锯片合金刀头及其激光强化处理工艺

摘要

本发明提供了一种使用CO2激光器或准分子激光器对锯片硬质合金刀头进行激光强化的处理工艺，包括采用CO2激光器或准分子激光器对硬质合金刀头的前加工面上进行激光熔凝及涂敷处理，其中激光处理前硬质合金刀头的表面用吸光涂料进行预处理，最终得到的硬化层深度为0.10-0.30mm。通过激光器在锯片硬质合金刀头的前加工面上进行激光熔凝及涂敷有处理，可得到高硬度、高韧性、高表面光洁度的刀头，该经激光处理后的锯片的应用，能够取得使用寿命提高60-180％的良好效果，且硬度、韧性明显增加。

权利要求

1.一种锯片合金刀头的激光强化处理工艺，包括采用CO2激光器对硬质合金刀头的2

前加工面上进行激光熔凝及涂敷处理，其中激光功率为800-1800w/cm ；圆形光斑直径为

5-8mm；扫描速度3-10mm/s；光照时间为0.1-3秒；熔凝层深度0.10-0.30mm；且激光处理前硬质合金刀头的表面用常规吸光涂料进行预处理，最终得到的硬化层深度为0.10-0.30mm，其中，所述吸光涂料为常用CO2吸光涂料中添加有镍基合金粉和/或WC和/或TiC粉末的复合吸光材料，或者吸光涂料为以下吸光涂料，该涂料按照重量组分计算由棕刚玉15-20、石英沙15-18、醇基酚醛树脂25-32、工业酒精30-35、稀土氧化物4-8、防沉剂3-6制作而成，且通过刷涂或喷涂涂覆方法将所述吸光涂料涂覆在硬质刀头激光处理表面上。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于所述硬质合金刀头的材质为：K01、K10、K20、K30、K40、M30或M40。

3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于激光处理后的硬质合金刀头的表面硬度为Hv

2500-3000。

4.一种锯片合金刀头的激光强化处理工艺，包括采用准分子激光器对硬质合金刀2

头的前加工面上进行激光熔凝处理，其中激光功率为200-250w/cm ；矩形光斑尺寸为(3-6)×(8-12)mm；扫描速度3-10mm/s；光照时间为0.1-3秒；熔凝层深度0.05-0.20mm；

且激光处理前硬质合金刀头的表面用吸光涂料进行预处理，最终得到的硬化层深度为

0.07-0.25mm，其中，所述吸光涂料为30wt％的WC和70wt％的NiB吸光涂料且所述预处理是指通过喷涂或刷涂的涂覆方法将吸光涂料涂覆在硬质刀头上。

5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于所述硬质合金刀头的材质为K系列或M系列硬质合金。

6.如权利要求4所述的工艺，其特征在于激光处理后的硬质合金刀头的表面硬度为Hv

2800-3500。

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7.如权利要求1或4所述的工艺，其特征在于工艺中的熔凝冷却速度为10-10℃/s。

说明书

锯片合金刀头及其激光强化处理工艺

技术领域

[0001] 本发明属于锯片合金刀头领域，具体来说涉及一种对锯片合金刀头进行强化处理的工艺。

背景技术

[0002] 锯切加工与一般工具、模具的加工工况不同，它属于断续切削。因此，除了切削力之外，锯片上的刀头还承受着较大的断续冲击，因此，要求刀头具有较高的机械性能，例如抗弯强度和抗冲击韧性。同时，也要求锯片刀头具有高的硬度和耐磨性，并且能够刃磨次数较多，从而提高锯片使用寿命并节约所锯切的材料。使用合金刀头在锯切加工中已经逐渐推广并取得了较好效果。但是，目前如何进一步提高锯片的使用寿命，减少被锯切材料的消耗，特别是贵重金属和稀有木材在加工中的消耗，正逐渐成为锯片行业开发高端产品所面临的问题。这需要从高新技术领域寻求解决途径，同时，激光表面强化处理正以其技术和经济优势在不断发展，利用激光的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性在工件表面进行熔凝、涂敷、强化处理，在工具，模具等领域已有许多研究和初步应用，成为激光加工和工模具行业新技术发展的重要领域之一。而将激光技术应用在金属和木材锯切加工中还未见报道。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种锯片合金刀头的激光强化处理工艺，通过激光对锯片焊接硬质合金刀头进行处理，显著提高了锯片的使用寿命和锯切质量。

