一种降低不锈钢筛板冲孔加工时毛刺生成率的工艺方法

技术领域

本发明属于不锈钢筛板加工技术领域，具体涉及一种降低不锈钢筛板冲孔加工时毛刺生成率的工艺方法。

背景技术

不锈钢筛板具有良好的耐腐蚀性，它具有很高的刚度和承载能力，可以做成各种形状的刚性的筛分过滤装置，广泛应用于各行业中的筛分、过滤、脱水、脱泥等作用。目前，煤炭、冶金、石矿、化工、食品等行业的分级筛选、过滤作业都会应用到不锈钢筛板，在筛分、过滤物料时，为了提高颗粒物料的筛选精度，不锈钢筛板的孔径需求不同，为了获得不同孔径筛孔的不锈钢筛板，需要对不锈钢筛板进行冲孔加工，从而获得不同孔径的筛孔。

冲孔加工能够在一次冲压行程中获得满足需求的优质工件，具有精度高、效率高等优点。但是，不锈钢筛板在冲孔加工过程中，孔壁断面易出现粗糙、有害的断裂区，使得孔壁周围出现大量毛刺，因此在后期需要对筛孔外缘和内孔进行整修，不仅提高了加工成本，而且也降低了生产效率。因此，如何对不锈钢筛板的毛坯件进行加工处理，减少冲孔加工过程中毛刺的生成，对提高不锈钢筛板的生产效率以及提升其品质，具有重要的作用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的，不锈钢筛板冲孔加工过程中，筛孔周围易出现大量毛刺的技术缺陷，提供了一种降低不锈钢筛板冲孔加工时毛刺生成率的工艺方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种降低不锈钢筛板冲孔加工时毛刺生成率的工艺方法，具体工艺方法如下：

1）量取适量的N,N-二甲基甲酰胺装入容器中，并称取适量的二氧化硅纳米粉末装入容器中，经300-400W超声处理40-50min，得到浓度为20-30mg/mL的二氧化硅分散液，再按照二氧化硅纳米粉末的用量为聚丙烯腈质量的15-18%，将称取的聚丙烯腈加入到分散液中，在55-60℃下以200-260r/min搅拌至充分溶解，得到纺丝液，将纺丝液经气流纺丝得到杂化纳米纤维，烘干破碎后得到长度为80-120μm的杂化纳米纤维；本发明中，以二氧化硅和聚丙烯腈作为原料，通过气流纺丝法制得杂化纳米纤维，添加的二氧化硅纳米粉末可以减少聚丙烯腈在后续预氧化处理过程中的粘连现象，提高纤维强度，使其在碳化过程中提高耐受能力，从而有助于提高纤维结构的稳定性，使得预氧化处理后的杂化纳米纤维保持良好的连续性；

2）将烘干备用的杂化纳米纤维放在氧化铝瓷舟中，放入高温管式炉中，以280-300℃/h的升温速率由室温升温至250-280℃并在该温度下预氧化处理2-3h，然后通入高纯氮气排气30-40min，以300-320℃/h的升温速率升温至700-750℃，保温处理2-3h，再420-450℃/h的升温速率升温至1300-1400℃，保温处理3-5h，随炉冷却至室温，得到氮化硅复合纤维；本发明中，通过将杂化纳米纤维经预氧化处理，聚丙烯腈分子链间发生环化、交联、脱氢、氧化等一系列复杂的反应，使其转化为更加稳定的吡啶环梯形结构，使纤维能够承受更高的碳化温度以及提高碳化收率；通过在氮气气氛下进行碳化处理，杂化纳米纤维中的聚丙烯腈基体碳化后转化成聚丙烯腈基碳纳米纤维，在高温条件下碳原子收缩密排，杂化纤维中掺杂的二氧化硅纳米颗粒在高温作用下发生熔融，并在碳纤维收缩过程中汇聚逐渐溢出纤维表面，与高温活化后的氮原子反应形成氮化硅晶核，从而形成了以氮化硅/二氧化硅为壳层结构，碳纳米纤维为支撑体的的氮化硅复合纤维，形成的氮化硅/二氧化硅壳层结构有助于增强界面结合能力，改善氮化硅复合纤维基体与后续的氮化硼纳米片之间的结合强度；

3）按照无定形硼粉与氮化硅复合纤维的质量比3-5:5-7，将称取的无定形硼粉与氮化硅复合纤维混合，以氮化硅复合纤维质量的2-3%以及5-6%，依次加入氧化铝粉体以及氧化钇粉体，混匀以后得到混合物，以无水乙醇为分散介质，将混合物置于行星球磨机中，以350-380r/min球磨4-5h，将球磨后的混合物烘干，加入混合物质量2-4%的九水硝酸铁，在无水乙醇中以200-250W超声分散30-40min，烘干研磨，得到混合粉体，备用；

