程 格，栗子林

（1.陽江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 陽江 529500；2.陽江市五金刀剪產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，廣東 陽江 529500）

1 我國(guó)五金刀剪的加工現(xiàn)狀

五金刀剪是與人類生活息息相關(guān)的工具。目前，五金刀剪的加工制作主要依靠傳統(tǒng)的制造方法，比如刀剪刀坯下料主要依靠開模沖壓與線切割，刀柄與刀體的連接采用電弧焊接方法或者手工TIG焊接，刀剪性能主要通過材料熱處理進(jìn)行提高等。隨著人們生活水平的日益提高，傳統(tǒng)方法制造出的刀剪性能已無法滿足人們對(duì)高端刀剪使用性能的追求。

近些年來，激光加工技術(shù)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)的一些五金刀剪制造企業(yè)將激光加工技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)過程中，明顯提高了刀剪的使用性能，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，提升了企業(yè)自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 先進(jìn)激光加工技術(shù)的特點(diǎn)

激光技術(shù)是20世紀(jì)60年代興起的一門新興技術(shù)，主要是利用光的能量過透鏡聚焦，在焦點(diǎn)處達(dá)到很高的能量密度，靠光熱效應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行加工處理[1]。目前，激光加工技術(shù)包括激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光淬火、激光表面合金化、激光表面非晶化、激光打標(biāo)以及激光微加工等諸多技術(shù)，并在實(shí)際生產(chǎn)中獲得了廣泛應(yīng)用[2]。

激光加工技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①局部區(qū)域加工。激光束作用區(qū)域范圍小，可以實(shí)現(xiàn)局部加工，同時(shí)對(duì)非激光照射部位影響極小，工件變形小。②非接觸加工。由于激光加工屬非接觸加工，加工過程中無刀具磨損，無外力作用于工件，同時(shí)由于激光束能量密度高、移動(dòng)速度快，可以實(shí)現(xiàn)多種加工的目的。③加工靈活，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。激光束易于導(dǎo)向、聚焦實(shí)現(xiàn)各方向變換，通過與機(jī)器人等數(shù)控設(shè)備配合，加工方法靈活，自動(dòng)化程度高。④加工材料范圍廣。激光加工不僅可以應(yīng)用于金屬材料，還可以對(duì)非金屬材料進(jìn)行加工，特別是對(duì)高硬度、高脆性材料，更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。⑤加工效率高。由于激光束能量密度高，加工速度快，因此生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可靠，經(jīng)濟(jì)效益好。

3 激光加工技術(shù)的主要應(yīng)用

3.1 激光切割技術(shù)在五金刀剪行業(yè)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的刀剪切割下料主要依靠開模沖壓與線切割，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，后續(xù)處理工序多，甚至復(fù)雜形狀的刀剪產(chǎn)品及特種材料難以開模下料。將激光切割技術(shù)應(yīng)用于五金刀剪行業(yè)，可以直接按照設(shè)計(jì)好的刀剪圖形進(jìn)行切割下料，快速加工出新產(chǎn)品，效率高，并且可以解決上述傳統(tǒng)加工存在的各種問題。在刀剪新產(chǎn)品開發(fā)及加工特殊形狀刀剪時(shí)，激光加工效率高、不受形狀限制的優(yōu)勢(shì)更能顯示出來。圖1為激光切割刀剪新產(chǎn)品，新產(chǎn)品的銳利尖角和特殊形狀是傳統(tǒng)開模沖壓加工方法無法實(shí)現(xiàn)的。

圖1 激光切割刀剪新產(chǎn)品

3.2 激光焊接技術(shù)在五金刀剪行業(yè)的應(yīng)用

在五金刀剪行業(yè)，焊接應(yīng)用場(chǎng)合主要有刀柄與刀體的焊接和將高端材料焊接到刀刃部位。通常采用TiG焊接方法，焊接熱輸入較大，造成焊縫的熱影響區(qū)晶粒粗大，力學(xué)性能較差，導(dǎo)致刀具在剁或拍的使用過程中很容易從焊接部分?jǐn)嗔?，影響刀具的使用壽命。激光焊接技術(shù)因其特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，如激光功率密度很高、焊接速度快、熱輸入小、焊縫熱影響區(qū)小、晶粒細(xì)小等，可以很好地解決上述刀具斷裂、焊縫區(qū)組織性能差等問題。激光焊接一般搭載在機(jī)床或機(jī)械手臂上進(jìn)行移動(dòng)工作，自動(dòng)化程度比較高，將激光焊接應(yīng)用到五金刀剪行業(yè)，可以大大提升刀具焊接效率，提高焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，同時(shí)降低勞動(dòng)力成本。目前，一些大型刀具企業(yè)已經(jīng)將激光焊接技術(shù)引入刀具焊接過程中，焊接效率大大提高，焊接缺陷問題得到很好的改善，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 激光熔覆技術(shù)在五金刀剪行業(yè)的應(yīng)用