[0004] 本发明的再一目的是提供一种经过激光强化处理工艺处理的锯片合金刀头，该刀头具有高硬度、高韧性和高的表面光洁度。

[0005] 本发明所提供的具体方案如下：

[0006] 一方面，本发明的锯片合金刀头的激光强化处理工艺，包括采用CO2激光器对硬2
质合金刀头的前加工面上进行激光熔凝处理，其中激光功率为800-1800w/cm ；光斑(圆形)直径为5-8mm；扫描速度3-10mm/s；光照时间为0.1-3秒；熔凝层深度0.10-0.30mm；
且激光处理前硬质合金刀头的表面用吸光涂料进行刷涂预处理，最终得到的硬化层深度为
0.10-0.30mm。

[0007] 进一步地，所述硬质合金刀头的材质为K系列或M系列硬质合金，优选K01、K10、K20、K30、K40、M30或M40。

[0008] 进一步地，所述激光处理后的硬质合金刀头的表面硬度为Hv 2500-3000。

[0009] 进一步地，吸光涂料为复合吸光涂料，复合吸光涂料是在常用CO2吸光涂料中添加有镍基合金粉和/或WC和/或TiC粉末，或者优选吸光涂料为以下吸光涂料，该涂料按照重量组分计算由棕刚玉15-20、石英沙15-18、醇基酚醛树脂25-32、工业酒精30-35、稀土氧化物4-8、防沉剂3-6制作而成，其各组分的具体类型参见专利号03135206.5，在此以引用方式将其全部内容并入本文。且所述预处理是指通过喷涂或刷涂等涂覆方法将吸光涂料涂覆在硬质刀头上。

[0010] 另一方面，本发明的锯片合金刀头的激光强化处理工艺，包括采用准分子激光器2
对硬质合金刀头的前加工面上进行激光熔凝处理，其中激光功率为200-250w/cm ；矩形光斑尺寸为(3-6)×(8-12)mm；扫描速度3-10mm/s；光照时间为0.1-3秒；熔凝或涂敷层深度
0.05-0.20mm；且激光处理前硬质合金刀头的表面用吸光涂料进行预处理，最终得到的硬化层深度为0.07-0.25mm。

[0011] 进一步地，所述硬质合金刀头的材质为K或M型硬质合金。

[0012] 进一步地，所述处理后硬质合金刀头的表面硬度为Hv 2800-3500。

[0013] 进一步地，吸光涂料优选为WC30wt％+NiB70wt％涂料，采用刷涂等涂覆方法将涂敷涂料涂覆在硬质刀头上。

[0014] 优选地，上述两种工艺中的熔凝冷却速度为105-107摄氏度/h

[0015] 此外，本发明也提供一种锯片合金刀头，该刀头经过上述的激光强化处理工艺制成。该合金刀头的表面硬化层深度为0.10-0.30mm。

[0016] 本发明的原理如下：

[0017] 众所周知，硬质合金是由钨和钛的碳化物与钴和镍的粉末，经高温高压以粉末冶金方法生产而成。不可避免地，整个基体上存在着标准范围内的空隙和夹杂，这也正是硬质合金强度和抗冲击性能较低的原因。近年来，激光加工作为一项高新技术得到迅速发展，利用激光高能量密度、单色性、相干性和可控性，在材料表面可实现无接触的能量和区域的高度集中，从而使得硬质合金表层局部熔融，随即在其基体巨大体积分数的激冷作用下，迅速凝固。使经这样处理的硬质合金表层净化、夹杂物减少、气体排出，从而空隙减少密度增大。同时在激光高能量作用下，碳化物表面微熔与基体达到冶金结合，这样在经激光处理的表层达到冶金结合的效应；另外，由于激烈冷却使熔凝层和稍内的淬火层晶粒极度细化，如果条件充分甚至可得到局部非晶态，这样就使硬质合金经激光处理的表层在性能和质量上得到显著的提高。这些因素使刀头激光处理表面具有高硬度，同时提高了机械性能，特别是抗冲击韧性。这样，就在较大程度上提高了刀头及锯片的使用寿命。如果在高性能的前提下，减少刀头的宽度仍然保持其锯切性能，明显效果就是降低了锯切损耗，提高了金属和木材的利用率。

