打標機的金剛石針頭及其製作方法

2023-05-26 20:39:06 1

專利名稱：打標機的金剛石針頭及其製作方法
技術領域：
本發明屬打標、刻字的技術領域，特別涉及用金剛石條製作的打標機針頭。
背景技術：
1、 金剛石，屬於無機非金屬材料，自然界中最堅硬的物質。可以是天然金 剛石，也可以是化學氣相沉積方法製備的全質多晶金剛石。金剛石是製作超硬工 具的理想材料。但金剛石在應用中，由於焊接、鑲嵌具有較高的技術要求，解決 金剛石製品的製備技術十分重要。
2、 打標機針頭目前常用的打標機針頭主要是用碳化鎢(WC、硬質合金) 或碳化矽製作，由於硬度較低，在使用過程中，磨損快，壽命短，對高硬度的材 料(例如熱處理後的淬硬鋼零部件)零部件的打標難度大，字符容易變形等。
3、 使用天然金剛石顆粒製作打標機針頭的針尖，工藝苛刻，價格十分昂貴。 金剛石顆粒脫落的現象一直沒有解決。
4、 與本發明相關的現有技術主要有
打標機用標記針頭實用新型專利，專利號CN200620137945.9。該針頭是由 帶有排氣孔和針孔的針座和針杆組成，針尖和針杆是同一種材料，不涉及金剛石 製做針尖的各項技術。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服背景技術的不足，為打標機設計一種金剛 石針尖及其製作方法，達到降低製作工藝難度，並使打標機針頭結構合理、牢固 耐用、針尖可以修磨的目的。
本發明的技術方案是 一種打標機的金剛石針頭，由針座l、針杆2和針尖
3組成；針杆2通過針座1上的連接孔4與針座1同軸線連接，針尖3通過針杆 2上的鑲嵌孔5與針杆2同軸線連接；其特徵在於，所述的針尖3由金剛石條構 成，頂端表面為球面形狀；在鑲嵌孔5與金剛石條的側面之間充有焊^k
所述的焊料，可以是BAg45CuZnCd、 BAg42CuZnCd、 BAg40CuZnCd、 BAg38CuZnCd、 BAg35CuZnCd、或銀銅509焊料等。
所述的金剛石條，是天然金剛石條或化學氣相沉積(CVD)金剛石條。針尖3採用天然金剛石條或CVD金剛石條製作。可以用雷射切割金剛石，使之成 為四稜柱或六稜柱形狀或圓柱的形狀。
針座1可採用黃銅或鋼材料製作，帶有焊接或者熱套連接針杆2的連接孔4。 針座1的形狀可與各類打標機相配製作，連接孔4深度為3—6mm，直徑與針杆 2的直徑相同(焊料連接時)或略小(熱套連接時)。
針杆2可以採用鋼材，如45#鋼或類似的金屬材料製作，硬度在HRC30 60。 形狀為圓柱形， 一端帶有鑲嵌金剛石的鑲嵌孔5。
針杆2和針座1之間可以採用高頻焊接或乙炔吹氧等常規方法焊接，也可以 通過熱套夾緊方式連接在一起。
金剛石條與針杆2的連接針杆2的鑲嵌孔5直徑比金剛石條的截面的對角 線略大，使金剛石條剛好能夠放入，孔5的深度與金剛石的長度相當。採用低熔 點焊料把金剛石條鑲嵌在針杆2的鑲嵌孔5內，並使金剛石條與鑲嵌孔5內部底 端接觸，確保使用過程中金剛石針尖3受到針杆2的縱向支撐，針杆2對金剛石 條在橫向上能牢固的固定。
針尖3形狀為了金剛石針尖3具有高的抗衝擊性能，金剛石針尖3磨成帶 有一定R角的圓球面形狀，並保證針尖3的頂端在針杆2的軸線上。針尖的角 度範圍是30—150度，針尖的圓球面的R取值為0.1—l.Omm。
本發明的用於打標機的金剛石針頭的製作方法，有部件的選料加工、金剛石 條的鑲嵌、針尖的刃磨、針杆與針座連接的過程；
