專利名稱：雙硬度模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及適于切割片材的旋轉(zhuǎn)切割模，尤其涉及具有不同硬度部分的旋轉(zhuǎn)切割模和這種旋轉(zhuǎn)切割模的改進(jìn)的制造方法。
旋轉(zhuǎn)切割模通常通過首先在車床上將棒形鋼坯車至大致的形狀而制造。此過程做出一具有支承表面和軸頸的圓柱形體。然后在體部上用機(jī)加工將切割刀加工至大致形狀，這通常借助于具有多軸線的計算機(jī)數(shù)據(jù)控制(CNC)加工中心而進(jìn)行。接著將整個模具熱處理至硬度超過洛氏C50左右。此熱處理通常產(chǎn)生變形。因此，在熱處理之后，必須在外圓磨床上將支承表面和軸頸磨至其精加工的尺寸，而切割刀則通常必須用手工進(jìn)行刃磨。最后，對整個模具鍍鉻，以便美現(xiàn)，并使模具具有保護(hù)性鍍層。
傳統(tǒng)的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法是有缺點的，因為切割刀必須在模具經(jīng)過熱處理以后進(jìn)行刃磨。旋轉(zhuǎn)切割模要進(jìn)行熱處理，以使模具(包括切割刀)達(dá)到足以提高其耐久性的硬度。更具體一些，要進(jìn)行此硬化工藝，以提高切割刀的正常壽命，并保證刀片有足夠的強(qiáng)度，從而易于切割所選擇的片材。但是，在熱處理以后，旋轉(zhuǎn)切割模很硬，足以在機(jī)加工時產(chǎn)生困難。再有，由于刀片必須在熱處理以后刃磨至其精加工的尺寸，故整個機(jī)加工時間和工序數(shù)多于取消熱處理時所用的時間。
因此，需要一種制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，它比原有的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法更簡單而且更經(jīng)濟(jì)。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)切割模通常與一支承輥聯(lián)合使用，以切割片材。該模包括一基本為圓柱形的體部，它在相對的第一端和第二端之間沿中心軸線延伸。該體部有低于洛氏C50左右的硬度。一切割刀從體部向外伸至刀尖，該刀尖用于切割在模具與支承輥之間穿過的片材。第一和第二圓形支承表面共軸線地位于體部的第一和第二端附近，以用于與支承輥配合，從而保持在切割切割刀尖與支承輥之間有預(yù)定的間隙。第一和第二支承表面有大于洛氏C50左右的硬度。
另一方面，本發(fā)明包括一種制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，它包括下列步驟，即，將該模具的支承表面熱處理至洛氏C硬度大于50左右，同時使模具主體的洛氏C硬度保持低于約50。
另一方面，本發(fā)明包括一制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，它包括這樣的步驟，即在刀尖上進(jìn)行鍍鉻，達(dá)到大于0.0004英寸左右的最大厚度。
本發(fā)明的其它目的和特征一部分是清楚的，一部分將在以后指出。


圖1為與一支承輥聯(lián)合的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)切割模的正視圖；圖2為與支承輥聯(lián)合的旋轉(zhuǎn)切割模的局部分開的透視圖；圖3為沿圖1的3-3線的剖視圖，它示出本發(fā)明的模具上的切割刀和厚的鍍鉻層。
在附圖中的所有視圖中，相應(yīng)的參考數(shù)字表示相應(yīng)的部分。