[0018] 本发明分别例如采用快速轴流CO2激光器和准分子激光器在锯片硬质合金刀头的前加工面上进行激光熔凝处理，得到高硬度、高韧性、高表面光洁度的刀头，该经激光处理后的锯片的应用，能够取得使用寿命提高60-180％的良好效果，且硬度、韧性明显增加。

具体实施方式

[0019] 以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

[0020] 本文以两种具体的激光器为例对本发明的工艺进行详细说明，两种实例的激光器的性能参数分别为：

[0021] CO2激光器 准分子激光器[0022] 波长(微米) 5.4； 0.308

[0023] 光子能量(eV) 0.23 4.9

[0024] 最高功率(KW) 10000 250

[0025] 调制方式 气体放电 气体放电

[0026] 脉冲功率(mj) - 50

[0027] 脉冲频率(KHz) ＜50(声光调Q) -

[0028] 模式 - 多模

[0029] 发散角(mrad) - 1-3

[0030] 总效率(％) 8 2

[0031] 耐磨性(刃磨一次提高％) 60--180 80---200

[0032] 以下给出具体实施例以对本发明进行进一步的详细说明。

[0033] 实施例1

[0034] 本实施例采用的锯片为金属用硬质合金锯片YL350×30×3.0/2.5-100TP；刀头尺寸为5.4mm×3.0mm×2.0mm。

[0035] 采用CO2激光器对刀头的表面进行处理，具体的激光器工作参数分别为：

[0036] 激光功率 1000w/cm2

[0037] 光斑尺寸(圆形) 直径为5mm

[0038] 扫描速度 5mm/s

[0039] 本实验在5mm×2mm表面上进行激光扫描辐照，

[0040] 激光辐照前刷涂吸光涂料，该涂料为吸光涂料为以下吸光涂料，该涂料按照重量组分计算由棕刚玉15-20、石英沙15-18、醇基酚醛树脂25-32、工业酒精30-35、稀土氧化物4-8、防沉剂3-6制作而成；扫描时间为1.0秒。

[0041] 激光处理后，在试样中间沿辐照表面垂直用金刚石砂轮切取样品，在表面及沿表面垂直方向的切开面上测量维氏硬度，并进行显微组织观察，以确定表层硬化及硬化层深度。

[0042] 通过维氏硬度测量法(ISO 6507-1：1998)对经过激光处理后的金属硬质合金锯片刀头的硬度进行测量，结果如下：

[0043] 刀头处理前硬度(Hv) 1550

[0044] 刀头处理后硬度(Hv) 2900

[0045] 具有经过激光处理后的金属用硬质合金锯片刀头的锯片的使用效果如下：

[0046] 激光处理前 管排锯锯切铝管每次刃磨能切20-40平米

[0047] 激光处理后 管排锯锯切铝管每次刃磨能切60-100平米，

[0048] 激光处理前后相比，金属用硬质合金锯片刀头的锯片的使用寿命提高了150％。

[0049] 实施例2

[0050] 本实施例采用的锯片为金属用硬质合金锯片YG500×115×6.5/5.0-72TJ；刀头尺寸为10mm×7.2mm×4.0mm。

[0051] 采用CO2激光器对刀头的表面进行处理，具体的激光器工作参数分别为：

[0052] 激光功率 1500w/cm2

[0053] 光斑尺寸(圆形) 直径为5mm

[0054] 扫描速度 8mm/s