所述的部件的選料加工，是將化學氣相沉積金剛石或天然金剛石切割成正四 稜柱、正六稜柱或圓柱的形狀的金剛石條；選用鋼材或黃銅材料加工成柱狀針杆 2，在針杆2的一個端頭同軸線開鑲嵌孔5，鑲嵌孔5的直徑比針尖3橫截面外 接圓直徑或橫截面圓的直徑大0.08 0.2mm;選用鋼材加工成針座1，沿針座1 軸線開連接孔4;
所述的金剛石條的鑲嵌，是採用高頻感應加熱或乙炔加氧氣的吹管焊接技 術，用焊料把金剛石條鑲嵌在針杆2—端的鑲嵌孔5內，並使金剛石條的一端與 鑲嵌孔5的底面接觸，冷卻；
所述的針尖的刃磨，是將針杆2裝在旋轉卡盤上，用金剛石砂輪把鑲嵌金剛 石條的一端磨成圓錐尖，再將金剛石條的裸露端磨成表面為球面形狀，製成針尖 3;
5所述的針杆與針座連接，是採用高頻感應加熱針座1使連接孔4內焊料熔融 的方法，或採用高頻感應加熱針座1使連接孔4擴脹的方法，並用溼巾冷卻針杆 2有針尖3的一端，使針杆2插入連接孔4，冷卻製得產品。
所述的焊料，可以是BAg45CuZnCd、 BAg42CuZnCd、 BAg40CuZnCd、 BAg38CuZnCd、 BAg35CuZnCd、或銀銅509焊料等；所述的高頻感應加熱針座 1使連接孔4擴脹的辦法，是使黃銅材料的底座1在600 70(TC下與針杆2熱套 連接。
所述的金剛石條，最好是正四稜柱、正六稜柱或圓柱形狀，其長為3 5mrn， 橫截面外接圓直徑或橫截面圓的直徑為1.4~3mm。
在針杆2與針座1的連接上，可以焊接也可以熱套。焊接是在針座1的連接 孔4內放入低熔點焊料(熔點小於70(TC)，加熱使焊料融化，把針杆2的沒有 金剛石條的一端插入，同時，用溼巾等方法冷卻金剛石針尖3，完成針杆2與針 座1的焊接。熱套是又一種連接方法，把針座1的連接孔4直徑做成小於針杆2 直徑0.01—0.02mm，針座1加熱後，連接孔4由於熱漲而增大，迅速把針杆2 的沒有金剛石條的一端插入，冷卻後連接孔4收縮，使針杆2與針座1牢固連接 在一起。
本發明具有以下特點在使用過程中金剛石不脫落，性能穩定，壽命長，針 尖硬度高。不僅可替代傳統的硬質合金針頭或碳化矽針頭，而且能實現上述針頭 無法滿足的硬質材料工件的打標，擴展氣動打標和電動打標的應用領域。
a. 採用四稜柱形狀或六稜柱形狀或圓柱狀的的金剛石，使針頭在使用過程 中，金剛石整體受力比較均衡，使整個金剛石不容易產生碎裂，脫落等現象；金 剛石的底端與鑲嵌孔底面接觸，確保針杆對金剛石直接縱向加力，彌補了低熔點 焊料硬度低、金剛石容易鬆動的缺點。鑲嵌孔的直徑略大於金剛石的橫向最大尺 寸，確保了金剛石在橫向上不易產生活動。
b. 針尖做成了有一定R角的球面形狀，使金剛石針頭打字流暢，並且金剛石 針尖不容易破碎，使金剛石針頭壽命增加，並適合更寬的壓力範圍。
c. 金剛石的長度較大，保證了金剛石針尖磨損後，可修磨， 一支針頭可多次 修磨，使用壽命極長。
d. 這種針頭適合打標的範圍廣，可對金剛石材料以外的各種材料工件打標， 特別是解決了淬硬鋼、陶瓷、高矽鋁合金、硬質合金等硬質材料氣動打標和電動打標的難題。


圖1是本發明的整體結構示意圖。 圖2是本發明的結構局部放大(針尖部分)示意圖。
具體實施例方式
實施例l:結合

本發明的結構
在圖1和圖2中，1為針座，2為針杆，3為針尖，4為連接孔，5為鑲嵌孔。 連接孔4同軸線的開在針座1上，用於連接針杆2;鑲嵌孔5同軸線的開在針杆 2上，用於連接針尖3。針尖3是由金剛石條構成，打標端的表面磨製成部分球 面形狀，並且球面的頂點在打標機針頭的中軸線上。金剛石條最好是正四稜柱或 正六稜柱或圓柱形狀的。
