一种旋转模切设备的模辊及其刀刃的成型方法技术

本发明专利技术提供一种旋转模切设备的模辊，包括辊体，所述辊体上设有刀刃，所述辊体采用激光熔覆工艺形成由外到内依次为熔覆层、过渡层、基体的层状结构，所述熔覆层构成刀刃，所述过渡层连接刀刃和基体。本发明专利技术还提供一种旋转模切设备模辊刀刃的成型方法，采用上述激光熔覆工艺，实现了：不同材料的冶金结合，稀释率小，保持了刃体材料硬度、耐磨性，以及基体材料韧性，且两者结合性好；实现刃体截面形状近净成型，减少后序精密加工量；熔覆轨迹可实现数字控制，容易实现预设计任意复杂刀刃曲线。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转模切设备的模辊及其刀刃的成型方法
本专利技术涉及模切加工
，尤其涉及一种旋转模切设备的模辊及其刀刃的成型方法。
技术介绍
模切工艺作为传统、经典制造技术，目前已广泛用于印刷、包装、手机数码附件产品、卫生医药用品、电子标签等十几个行业。由于传统的平压模切设备安全性差、自动化程序低、能量消耗高等系列问题，正在被市场淘汰，因此旋转模切装备市场急剧扩大。旋转模切设备核心部件为模切刀架，由模辊、圆辊和模架组成。其中模辊辊体上按被加工产品形状制造有刀刃。模辊、圆辊在模架作用下保持一定压力接触。生产中两辊体相对旋转、材料连续送进，在刀刃的压切作用下，便可加工需要形状相同的产品。目标产品的质量和精度主要决定于模辊刀刃制造精度。现有成型工艺有两类：铣削成型和镶装成型。其中，“模辊铣削成型工艺”在整体粉末冶金高速钢或硬质合金的刀具材料上，通过铣削、磨削工艺流程实现刀刃成型。铣削成型工艺对于直径相对较大刀具制造时，会存在两大问题：1、整体热处理时，因辊体模型结构复杂，模型壁厚与基体厚度相差悬殊，粉末冶金高速钢或硬质合金材质大直径辊体热处理淬火时容易出现严重变形、内部组织晶粒粗大、裂纹等问题；2、整体铣削加工成型，切削量大、加工效率低、材料浪费严重。加之，直径超过Φ150的粉末冶金高速钢、硬质合金棒料价格昂贵，制造成本高。“模辊镶装成型工艺”是根据模辊结构设计，沿着刀刃导向曲线(以下简称刀刃曲线)，在辊体圆周面上，将刀刃及其周边辊体基体分成若干块，用刀具材料将其制作成镶块，同时用普通合金钢制成含有镶块安装位置的辊体基体，通过螺钉固定将镶块和基体联结，镶块装配无间隙地连接成刀刃整体，形成连续的成型刀刃。镶装成型工艺存在主要问题是：1、无间隙地镶块装配技术实现难，且长期高速工作状态下，精度保证保持性困；2、尺寸适应范围较窄，因为只有大尺寸模辊才有可能将刃口曲线分成若干镶块，而采用镶装成型。对于Φ150以下的模辊，还是只能用整体铣削类型。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题之一，在于提供一种用激光熔覆工艺成型刀刃的旋转模切设备的模辊，使得旋转模切设备模辊的加工具有更高的效率、更低的成本、制造和装配精度以及精度保持性。本专利技术要解决的技术问题之一是采用如下技术方案之一实现的：技术方案之一：一种旋转模切设备的模辊，包括辊体，所述辊体上设有刀刃，所述辊体采用激光熔覆工艺形成由外到内依次为熔覆层、过渡层、基体的层状结构，所述熔覆层构成刀刃，所述过渡层连接刀刃和基体，所述刀刃包括左刀面、右刀面和刀尖，所述熔覆层为合金工具钢层或硬质合金钢层，所述基体为圆柱形钢材，基体材料为普通碳素合金钢，所述过渡层为熔覆层和基体的冶金结合层。基体形状为圆柱形，外圆柱面进行粗加工、精加工，所述加工精度不低于IT7。进一步地：所述模辊的直径为Φ200mm～Φ500mm；所述模辊还包括用于传动和定位的转轴，所述转轴位于辊体的两端；所述模辊还包括用于保护刀刃的保护环，所述保护环位于辊体圆周面两侧，保护环外径大于刀刃到辊体轴心的最大距离。本专利技术技术方案之一具有如下优点：激光熔覆工艺通过金属合金或其它类型材料的在基体上沉积，实现基体、熔覆层之间的材料间的冶金结合，获得无孔、晶粒细小的显微组织，以及良好机械性能熔覆层。同激光烧结成型，以及涂覆工艺如等离子喷涂和高速火焰喷涂相比，熔覆层的结合性能和摩擦性能更优；同其他冶金结合工艺，如电弧堆焊等相比，激光熔覆热影响区较小、基体变形较少。基于上述优点，激光熔覆更容易满足金属零件力学性能要求。且激光熔覆工艺是一种近净成型技术，成型后仅需要少量加工或不再加工，即可作为机械构件，因此可以大大提高模辊的加工效率。且激光熔覆成本越来越低，也可以达到控制成本的效果。从旋转模切工艺角度，对模辊机械性能要求是辊体刚度、韧性高，抗变形和断裂能力强；同时，刀刃强度、硬度高，耐磨而不崩刃。通过激光熔覆工艺成型的刀刃，辊体由外到内依次形成熔覆层、过渡层和基体，其中熔覆层即为刀刃。刀刃材料为合金工具钢或硬质合金钢材料，组织结构具有快熔快冷的熔覆金属金相特征；基体材料为普通碳素合金钢，组织结构为普通冶金金属金相特征；过渡层位于刃体和基体之间，材料为刃体和基体的两种材料的冶金结合，即在过渡层内，既可以检测刃体材料的组成元素成份，也可以检测到基体材料的组织元素成份。