4）将混合粉体放入氧化铝瓷舟中，置于密封管式炉中，抽真空后在流量为50-55mL/min的流动氮气中以10-13℃/min的升温速率升温至700-730℃，通入流量为200-230mL/min的氢气和氮气混合气体，并控制氢气占混合气体体积的15-20%，保温1-1.5h，待保温结束后，停止通入混合气体，通入流量为50-55mL/min的氨气，并以6-8℃/min的升温速率升温至1300-1350℃，保温5-6h，待反应结束后，在氮气气氛保护下冷却至室温，得到改性氮化硅复合纤维；本发明中，以无定形硼粉和氮化硅复合纤维为原料，添加少量的烧结助剂氧化铝和氧化钇，并且加入适量的九水硝酸铁，添加的九水硝酸铁在高温下分解为氧化铁并被氢气还原为单质铁，形成的单质铁作为催化剂，使得无定形硼粉与氨气反应，在氮化硅复合纤维表面合成二维氮化硼纳米片，形成的氮化硼纳米片均匀分散在氮化硅复合纤维表面，并形成牢固结合，从而形成表面具有纳米片包覆层的氮化硅复合纤维，表面包覆的纳米片可以嵌插入不锈钢基体中，使得改性氮化硅复合纤维可以与不锈钢基体具有良好的界面结合能力；

5）选用1Cr18Ni9Ti钢，使用中频感应炉在1780-1800℃下熔炼后得到不锈钢钢液，按照不锈钢钢液质量的4-6%称取改性氮化硅复合纤维，并在马弗炉中预热至800-900℃，转移至模具中，将不锈钢钢液降温至1500-1520℃后浇注入模具中，铸造成不锈钢复合材料，铸造压力为100-120MPa，并且保压10-15s，然后对不锈钢复合材料进行冲孔加工处理，即可得到所需的不锈钢筛板；基于不锈钢基体在进行冲孔加工过程中，应力作用下会产生微裂纹，在不锈钢基体中扩展与增殖，微裂纹到达纤维与基体的界面结合处时，微裂纹在传递过程中，纤维会出现断裂现象并会被拉出留下孔洞的现象，本发明中通过将改性氮化硅复合纤维引入到不锈钢筛板中，在冲孔加工过程中，复合纤维在断裂甚至拔出的过程中能够增加不锈钢筛板基体变形需要的能量，并且由于该复合纤维与不锈钢筛板基体具有良好的界面结合能力，能够延缓复合纤维被拔出，从而可以增强不锈钢筛板的塑性，使得不锈钢筛板在冲孔加工过程中，筛孔周围不易出现过长的撕裂带，从而有助于减少毛刺的生成。

进一步，所述气流纺丝的工艺参数如下：推进速度为10-13mL/h，气流温度为50-53℃，进气口气流量为680-720m

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明中，通过将制备的改性氮化硅复合纤维引入到不锈钢板材中，在冲孔加工过程中，复合纤维在断裂甚至拔出的过程中能够增加不锈钢筛板基体变形需要的能量，并且该改性氮化硅复合纤维表面包覆的氮化硼纳米片可以嵌插入不锈钢基体中，使得改性氮化硅复合纤维可以与不锈钢基体具有良好的界面结合能力，能够延缓复合纤维被拔出，从而可以增强不锈钢筛板的塑性，使得不锈钢筛板在冲孔加工过程中，筛孔周围不易出现过长的撕裂带，从而有助于减少毛刺的生成，从而可以实现不锈钢筛板的筛孔处光滑度的提升，省去了后期筛孔外缘和内孔处的整修，不仅降低了加工成本，并且也提升了生产效率。

具体实施方式

下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种降低不锈钢筛板冲孔加工时毛刺生成率的工艺方法，具体工艺方法如下：

1）量取适量的N,N-二甲基甲酰胺装入容器中，并称取适量的二氧化硅纳米粉末装入容器中，经300W超声处理40min，得到浓度为20mg/mL的二氧化硅分散液，再按照二氧化硅纳米粉末的用量为聚丙烯腈质量的15%，将称取的聚丙烯腈加入到分散液中，在55℃下以200r/min搅拌至充分溶解，得到纺丝液，将纺丝液经气流纺丝得到杂化纳米纤维，烘干破碎后得到长度为80μm的杂化纳米纤维；