實施例2:用CVD金剛石條製作打標機針頭
第一步部件的選料加工選用2mm厚的CVD金剛石，雷射切割成2mmX 4mm，得到2x2x4mm的正四稜柱金剛石條。選45#鋼的圓柱針杆2，長度50mm， 直徑4mm，表面拋光， 一端鑽03mmx4mm的鑲嵌孔5。並保證鑲嵌孔5與針杆 2同軸。用45#鋼製作帶有連接孔2的針座1，針座1的連接孔4直徑4.1mm， 深度6.0mm，連接孔4與針座1的圓頭同軸。
第二步金剛石條的鑲嵌採用高頻感應加熱使針杆2的帶有鑲嵌孔5的一 端溫度升高至700。C，把焊料放入鑲嵌孔5中，待焊料熔解後，把上述的四稜柱 金剛石條放入鑲嵌孔5，並施加壓力使金剛石條與鑲嵌孔5的底端接觸，同時排 除多餘的焊料。冷卻後得到鑲嵌了金剛石條的針杆2。
第三步針尖的刃磨把針杆2裝在旋轉卡盤上，調整角度，在裝有金剛石 砂輪的磨床上，把鑲嵌金剛石條的一端磨成圓錐尖。把針尖3磨成110.2的圓球 面。完成了針尖3的磨尖。
第四步針杆與針座連接採用高頻感應加熱使針座1的溫度達到800°C， 連接孔4內放入焊料，把針杆2的沒有金剛石條的一端插入連接孔4，並用溼巾 冷卻金剛石條的一端。除去連接孔4裡面擠出的多餘焊料，冷卻後即得到產品。
表面拋光處理後得到成品的打標機金剛石針頭。
實施例3:採用天然金剛石，製作具有實施例2中CVD金剛石的四稜柱形 狀，並採用實施例2相同的工藝，可製作天然金剛石針頭。實施例4:熱套方法製作打標機金剛石針頭
第一步部件的選料加工，選用lmm厚的CVD金剛石，雷射切割成 lmmx4mm，得到lxlx5的正四稜柱金剛石條。選45弁鋼的圓柱針杆2，長度50mm， 直徑3mm，表面拋光， 一端鑽01.5mmx3mm的鑲嵌孔5。並保證鑲嵌孔5與針 杆2同軸。用黃銅製作帶有連接孔4的針座1 ，針座1的連接孔4直徑2.9mm， 深度5.0mm，連接孔4與針座1的圓頭同軸。
第二步金剛石條的鑲嵌工藝步驟與實施例2相同
第三步針尖的刃磨與實施例2相同
第四步針杆與針座連接，採用熱套連接用高頻感應加熱使針座1的溫度 達到60(TC，把針杆2的沒有金剛石條的一端插入連接孔4，同時用溼巾冷卻針 杆2鑲嵌金剛石條的一端。冷卻後即得到產品。
表面拋光處理後得到成品的打標機針頭。
實施例5:六稜柱金剛石條
第一步部件的選料加工選用3mm厚的CVD金剛石，雷射切割成正六邊 形，邊長lmm，得到邊長lmm，高3mm的六稜柱金剛石條；選45#鋼的圓柱針 杆2，長度50mm，直徑4mm， 一端鑽02.2mmx3mm的鑲嵌孔5，並保證鑲嵌 孔5與針杆2同軸；用45#鋼製作帶有連接孔4的針座1，針座1的連接孔4直 徑4.1mm，深度6.0mm，連接孔4與針座1的圓頭同軸。
第二步到第四步與實施例2相同。
實施例6:圓柱狀金剛石條
第一步部件的選料加工，選用3mm厚的CVD金剛石，雷射切割成①3mm 的圓柱，得到03mm，高3mm的圓柱狀金剛石條；選45#鋼的圓柱針杆2，長 度50mm，直徑4mm， 一端鑽(D3.2mmx3mm的鑲嵌孔5，並保證鑲嵌孔5與針 杆2同軸；用45#鋼製作帶有連接孔4的針座1，針座1的連接孔4直徑4.1mm， 深度6.0mm，連接孔4與針座1的圓頭同軸。
第二步到第四步與實施例2相同。
實施例7:使用舉例
把打標機針頭安裝在氣動打標機上，針尖3與工件的距離2-3mm，工件硬 度HRC58，開啟打標機，振動頻率50-200Hz。可打字符5萬個。
8
權利要求
