一种模切刀具轴及其加工工艺
阅读说明：本技术 一种模切刀具轴及其加工工艺 (Die-cutting tool shaft and machining process thereof ) 是由 孟庆虎 于 2021-08-07 设计创作，主要内容包括：本申请涉及模切生产加工设备的领域,具体公开了一种模切刀具轴,其由包括以下重量份的原料制备而成：碳化钨200-240份、碳化钛0.02-0.08份、羰基镍粉3-6份、铬粉4-6份、铝粉2-5份、钼粉1-3份、碳粉7-10份、晶粒抑制剂1-2.5份、铁粉-石墨烯复合材料65-71份,其具有提高刀具轴的硬度和耐磨性,使其使用寿命延长的优点；另外,还提供了一种模切刀具轴的加工工艺。(The application relates to the field of die cutting production and processing equipment, and particularly discloses a die cutting tool shaft, which is prepared from the following raw materials in parts by weight: 240 parts of tungsten carbide 200-containing materials, 0.02-0.08 part of titanium carbide, 3-6 parts of nickel carbonyl powder, 4-6 parts of chromium powder, 2-5 parts of aluminum powder, 1-3 parts of molybdenum powder, 7-10 parts of carbon powder, 1-2.5 parts of grain inhibitor and 65-71 parts of iron powder-graphene composite material, and has the advantages of improving the hardness and the wear resistance of a cutter shaft and prolonging the service life of the cutter shaft; in addition, a processing technology of the die cutting mold shaft is also provided.)
技术领域
本申请涉及模切生产加工设备的领域，更具体地说，它涉及一种模切刀具轴及其加工工艺。
背景技术
传统的模切是指印刷品后期加工的一种裁切工艺，模切工艺可以把印刷品或者其他纸制品按照事先设计好的图形进行制作成模切刀版进行裁切，从而使印刷品的形状不再局限于直边直角。随着电子行业的不断发展，模切在众多领域中也得到了较广泛的应用，现有的用来加工的模切材料有橡胶、单双面胶带、泡棉、塑料、硅、金属薄带、金属薄片、保护膜和热熔胶带等。
模切工艺常用的机器中，都具有刀具和刀具轴，如双滚筒式飞剪机，其刀具为飞剪，安装时，其飞剪的剪刃安装在刀具轴的螺旋形的槽中，随着刀具轴带动飞剪的转动，将材料进行剪断。
针对上述中的相关技术，发明人认为，在模切工艺中，刀具轴飞快转动，在时间较长时，由于其本身硬度不足、耐磨性能较差等，容易造成刀具轴变形，使刀具轴使用寿命较短。
发明内容
为了提高刀具轴的硬度和耐磨性，使其使用寿命延长，本申请提供一种模切刀具轴及其加工工艺。
第一方面，本申请提供的一种模切刀具轴采用如下的技术方案：
一种模切刀具轴，其由包括以下重量份的原料制备而成：碳化钨200-240份、碳化钛0.02-0.08份、羰基镍粉3-6份、铬粉4-6份、铝粉2-5份、钼粉1-3份、碳粉7-10份、晶粒抑制剂1-2.5份、铁粉-石墨烯复合材料65-71份。
通过采用上述技术方案，碳化钨和碳化钛作为硬质相，羰基镍粉、铬粉、铝粉、碳粉、铁粉-石墨烯复合材料和钼粉作为粘结相，晶粒抑制剂的加入，可以在硬质相球磨时，不会使其粒度增大，添加石墨烯，可以利用石墨烯优异的导热性能和机械性能，提高刀具轴的各项性能，铁粉与其复合，可以提高石墨烯的分散均匀度，得到硬度、抗弯强度和耐磨性较好的刀具轴，从而延长其使用寿命。