軸頸15、17分別包括平臺19、21，它們與一緊定螺釘22合作，以將配合齒輪23固定在旋轉(zhuǎn)切割模1上。配合齒輪23有一中心孔27，其尺寸做成用于接納對應(yīng)的軸頸15、17，以便使其靠在體部3的對應(yīng)的端部5、7上。一旦配合齒輪23處于應(yīng)有的位置上，就將緊定螺釘22上緊，靠在對應(yīng)的平臺19、21上，以保持配合齒輪和旋轉(zhuǎn)切割模1處于強(qiáng)制接合，以保證它們能一起旋轉(zhuǎn)而無滑動。可以預(yù)計，可以用其它措施將齒輪保持在軸上(例如螺栓圓周)，而不脫離本發(fā)明的范圍。
軸頸15、17使旋轉(zhuǎn)切割模1能可旋轉(zhuǎn)地安裝在傳統(tǒng)的切割模壓力機(jī)(未示出)上，并將其尺寸與形狀做成可適合地用于該處。傳統(tǒng)的切割模壓力機(jī)的驅(qū)動齒輪(未示出)與配合齒輪23嚙合，以轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)切割模1。一在圖1和2中示出的傳統(tǒng)的支承輥40安裝在傳統(tǒng)的切割模壓力機(jī)上，平行于旋轉(zhuǎn)切割模1，并且包括一支承輥齒輪41，該齒輪與配合齒輪23嚙合，使支承輥與旋轉(zhuǎn)切割模1沿相反的方向同時旋轉(zhuǎn)。另一種方案為，支承輥齒輪41也可以與傳統(tǒng)的切割模壓力機(jī)的驅(qū)動齒輪嚙合，以轉(zhuǎn)動支承輥40，并從而轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)切割模1。
支承表面9、11是圓形的，并具有比體部3大的直徑。支承表面9、11的直徑等于或略大于切割刀13的刀尖的直徑。例如，在一個實施例中，體部3有一約為3英寸的直徑，而支承表面9、11直徑約為3.060英寸，切割刀13有一約為3.054英寸的直徑。支承表面9、11與支承輥40配合并保證在支承輥軸線13與體部3軸線之間有恒定的距離，從而控制支承輥40與切割刀13的刀尖之間的距離。
在工作時，材料如紙張、硬紙板、塑料或薄金屬片的連續(xù)的片或卷在旋轉(zhuǎn)切割模1與支承輥40旋轉(zhuǎn)時在其間穿過，切割刀13從卷上切下材料段。切割刀常常完全從材料上切下料段。不過，在某些作業(yè)中例如在制造標(biāo)簽時，切割刀可以只部分地切穿材料。
旋轉(zhuǎn)切割模1由一塊圓的鋼棒坯如AISI4150中碳鋼棒坯形成，它具有約為洛氏C20.5的硬度。用傳統(tǒng)的機(jī)床如車床加工支承表面9、11、軸頸15、17和體部3的第一和第二端5、7。接著用合適的切削刀具如端銑刀在軸頸15、17上加工出平臺19、21。
在完成旋轉(zhuǎn)切割模1的初步機(jī)加工以后，通過將軸頸15、17和支承表面9、11加熱至一通常約為1000～1400°F的高溫，然后將其淬火，以使其硬化。支承表面9、11和軸頸15、17最好用傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱法進(jìn)行熱處理，其中，將旋轉(zhuǎn)切割模1放在一纏繞的、受到交流電的線圈中。由經(jīng)過線圈的電流產(chǎn)生的變化的磁場在旋轉(zhuǎn)切割模的所選擇的部分(如軸頸9、11和支承表面15、17)中產(chǎn)生電流。該電流通過電阻加熱該模具的表面層。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人都明白，熱處理的速度和深度可通過經(jīng)過線圈的電流的電流量和頻率來控制。此加熱方法非常有效而且加熱速度極快。因此，成本和操作時間較少。此外，可以預(yù)計，此熱處理方法可以自動操縱，以便有較高的精度并提供可高度復(fù)現(xiàn)的結(jié)果。感應(yīng)加熱是有利的，這里因為，它由于體部3的較冷的內(nèi)部的剛性而產(chǎn)生很小的變形，并且它有利于硬化所選擇的表面區(qū)而不影響其它表面區(qū)(例如體部3)。熟悉本技術(shù)的人都知道，也可以采用其它合適的可選擇的熱處理技術(shù)，例如火焰硬化、電子束硬化或采用具有足以產(chǎn)生合適硬度的激光束尺寸、強(qiáng)度和掃描速度的激光束。