1、一種打標機的金剛石針頭，由針座(1)、針杆(2)和針尖(3)組成；針杆(2)通過針座(1)上的連接孔(4)與針座(1)同軸線連接，針尖(3)通過針杆(2)上的鑲嵌孔(5)與針杆(2)同軸線連接；其特徵在於，所述的針尖(3)由金剛石條構成，頂端表面為球面形狀；在鑲嵌孔(5)與金剛石條的側面之間充有焊料。
2、 按照權利要求l所述的打標機的金剛石針頭，其特徵在於，所述的金剛 石條是化學氣相沉積金剛石條或天然金剛石條，其形狀為四稜柱、六稜柱或圓柱 的。
3、 按照權利要求1或2所述的打標機的金剛石針頭，其特徵在於，所述的 金剛石條，是正四稜柱、正六稜柱或圓柱形狀，其長為3 5mm，橫截面的外接 圓直徑或橫截面圓的直徑為1.4~3mm;鑲嵌孔(5)的直徑比針尖(3)橫截面外接圓 直徑或橫截面圓的直徑大0.08 0.2mrn;金剛石條鑲嵌在針杆(2)—端的鑲嵌孔(5) 內時，金剛石條的一端與鑲嵌孔(5)的底面接觸。
4、 一種權利要求1的打標機的金剛石針頭的製作方法，有部件的選料加工、 金剛石條的鑲嵌、針尖的刃磨、針杆與針座連接的過程；所述的部件的選料加工，是將化學氣相沉積金剛石或天然金剛石切割成四稜 柱、六稜柱或圓柱的形狀的金剛石條；選用鋼材或黃銅材料加工成柱狀針杆(2)， 在針杆(2)的一個端頭同軸線開鑲嵌孔(5)，鑲嵌孔(5)的直徑比針尖(3)橫截面外接 圓直徑或橫截面圓的直徑大0.08 0.2mm;選用鋼材加工成針座(l)，沿針座(l)軸 線開連接孔(4);所述的金剛石條的鑲嵌，是採用高頻感應加熱或乙炔加氧氣的吹管焊接技 術，用焊料把金剛石條鑲嵌在針杆(2)—端的鑲嵌孔(5)內，並使金剛石條的一端 與鑲嵌孔(5)的底面接觸，冷卻；所述的針尖的刃磨，是將針杆(2)裝在旋轉卡盤上，用金剛石砂輪把鑲嵌金 剛石條的一端磨成圓錐尖，再將金剛石條的裸露端磨成表面為球面形狀，製成針 尖(3);所述的針杆與針座連接，是採用高頻感應加熱針座(1)使連接孔(4)內焊料熔 融的方法，或採用高頻感應加熱針座(1)使連接孔(4)擴脹的方法，並用溼巾冷卻 針杆(2)有針尖(3)的一端，使針杆(2)插入連接孔(4)，冷卻製得產品。
5、 按照權利要求4所述的打標機的金剛石針頭的製作方法，其特徵在於，所述的焊料，是BAg45CuZnCd、 BAg42CuZnCd、 BAg40CuZnCd、 BAg38CuZnCd、 BAg35CuZnCd、或銀銅509焊料；所述的高頻感應加熱針座(1)使連接孔(4)擴脹 的辦法，是使黃銅材料的底座(l)在600 70(TC下與針杆(2)熱套連接。
全文摘要
本發明的打標機的金剛石針頭及其製作方法屬於打標、刻字的技術領域。由針座(1)、針杆(2)、針尖(3)以及連接孔(4)、鑲嵌孔(5)組成；針尖(3)由金剛石條構成，頂端表面為球面形狀；在鑲嵌孔(5)與金剛石條的側面之間充有焊料。製作有部件的選料加工、金剛石條的鑲嵌、針尖的刃磨、針杆與針座連接的過程。本發明在使用過程中金剛石不脫落，性能穩定，壽命長，針尖硬度高，可多次修磨。不僅可替代傳統的硬質合金針頭或碳化矽針頭，而且能實現上述針頭無法滿足的硬質材料工件的打標，擴展氣動打標和電動打標的應用領域。
文檔編號B41J3/407GK101422988SQ2008100515
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月10日 優先權日2008年12月10日
發明者呂憲義, 姜志剛, 張淑玲, 林志偉 申請人:吉林大學;長春八方金剛石科技有限公司