2）将烘干备用的杂化纳米纤维放在氧化铝瓷舟中，放入高温管式炉中，以280℃/h的升温速率由室温升温至250℃并在该温度下预氧化处理2h，然后通入高纯氮气排气30min，以300℃/h的升温速率升温至700℃，保温处理2h，再420℃/h的升温速率升温至1300℃，保温处理3h，随炉冷却至室温，得到氮化硅复合纤维；

3）按照无定形硼粉与氮化硅复合纤维的质量比3:7，将称取的无定形硼粉与氮化硅复合纤维混合，以氮化硅复合纤维质量的2%以及5%，依次加入氧化铝粉体以及氧化钇粉体，混匀以后得到混合物，以无水乙醇为分散介质，将混合物置于行星球磨机中，以350r/min球磨4h，将球磨后的混合物烘干，加入混合物质量2%的九水硝酸铁，在无水乙醇中以200W超声分散30min，烘干研磨，得到混合粉体，备用；

4）将混合粉体放入氧化铝瓷舟中，置于密封管式炉中，抽真空后在流量为50mL/min的流动氮气中以10℃/min的升温速率升温至700℃，通入流量为200mL/min的氢气和氮气混合气体，并控制氢气占混合气体体积的15%，保温1h，待保温结束后，停止通入混合气体，通入流量为50mL/min的氨气，并以6℃/min的升温速率升温至1300℃，保温5h，待反应结束后，在氮气气氛保护下冷却至室温，得到改性氮化硅复合纤维；

5）选用1Cr18Ni9Ti钢，使用中频感应炉在1780℃下熔炼后得到不锈钢钢液，按照不锈钢钢液质量的4%称取改性氮化硅复合纤维，并在马弗炉中预热至800℃，转移至模具中，将不锈钢钢液降温至1500℃后浇注入模具中，铸造成不锈钢复合材料，铸造压力为100MPa，并且保压10s，然后对不锈钢复合材料进行冲孔加工处理，即可得到所需的不锈钢筛板。

进一步，所述气流纺丝的工艺参数如下：推进速度为10mL/h，气流温度为50℃，进气口气流量为680m

实施例2

一种降低不锈钢筛板冲孔加工时毛刺生成率的工艺方法，具体工艺方法如下：

1）量取适量的N,N-二甲基甲酰胺装入容器中，并称取适量的二氧化硅纳米粉末装入容器中，经350W超声处理45min，得到浓度为25mg/mL的二氧化硅分散液，再按照二氧化硅纳米粉末的用量为聚丙烯腈质量的17%，将称取的聚丙烯腈加入到分散液中，在58℃下以250r/min搅拌至充分溶解，得到纺丝液，将纺丝液经气流纺丝得到杂化纳米纤维，烘干破碎后得到长度为100μm的杂化纳米纤维；

2）将烘干备用的杂化纳米纤维放在氧化铝瓷舟中，放入高温管式炉中，以290℃/h的升温速率由室温升温至260℃并在该温度下预氧化处理2.5h，然后通入高纯氮气排气35min，以310℃/h的升温速率升温至730℃，保温处理2.5h，再430℃/h的升温速率升温至1350℃，保温处理4h，随炉冷却至室温，得到氮化硅复合纤维；

3）按照无定形硼粉与氮化硅复合纤维的质量比4:6，将称取的无定形硼粉与氮化硅复合纤维混合，以氮化硅复合纤维质量的2.5%以及5.5%，依次加入氧化铝粉体以及氧化钇粉体，混匀以后得到混合物，以无水乙醇为分散介质，将混合物置于行星球磨机中，以360r/min球磨4.5h，将球磨后的混合物烘干，加入混合物质量3%的九水硝酸铁，在无水乙醇中以250W超声分散35min，烘干研磨，得到混合粉体，备用；

4）将混合粉体放入氧化铝瓷舟中，置于密封管式炉中，抽真空后在流量为52mL/min的流动氮气中以12℃/min的升温速率升温至720℃，通入流量为210mL/min的氢气和氮气混合气体，并控制氢气占混合气体体积的18%，保温1.2h，待保温结束后，停止通入混合气体，通入流量为52mL/min的氨气，并以7℃/min的升温速率升温至1320℃，保温5.5h，待反应结束后，在氮气气氛保护下冷却至室温，得到改性氮化硅复合纤维；