优选的，所述模切刀具轴由包括以下重量份的原料制备而成：碳化钨215-230份、碳化钛0.04-0.06份、羰基镍粉4-5份、铬粉4.5-5.5份、铝粉3-4份、钼粉1.5-2.5份、碳粉8-9份、铁粉67-69份、晶粒抑制剂1-2.5份、铁粉-石墨烯复合材料65-71份。
通过采用上述技术方案，通过对各原料的配比进行优化，可以进一步提高刀具轴的耐磨性和硬度。
优选的，所述晶粒抑制剂由包括以下重量份的原料制备而成：碳化钒2-5份、碳化铬1-3份、碳化铊0.2-0.5份。
通过采用上述技术方案，通过对碳化钒、碳化铬和碳化铊进行一定比例的配比，可以使硬质相原料的粒度较小，硬质相的粒度是影响硬质合金的机械性能的关键性因素，从而使刀具轴的机械性能较好。
优选的，所述晶粒抑制剂由包括以下重量份的原料制备而成：碳化钒3-4份、碳化铬1-2份、碳化铊0.3-0.4份。
通过采用上述技术方案，通过对其原料进行优化配比，使刀具轴的耐磨性和硬度进一步提高。
优选的，所述晶粒抑制剂添加的重量份为1.5-2.0份。
优选的，所述铁粉-石墨烯复合材料通过铁粉表面吸附氧化石墨烯制得，铁粉与氧化石墨烯的重量份配比为50：（0.003-0.010）。
优选的，所述铁粉与氧化石墨烯的重量份配比为50：（0.005-0.07）。
优选的，所述铁粉-石墨烯复合材料的制备方法如下：
在水中加入铁粉和十二烷基苯磺酸钠，搅拌反应，再加入氧化石墨烯，继续搅拌反应后，过滤，将得到的固体进行真空干燥，得铁粉-石墨烯复合材料。
通过采用上述技术方案，利用十二烷基苯磺酸钠与铁粉反应，使铁粉表面带电荷，然后与氧化石墨烯通过静电吸引作用，使氧化石墨烯吸附在铁粉表面。
第二方面，本申请提供一种模切刀具轴的加工工艺，其采用如下方案：
一种模切刀具轴的加工工艺，其特征在于：其包括如下步骤：
1）混料：将碳化钨、碳化钛、羰基镍粉、铬粉、铝粉、钼粉、碳粉、铁粉、晶粒抑制剂和铁粉-石墨烯复合材料，在无水乙醇球磨介质中进行混合和研磨，再经真空干燥、过筛、制粒，得混合料；
2）预烧结：将混合料经过精密压制，得毛坯，然后将毛坯进行预烧结；
3）粗磨：按照模切刀具轴的各个尺寸将毛坯进行粗加工，然后粗磨并加工模切刀具轴的直径、图形及刃宽留量；
4）热处理加工：将步骤3）得到的处理后的毛坯进行热处理加工；
5）精磨：将热处理加工后的毛坯进行精磨并加工模切刀具轴上的尺寸、图形及刃宽留量，使刀具轴的刀刃宽细一致，即得模切刀具轴。
通过采用上述技术方案，通过混料、压制，可以得到毛坯，然后对毛坯进行预烧结，可以使毛坯的硬度初步提高，然后对其进行粗磨，再进行热处理加工，使其硬度进一步提高，再进行精磨，即可得到模切刀具轴。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、碳化钨和碳化钛作为硬质相，羰基镍粉、铬粉、铝粉、碳粉、铁粉-石墨烯复合材料和钼粉作为粘结相，晶粒抑制剂的加入，可以在硬质相球磨时，不会使其粒度增大，添加石墨烯，可以利用石墨烯优异的导热性能和机械性能，提高刀具轴的各项性能，铁粉与其复合，可以提高石墨烯的分散均匀度，得到硬度、抗弯强度和耐磨性较好的刀具轴，从而延长其使用寿命。
2、本申请的模切刀具轴的抗弯强度均在2580MPa以上，硬度均超过89.4HRA，孔隙度均较优，磨损量均在1.3204以下。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
碳化钨：生产厂家为赣州品信钨钼材料有限公司，粒径为1-2μm；
碳化钛：生产厂家为中诺新材（北京）科技有限公司，货号为Ti52307；
羰基镍粉：生产厂家为吉林卓创新材料有限公司，货号为JCN1-1。
制备例
制备例1
一种铁粉-石墨烯复合材料，其制备步骤如下：
1）在100kg的水中，加入50kg的铁粉和500g的十二烷基苯磺酸钠，搅拌反应1h，得混合液；
2）将0.003kg的氧化石墨烯加入2kg水中，搅拌1h后，超声分散20min，得氧化石墨烯分散液；