在加熱以后，最好通過將軸頸9、11和支承表面15、17浸沒在合適的淬火液中而予以淬火。不過，也可以按要求采取其它淬火方法。此硬化過程使支承表面9、11和軸頸15、17具備大于50左右的洛氏C硬度而不致硬化旋轉(zhuǎn)切割模1的體部3，從而維持體部有一小于50左右的洛氏C硬度。支承表面9、11和軸頸15、17最好熱處理至大于54的洛氏C硬度，更優(yōu)選是在57和59左右之間，而體部3則保持有一小于21左右的洛氏C硬度。
在完成熱處理以后，將支承表面9、11和軸頸15、17(包括平臺19、21)都磨削至其精加工的尺寸。磨削最好在外圓磨床上進(jìn)行，以得到最高的精度。不過，應(yīng)當(dāng)明白，可以采用能產(chǎn)生具有所要求的尺寸和公差的精加工表面的任何合適的磨削工藝。例如，該工藝可包括使用普通車床上的刀架磨頭，在臺式磨床上用手工磨削，或使用裝在可移動的高速電動機(jī)或氣動馬達(dá)上的磨輪。
在熱處理以后，也要用合適的切割工具從旋轉(zhuǎn)切割模1的體部3上將切割刀13機(jī)加工至所要求的形狀。這一過程將切割刀13加工成其精加工的形狀和尺寸。由于切割刀13未經(jīng)熱處理，故它們不會受到變形，因而不需要刃磨。切割刀13最好用端銑刀或截錐形銑刀并用具有多軸線的計算機(jī)數(shù)據(jù)控制(CNC)加工中心進(jìn)行加工。不過，應(yīng)當(dāng)明白，可以采用任何合適的機(jī)床或機(jī)加工工藝，例如升降臺式銑床、轉(zhuǎn)塔式銑床或臺式銑床。可以明白，另一種方案為，切割刀13可以在磨削支承表面9、11和軸頸15、17之間進(jìn)行機(jī)加工。此外，還應(yīng)當(dāng)明白，切割刀13可在支承表面9、11和軸頸15、17的熱處理之前進(jìn)行機(jī)加工而不脫離本發(fā)明的范圍。
最后，將整個旋轉(zhuǎn)切割模1鍍鉻，以提高未硬化的切割刀13的耐磨性。該模具最好用比原有的傳統(tǒng)的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法更長的時間(例如約20分鐘)進(jìn)行鍍鉻。這樣，就提供了具有大于約0.0004英寸(更優(yōu)選是大于約0.0007英寸)的最大厚度的鍍鉻層。如圖3所示，鍍鉻的最大厚度在切割刀13的刀尖處。此厚度最好約為0.001英寸，以使刀片具有足夠的硬度。不過鍍層也可以有其它的硬度而不脫離本發(fā)明的范圍，在一個實施例中，在KHN100微硬度計上測量，鍍層硬度在1000左右至1150左右之間。此外，雖然在一個實施例中采用了鍍鉻，但是其它表面硬化技術(shù)如TIN、TICN、TIALN都可以使用，而不脫離本發(fā)明的范圍。
與傳統(tǒng)的具有約0.050英寸高度的刀片相比，本發(fā)明的模具1在鍍后的刀片高度H為0.020英寸左右至0.040英寸左右，最好約為0.030英寸左右。熟悉本技術(shù)的人都會明白，由于與較矮的刀片有關(guān)的加強(qiáng)的電磁性能，較矮的刀片提供了分布較均勻的鍍層和較鋒利的精加工的刀片刀尖。
從上面所說內(nèi)容顯然可見，上面所描述的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法有許多優(yōu)點。首先，通過只熱處理支承表面9、11和軸頸15、17，本發(fā)明方法可生產(chǎn)一旋轉(zhuǎn)切割模，該模具具有其洛氏C硬度大于50左右的支承表面和軸頸，和其洛氏C硬度小于50左右的體部。由于體部3未曾硬化，故切割刀13可按要求在熱處理支承表面9、11和軸頸15、17以后從體部3上加工。此外，由于體部3和切割刀13未經(jīng)熱處理，故它們在初步機(jī)加工后不會變形。這樣，切割刀13可以在一個工序中加工，不需要用額外的刃磨使其達(dá)到精加工尺寸。這樣就減少了制造旋轉(zhuǎn)切割模1所需要的費(fèi)用和時間。