“好鋼用在刀刃上”，刀具的性能決定于刀刃。激光熔覆技術(shù)是采用激光作為熱源，將粉末材料熔覆到材料表面，從而能提高材料的表面性能。因此，利用激光熔覆技術(shù)，將性能優(yōu)異的粉末熔覆到刀刃表面，再通過打磨、拋光、開刃處理，從而顯著提高刀刃的綜合使用性能，其中，熔覆材料是影響激光熔覆刀刃綜合性能最基本的因素。目前，已開發(fā)出來的適合刀刃的金屬粉末材料種類很多，包括Ni基、Co基、Fe基以及Ti基等[3]。由于廚房刀具種類很多，包括菜刀、斬骨刀、片刀、水果刀、面包刀等，不同的刀具使用性能要求不一樣，可以根據(jù)不同刀具的使用用途，相應(yīng)地選擇合適的粉末或粉末配方進(jìn)行刀刃激光熔覆強(qiáng)化，從而使刀具獲得最佳的綜合性能。法國(guó)著名的TB集團(tuán)已經(jīng)采用激光熔覆技術(shù)成功地生產(chǎn)出了激光熔覆刀，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。圖2是陽江某研究機(jī)構(gòu)成功開發(fā)的激光熔覆刀樣品，所用粉末配方是自主開發(fā)。經(jīng)測(cè)試，刀具的鋒利度是傳統(tǒng)刀具的3倍以上，鋒利持久性是傳統(tǒng)刀具的4倍以上，市場(chǎng)前景廣闊。

圖2 激光熔覆刀圖

3.4 激光淬火技術(shù)在五金刀剪行業(yè)的應(yīng)用

五金刀剪的刀刃一般是在高速旋轉(zhuǎn)的砂帶機(jī)或圓盤砂輪機(jī)上進(jìn)行磨削開刃處理，由于旋轉(zhuǎn)速度快，熱量積累快，刀刃部位溫度升高后極易發(fā)生退火，直接影響刀刃的使用性能。而激光淬火技術(shù)通過把激光束匯聚，可以將淬火寬度控制得很小，這種局部強(qiáng)化處理的技術(shù)優(yōu)勢(shì)可以在刀刃淬火上得到充分體現(xiàn)。由于刀刃部位寬度比較小（＜2 mm），且刀刃部位退火嚴(yán)重，利用激光淬火技術(shù)對(duì)刀刃局部進(jìn)行強(qiáng)化處理，進(jìn)而延長(zhǎng)刀具的使用壽命。姜卓[4]利用半導(dǎo)體激光器對(duì)30Cr13馬氏體不銹鋼制作的手術(shù)刀刃的刀刃進(jìn)行淬火處理，結(jié)果表明刀刃硬化層總深度達(dá)到0.62 mm（其中，頂端微熔區(qū)部分0.17 mm，有效硬化層深度0.45 mm），并且硬化層的硬度達(dá)到648HV0.1，比基體的硬度高出近100HV0.1，刀刃部位的硬度和耐磨性明顯提高，效果良好。

3.5 激光表面合金化技術(shù)的應(yīng)用

激光表面合金化技術(shù)是利用高能量密度的激光束加熱材料表面，使材料表層和添加的合金元素熔化混合，形成新的高性能的表面合金層。姚建華[5]等采用大功率高速寬帶掃描的方法在不銹鋼刀刃表面進(jìn)行激光合金化，結(jié)果表明，不銹鋼廚刀刃口的合金化層深度達(dá)到0.01～0.08 mm，顯微硬度為HV900～1 200，較強(qiáng)化前的硬度提高78.5%，耐磨性提高了2.5倍，同時(shí)，激光合金化層的硬度呈連續(xù)梯度過渡，通過激光合金化得到的回火區(qū)可以保持刃口韌性，大大提高了刀具的性能。

4 總結(jié)與展望

激光加工技術(shù)涉及材料科學(xué)、機(jī)械加工、自動(dòng)化技術(shù)等，是一門綜合性很強(qiáng)的先進(jìn)制造加工技術(shù)，一些相對(duì)成熟的激光加工技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了刀具行業(yè)，并顯示出其巨大的技術(shù)優(yōu)越性。隨著相關(guān)科研人員和工程技術(shù)人員的不斷努力，一些技術(shù)門檻更高的激光加工技術(shù)，比如激光表面納米化、激光表面非晶化、激光表面沖擊強(qiáng)化、激光微納造型等技術(shù)，也將逐漸應(yīng)用到刀剪行業(yè)，并將對(duì)刀剪行業(yè)產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)：

［1］姚蔡翔.激光加工原理、應(yīng)用現(xiàn)狀與展望［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2013（15）：12-14.

［2］瞿偉成，楊博程，劉延輝，等.激光表面加工技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀［J］.熱加工工藝，2017（20）：38-41.

［3］董冬梅，陳菊芳，雷衛(wèi)寧，等.激光熔覆的研究現(xiàn)狀［J］.熱加工工藝，2017（16）：9-13.

［4］姜卓.醫(yī)用不銹鋼器材激光淬火技術(shù)研究［J］.熱處理，2015，30（6）：37-40.

［5］姚建華，熊纓，陳智君，等.不銹鋼刀具刃口激光表面強(qiáng)化組織性能研究［J］.新技術(shù)新工藝，2002（3）：43-44.