3）将氧化石墨烯分散液添加到步骤1）得到的混合液中，搅拌反应0.5h，过滤，得固体，然后用蒸馏水洗涤3次后，真空干燥，得铁粉-石墨烯复合材料。
制备例2
一种铁粉-石墨烯复合材料，与制备例1的不同之处在于，步骤2）中氧化石墨烯的量为0.005kg，其余步骤与制备例1均相同。
制备例3
一种铁粉-石墨烯复合材料，与制备例1的不同之处在于，步骤2）中氧化石墨烯的量为0.007kg，其余步骤与制备例1均相同。
制备例4
一种铁粉-石墨烯复合材料，与制备例1的不同之处在于，步骤2）中氧化石墨烯的量为0.010kg，其余步骤与制备例1均相同。
制备例5-8
制备例5-8的一种晶粒抑制剂，其各原料及各原料用量表1所示，其制备步骤如下：
将碳化钒、碳化铬和碳化铊按照表1中的用量进行称重，然后将其混合并搅拌均匀，即可得到晶粒抑制剂。
表1 制备例5-8的各原料及各原料用量（kg）
制备例5
制备例6
制备例7
制备例8
碳化钒
2
3
4
5
碳化铬
3
2
1
1
碳化铊
0.2
0.3
0.4
0.5
实施例
实施例1-4
实施例1-4的一种模切刀具轴，其各原料及各原料用量如表2所示，其制备步骤如下：
1）混料：将碳化钨、碳化钛、羰基镍粉、铬粉、铝粉、钼粉、碳粉、铁粉、晶粒抑制剂和铁粉-石墨烯复合材料，在无水乙醇球磨介质中进行混合和研磨2h，然后添加石蜡的料浆，再经真空干燥、过筛、制粒，得掺蜡混合料，混合料的颗粒粒径在1-4μm之间；
2）预烧结：将掺蜡混合料经过精密压制，得毛坯，然后在氮气氛围下，温度为900℃下进行预烧结，保温80min，随炉冷却；
3）粗磨：按照模切刀具轴的各个尺寸将预烧结后的毛坯进行粗加工，然后粗磨并加工模切刀具轴的直径、图形及刃宽留量；
4）热处理加工：将步骤3）得到的处理后的毛坯在真空状态下，温度为1300℃下，保温1.5h，随炉冷却，然后回火两次，回火温度均为550℃，保温时间均为2h，均为随炉冷却；
5）精磨：将热处理加工后的毛坯进行精磨并加工模切刀具轴上的尺寸、图形及刃宽留量，使刀具轴的刀刃宽细一致，即得模切刀具轴。
其中，铁粉-石墨烯复合材料均来自制备例1，晶粒抑制剂均来自制备例5。
表2 实施例1-4的各原料及各原料用量（kg）
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
碳化钨
200
215
230
240
碳化钛
0.08
0.6
0.04
0.02
羰基镍粉
3
4
5
6
铬粉
6
5.5
4.5
4
铝粉
2
3
4
5
钼粉
3
2.5
1.5
1
碳粉
7
8
9
10
铁粉-石墨烯复合材料
71
69
67
65
晶粒抑制剂
1
1.5
2.0
2.5
实施例5
一种模切刀具轴，与实施例3的不同之处在于，其添加的铁粉-石墨烯复合材料来自制备例2，其余步骤与实施例3均相同。
实施例6
一种模切刀具轴，与实施例3的不同之处在于，其添加的铁粉-石墨烯复合材料来自制备例3，其余步骤与实施例3均相同。
实施例7
一种模切刀具轴，与实施例3的不同之处在于，其添加的铁粉-石墨烯复合材料来自制备例4，其余步骤与实施例3均相同。
实施例8
一种模切刀具轴，与实施例6的不同之处在于，其添加的晶粒抑制剂来自制备例6，其余步骤与实施例6均相同。
实施例9
一种模切刀具轴，与实施例6的不同之处在于，其添加的晶粒抑制剂来自制备例7，其余步骤与实施例6均相同。
实施例10
一种模切刀具轴，与实施例6的不同之处在于，其添加的晶粒抑制剂来自制备例8，其余步骤与实施例6均相同。
实施例11
一种模切刀具轴，与实施例9的不同之处在于，其添加的晶粒抑制剂的量为1kg，其余步骤与实施例9均相同。
实施例12
一种模切刀具轴，与实施例9的不同之处在于，其添加的晶粒抑制剂的量为1.5kg，其余步骤与实施例9均相同。
实施例13
一种模切刀具轴，与实施例12的不同之处在于，其添加的晶粒抑制剂的量为2.5kg，其余步骤与实施例9均相同。
对比例
对比例1
一种模切刀具轴，与实施例3的不同之处在于，其添加的铁粉-石墨烯复合材料替换为等质量的铁粉，其余步骤与实施例3均相同。
对比例2
