称轴一致。
12.根据权利要求1至5中的任一个淬火法，其特征在于等离子辐射的轴和切刀刀刃的对称轴有一个夹角α，此夹角α大致为刀刃角度β的一半。
13.根据权利要求1至5中的任一个淬火法，其特征在于等离子辐射的轴和切刀刀刃的对称轴有一个大致为90°的夹角α。
14.根据权利要求1至5中的任一个淬火法，其特征在于等离子辐射的轴和切刀刀刃的对称轴有一个大致为135°的夹角α。
全文摘要
一种涉及锯、切刀和冲压模具的棱刃淬火的方法。主要用于木材、纸张、纸筒及厚纸板、塑料、皮革和纺织品的工业加工工具中。通过把能量辐射到需要淬火的工件上来实现硬化处理。一等离子辐射被作为这种能量辐射。一个最佳淬火硬化处理通过等离子辐射(2)相对工件的棱刃作相对移动，其速度为V，其值介于5至100毫米/秒之间。等离子发生器的喷嘴至棱刃的距离为2至14毫米。等离子辐射的功率介于1至10千瓦之间。等离子发生器的喷嘴口介于3至7毫米之间。
文档编号C21D9/22GK1049030SQ9010482
公开日1991年2月6日 申请日期1990年7月24日 优先权日1989年7月25日
发明者阿尔波特·斯凯尔, 乌拉迪迷尔·多克玛克夫 申请人:阿尔波特·斯凯尔, 乌拉迪迷尔·多克玛克夫