還有，通過在旋轉(zhuǎn)切割模1的表面上提供厚的鍍鉻層，本發(fā)明方法賦予切割刀13以足夠的硬度，從而盡管熱處理，它們也不會顯示較大的磨損。由此，相對于原有的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，此較厚的鍍鉻賦予切割刀以較長的使用壽命(例如，與約200萬切割旋轉(zhuǎn)數(shù)目相比，其約為500萬切割旋轉(zhuǎn)數(shù))。最后，由于只有支承表面9、11和軸頸15、17經(jīng)過熱處理，故旋轉(zhuǎn)切割模可以用在初步機(jī)加工前未經(jīng)熱處理的鋼制造，因而比較便宜而且容易機(jī)加工。
鑒于如上所述，可以看到，本發(fā)明的幾個目的已經(jīng)達(dá)到，并得到其它有利的結(jié)果。
雖然本發(fā)明的方法如同此處所描述的那樣用于旋轉(zhuǎn)切割模的制造，但是本方法不限于這種旋轉(zhuǎn)切割模，而是可以用于任何具有大體為圓柱形的、在其上有至少一個支承表面的體部的旋轉(zhuǎn)切割模。
當(dāng)介紹本發(fā)明的各個元件或其優(yōu)選的實施例時，“一”、“該”、“上述”等冠詞意圖指有一個或更多的元件?！鞍ā?、“包含”和“具有”等詞意圖指包括在內(nèi)的，并且是指可能有所列出的元件以外的附加元件。
由于可以在上述結(jié)構(gòu)中作出各種改變而不脫離本發(fā)明的范圍，故包含在上述描述中和表示在附圖中的所有事物都可以被解釋為是說明性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)切割模，它與一支承輥聯(lián)合使用，以切割片材，上述模具包括一基本為圓柱形的體部，它在相對的第一端和第二端之間沿中心軸線延伸，所述體部有低于洛氏C50左右的硬度；一切割刀，它從體部向外伸至刀尖，該刀尖用于切割在模具與支承輥之間穿過的片材；第一和第二圓形支承表面，上述第一和第二支承表面中每一個都共軸線地位于體部的第一和第二端之一的附近，以用于與支承輥配合，從而保持在切割刀尖與支承輥之間有預(yù)定的間距，上述第一和第二支承表面有大于洛氏C50左右的硬度。
2.如權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)切割模，它進(jìn)一步包括相對的第一和第二圓柱形軸頸，上述第一和第二軸頸中每一個都與上述體部共軸線并沿軸向從上述第一和第二端中的一個延伸，以可旋轉(zhuǎn)地在支承輥附近安裝該模具，上述第一和第二軸頸有大于洛氏C50左右的硬度。
3.如權(quán)利要求2的模具，其特征為，上述第一和第二支承表面與上述第一和第二軸頸有大于洛氏C54左右的硬度。
4.如權(quán)利要求1的模具，其特征為，上述第一和第二支承表面有大于洛氏C54左右的硬度。
5.如權(quán)利要求4的模具，其特征為，上述第一和第二支承表面有在洛氏C57左右至59左右之間的硬度。
6.如權(quán)利要求1的模具，其特征為，所述體部有小于洛氏C21左右的硬度。
7.如權(quán)利要求1的模具，其特征為，切割刀包括一表面硬化層。
8.如權(quán)利要求7的模具，其特征為，所述表面硬化層為鍍鉻層，它具有大于0.0004英寸左右的最大厚度。
9.一種制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，該模具與一支承輥聯(lián)合使用，以切割片材，上述模具有基本為圓柱形的體部、一從體部向外伸至刀尖的切割刀以及第一和第二支承表面，該刀尖用于切割在模具與支承輥之間穿過的片材，上述表面中的每一個安裝在上述體部的一端的附近，以用于與支承輥配合，以在切割刀尖與支承輥之間保持預(yù)定的間距，上述方法包括這樣的步驟，即，將上述支承表面熱處理至大于洛氏C50左右的硬度，同時保持上述體部有小于洛氏C50左右的硬度。