一种模切刀具轴，与实施例3的不同之处在于，其添加的铁粉-石墨烯复合材料替换为铁粉和氧化石墨烯，铁粉的添加量与添加的铁粉-石墨烯复合材料中的铁粉含量相同，氧化石墨烯的添加量和添加的铁粉-石墨烯复合材料中的氧化石墨烯的含量相同，其余步骤与实施例3均相同。
对比例3
一种模切刀具轴，与实施例3的不同之处在于，其添加的晶粒抑制剂为0，其余步骤与实施例3均相同。
对比例4
一种模切刀具轴，与实施例3的不同之处在于，其添加的晶粒抑制剂替换为等质量的碳化钒，其余步骤与实施例3均相同。
对比例5
一种模切刀具轴，与实施例3的不同之处在于，其添加的晶粒抑制剂替换为等质量的碳化铬，其余步骤与实施例3均相同。
对比例6
一种模切刀具轴，与实施例3的不同之处在于，其添加的晶粒抑制剂替换为等质量的碳化铊，其余步骤与实施例3均相同。
性能检测试验
检测方法/试验方法
随机抽取实施例1-13和对比例1-6得到的模切刀具轴，按照如下方法对其性能进行检测，其检测见过如表3所示。
抗弯强度：按照GB/T3851-2015中的方法进行检测；
硬度：按照洛氏和维氏法进行测定；
孔隙度：按照GB/T3489-2015中的方法进行检测；
磨损量：按照GB/T34501-2017中的方法进行检测，其中，旋转轮采用钢轮，载荷为130N，转速为1m/s，通过接触面的磨料流速为150g/min，试验时间为20min。其磨损量越低，说明其模切刀具轴的耐磨性越好。
表3 实施例1-13和对比例1-6的模切刀具轴的检测结果
抗弯强度（MPa）
硬度（HRA）
孔隙度
磨损量（g）
实施例1
2580
89.4
A02B00
1.3204
实施例2
2585
89.8
A02B00
1.3113
实施例3
2610
89.9
A02B00
1.3096
实施例4
2590
89.5
A02B00
1.3210
实施例5
2613
90.0
A02B00
1.3088
实施例6
2620
90.2
A02B00
1.3031
实施例7
2609
89.9
A02B00
1.3095
实施例8
2625
90.3
A02B00
1.3007
实施例9
2631
90.6
A02B00
1.2891
实施例10
2610
90.1
A02B00
1.3060
实施例11
2621
90.2
A02B00
1.3029
实施例12
2642
90.9
A02B00
1.2173
实施例13
2640
90.8
A02B00
1.2184
对比例1
2510
88.6
A02B00
1.5217
对比例2
2514
88.7
A02B00
1.5205
对比例3
2368
85.3
A02B00
2.0104
对比例4
2402
88.4
A02B00
1.5302
对比例5
2410
88.5
A02B00
1.5238
对比例6
2398
88.3
A02B00
1.5339
结合实施例1-13、对比例1-6和表3的数据可以看出，本申请的模切刀具轴的抗弯强度均在2580MPa以上，硬度均超过89.4HRA，孔隙度均较优，磨损量均在1.3204以下。
从实施例3和实施例5-7的检测数据可以看出，添加制备例2-3的铁粉-石墨烯复合材料得到的模切刀具轴，各项性能表现均较好。
从实施例6和实施例8-10的检测数据可以看出，添加制备例6-7制备的模切刀具轴的各项性能均表现较优。
从实施例9和实施例11-13的检测数据可以看出，晶粒抑制剂的添加量过多或过少时，其得到的模切刀具轴的性能均有一定程度的下降。
从实施例3和对比例1-2的数据可以看出，添加石墨烯有助于提高刀具轴的各项机械性能，但将氧化石墨烯吸附在铁粉颗粒表面时，其刀具轴的性能较优，说明将氧化石墨烯吸附在铁粉表面加入，可以有利于将石墨烯在刀具轴内分散均匀，从而提高其各项性能。
从实施例3和对比例3-6的检测数据可以看出，添加晶粒抑制剂能够有效阻止刀具轴的原料颗粒变大，从而使刀具轴的各项性能较优，但单独添加碳化钒、碳化铬或碳化铊时，其刀具轴的各项性能较差，说明本申请的晶粒抑制剂的三种原料之间具有协同作用。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。