且材料成份从刃体到基体方向上呈一定的梯度变化，即越接近刃体部分的过渡区，刃体材料的组成元素成分越高，而越接近基体部分的过渡区，基体材料的组织元素成份越高。组织结构具有激光熔覆层过渡区金属金相特征。这一种结构，使得辊体的刀刃具有合金工具钢或硬质合金钢的高强度、高硬度和耐磨的特点，而基体则具有普通碳素结构钢的高刚度、高韧性的特点；过渡区梯度结构使得辊体整体上呈现外部高强度、高硬度，内部高刚度、高韧性的力学特性，使其完全可满足模切设备模辊的要求，有利于得到高精度以及高精度保持性的模辊。且激光熔覆工艺可实现不同力学性能材料间的冶金结合。若选择合适的熔覆刀具材料和基体，通过成熟的熔覆工艺控制，便可以直接制造成型模辊刀刃，并达到在保持芯部韧性的情况下同时具有外部的高强度、高硬度。激光熔覆工艺适合各种尺寸的模辊，特别是Φ200mm～Φ500mm直径范围的模辊，原因是铣削成型工艺所采用的整体铣削、热处理刃口成型技术，对于尺寸相对较大的模辊，存在着废品率高、制造成本高的问题，不适合用于制造尺寸Φ200mm以上的模辊；而镶装成型工艺采用的独立制造的镶块、无间隙装配的成型刀刃，存在着镶块制造、装配精度，以及精度保持性难保证的问题，不适合用于制造直径Φ500mm以下的模辊。因此，激光熔覆技术可用于解决现有技术中对Φ200mm～Φ500mm直径范围的模辊加工上的问题。在辊体圆周面两侧，增加保护环，可以起到保护刀刃的效果，使得模辊在运输、存储和安装过程中更加安全。本专利技术要解决的技术问题之二，在于提供一种用激光熔覆工艺成型旋转模切设备的模辊刀刃的方法，使得旋转模切设备模辊的加工具有更高的效率、更低的成本、制造和装配精度以及精度保持性。本专利技术要解决的技术问题之二是通过如下技术方案之二实现的：技术方案之二：一种旋转模切设备模辊刀刃的成型方法，在辊体的基体上通过激光熔覆工艺，熔化激光熔覆粉末，由外到内依次形成熔覆层和过渡层，所述熔覆层构成刀刃，所述过渡层连接刀刃和基体，所述刀刃包括左刀面、右刀面和刀尖；所述基体为普通碳素合金钢，基体形状为圆柱形，外圆柱面进行粗加工、精加工，所述加工精度不低于IT7，所述激光熔覆粉末为合金工具钢或硬质合金钢材料粉末，合金粉末颗粒平均尺寸为75μm～160μm。进一步地：所述激光熔覆工艺包括如下步骤：步骤1：根据刀刃结构，离线方式编写数控程序；步骤2：将模辊通过装夹和定位工件安装并定位到激光熔覆数控设备上；步骤3：由所述数控程序控制，使所述激光熔覆数控设备完成刀刃熔覆成型过程；步骤4：成型后的模辊进行热处理；步骤5：检验刀刃成型情况，等待进入后续模辊加工程序。进一步地：所述步骤2中，所述装夹和定位工件为三爪卡盘和顶尖；所述步骤3中，激光熔覆数控设备在进行熔覆成型过程之前，可先在关闭熔覆功能单元，仅保持运动控制功能单元的情况下，试走所述数控程序；所述步骤4中，所述热处理可为熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转模切设备的模辊，包括辊体，所述辊体上设有刀刃，其特征在于：所述辊体采用激光熔覆工艺形成由外到内依次为熔覆层、过渡层、基体的层状结构，所述熔覆层构成刀刃，所述过渡层连接刀刃和基体。

【技术特征摘要】
1.一种旋转模切设备的模辊，包括辊体，所述辊体上设有刀刃，其特征在于：所述辊体采用激光熔覆工艺形成由外到内依次为熔覆层、过渡层、基体的层状结构，所述熔覆层构成刀刃，所述过渡层连接刀刃和基体，所述刀刃包括左刀面、右刀面和刀尖，所述熔覆层为合金工具钢层或硬质合金钢层，所述基体为圆柱形钢材，基体材料为普通碳素合金钢，所述过渡层为熔覆层和基体的冶金结合层，基体形状为圆柱形，外圆柱面进行粗加工、精加工，所述加工精度不低于IT7。2.根据权利要求1所述的一种旋转模切设备的模辊，其特征在于：所述模辊的直径为Φ200mm～Φ500mm；所述模辊还包括用于传动和定位的转轴，所述转轴位于辊体的两端；所述模辊还包括用于保护刀刃的保护环，所述保护环位于辊体圆周面两侧，保护环外径大于刀刃到辊体轴心的最大距离。3.一种旋转模切设备模辊刀刃的成型方法，其特征在于：在辊体的基体上通过激光熔覆工艺，熔化激光熔覆粉末，由外到内依次形成熔覆层和过渡层，所述熔覆层构成刀刃，所述过渡层连接刀刃和基体，所述刀刃包括左刀面、右刀面和刀尖；所述基体为普通碳素合金钢，基体形状为圆柱形，外圆柱面进行粗加工、精加工，所述加工精度不低于IT7，所述激光熔覆粉末为合金工具钢或硬质合金钢材料粉末，合金粉末颗粒平均尺寸为75μm～160μm。4.根据权利要求3所述的一种旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：江吉彬，许明三，练国富，洪浩，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建;35