10.如權(quán)利要求9的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，其特征為，上述旋轉(zhuǎn)切割模還包括相對的第一和第二軸頸，上述軸頸中每一個的位置與上述支承表面中的一個相鄰，以用于可旋轉(zhuǎn)地在支承輥附近安裝該模具，上述方法進(jìn)一步包括這樣的步驟，即，將上述軸頸熱處理至大于洛氏C50左右的硬度，同時保持上述體部有小于洛氏C50左右的硬度。
11.如權(quán)利要求10的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，它進(jìn)一步包括這樣的步驟，即，熱處理上述支承表面和上述軸頸，使之有大于洛氏C54左右的硬度。
12.如權(quán)利要求11的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，它進(jìn)一步包括這樣的步驟，即，熱處理上述支承表面和上述軸頸，使之有在洛氏C57左右與59左右之間的硬度。
13.如權(quán)利要求9的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，它進(jìn)一步包括這樣的步驟，即，熱處理上述支承表面，使之有大于洛氏C54左右的硬度。
14.如權(quán)利要求13的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，它進(jìn)一步包括這樣的步驟，即，熱處理上述支承表面，使之有在洛氏C57左右和59之間的硬度。
15.如權(quán)利要求9的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，其特征為，體部有小于洛氏C21左右的硬度。
16.如權(quán)利要求9的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，它進(jìn)一步包括這樣的步驟，即，將經(jīng)過熱處理的支承表面加工至其最終的尺寸。
17.如權(quán)利要求16的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，它進(jìn)一步包括這樣的步驟，即，加工體部，以形成切割刀。
18.如權(quán)利要求17的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，它進(jìn)一步包括這樣的步驟，即，使切割刀表面硬化。
19.如權(quán)利要求18的制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，其特征為，將體部用鍍鉻層進(jìn)行表面硬化，所施加的該鍍鉻層的最大厚度大于0.0004英寸左右。
20.一種制造旋轉(zhuǎn)切割模的方法，該模具與一支承輥聯(lián)合使用，以切割片材，上述模具有一基本為圓柱形的體部、一從體部向外伸至刀尖的切割刀以及第一和第二支承表面，該刀尖用于切割在模具與支承輥之間穿過的片材，每個上述表面安裝在上述體部的一端的附近，以用于與支承輥配合，以在切割刀尖與支承輥之間保持預(yù)定的間距，上述方法包括這樣的步驟，即，保持體部有小于洛氏C50左右的硬度，并將刀尖進(jìn)行表面硬化而使其最大厚度大于0.0004英寸左右。
全文摘要
本發(fā)明的與一支承輥聯(lián)合使用而用以切割片材的旋轉(zhuǎn)切割模一般有一基本為圓柱形的體部,該體部沿一中心軸線在相對的第一和第二端之間延伸,體部有小于洛氏C50左右的硬度。一切割刀從體部向外伸出至刀尖,該刀尖用于切割在模具與支承輥之間穿過的片材。第一和第二圓形支承表面共軸線地位于體部的第一和第二端之一的附近,以用于與支承輥配合,從而在切割刀尖與支承輥之間保持一預(yù)定的間距。第一和第二支承表面有大于洛氏C50左右的硬度。
文檔編號C21D9/22GK1351925SQ01137278
公開日2002年6月5日 申請日期2001年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月3日
發(fā)明者帕維爾·卡雷茲 申請人:威爾遜制造公司