5）选用1Cr18Ni9Ti钢，使用中频感应炉在1800℃下熔炼后得到不锈钢钢液，按照不锈钢钢液质量的5%称取改性氮化硅复合纤维，并在马弗炉中预热至850℃，转移至模具中，将不锈钢钢液降温至1510℃后浇注入模具中，铸造成不锈钢复合材料，铸造压力为110MPa，并且保压12s，然后对不锈钢复合材料进行冲孔加工处理，即可得到所需的不锈钢筛板。

进一步，所述气流纺丝的工艺参数如下：推进速度为12mL/h，气流温度为52℃，进气口气流量为700m

实施例3

一种降低不锈钢筛板冲孔加工时毛刺生成率的工艺方法，具体工艺方法如下：

1）量取适量的N,N-二甲基甲酰胺装入容器中，并称取适量的二氧化硅纳米粉末装入容器中，经400W超声处理50min，得到浓度为30mg/mL的二氧化硅分散液，再按照二氧化硅纳米粉末的用量为聚丙烯腈质量的18%，将称取的聚丙烯腈加入到分散液中，在60℃下以260r/min搅拌至充分溶解，得到纺丝液，将纺丝液经气流纺丝得到杂化纳米纤维，烘干破碎后得到长度为120μm的杂化纳米纤维；

2）将烘干备用的杂化纳米纤维放在氧化铝瓷舟中，放入高温管式炉中，以300℃/h的升温速率由室温升温至280℃并在该温度下预氧化处理3h，然后通入高纯氮气排气40min，以320℃/h的升温速率升温至750℃，保温处理3h，再450℃/h的升温速率升温至1400℃，保温处理5h，随炉冷却至室温，得到氮化硅复合纤维；

3）按照无定形硼粉与氮化硅复合纤维的质量比5:5，将称取的无定形硼粉与氮化硅复合纤维混合，以氮化硅复合纤维质量的3%以及6%，依次加入氧化铝粉体以及氧化钇粉体，混匀以后得到混合物，以无水乙醇为分散介质，将混合物置于行星球磨机中，以380r/min球磨5h，将球磨后的混合物烘干，加入混合物质量4%的九水硝酸铁，在无水乙醇中以250W超声分散40min，烘干研磨，得到混合粉体，备用；

4）将混合粉体放入氧化铝瓷舟中，置于密封管式炉中，抽真空后在流量为55mL/min的流动氮气中以13℃/min的升温速率升温至730℃，通入流量为230mL/min的氢气和氮气混合气体，并控制氢气占混合气体体积的20%，保温1.5h，待保温结束后，停止通入混合气体，通入流量为55mL/min的氨气，并以8℃/min的升温速率升温至1350℃，保温6h，待反应结束后，在氮气气氛保护下冷却至室温，得到改性氮化硅复合纤维；

5）选用1Cr18Ni9Ti钢，使用中频感应炉在1800℃下熔炼后得到不锈钢钢液，按照不锈钢钢液质量的6%称取改性氮化硅复合纤维，并在马弗炉中预热至900℃，转移至模具中，将不锈钢钢液降温至1520℃后浇注入模具中，铸造成不锈钢复合材料，铸造压力为120MPa，并且保压15s，然后对不锈钢复合材料进行冲孔加工处理，即可得到所需的不锈钢筛板。

进一步，所述气流纺丝的工艺参数如下：推进速度为13mL/h，气流温度为53℃，进气口气流量为720m

对比例1：去除工艺步骤1）中的二氧化硅纳米粉末，其余与实施例1相同。

对比例2：去除工艺步骤2）中的预氧化处理，其余与实施例1相同。

对比例3：去除工艺步骤2）中的高纯氮气，替换成高纯氩气，其余与实施例1相同。

对比例4：去除工艺步骤3）以及4），其余与实施例1相同。

对照组：选用1Cr18Ni9Ti钢，使用中频感应炉在1780℃下熔炼后得到不锈钢钢液，将不锈钢钢液降温至1500℃后浇注入模具中，铸造成不锈钢材料，铸造压力为100MPa，并且保压10s，然后对不锈钢材料进行冲孔加工处理，即可得到所需的不锈钢筛板。

测试实验

采用实施例1-3、对比例1-4以及对照组提供的工艺方法，首先加工制得厚度为2mm，规格为1000mm×600mm的不锈钢板面，然后在板面上均匀冲出φ3.5mm的小孔13504个，观察加工制得的不锈钢筛板的筛孔周围的光滑情况，结果如下：

通过上述试验结果可知，本发明提供的工艺方法，可以有效的减少不锈钢筛板在冲孔加工中毛刺的生成，提升了筛孔处的光滑程度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。