複合材料焊接刀片的製造方法

2023-07-09 07:43:46

專利名稱：複合材料焊接刀片的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種複合材料焊接刀片及其製造方法。
背景技術：
近年來，隨著數控加工技術的迅猛發展以及數控工具機的普遍使用，可實現高效率、 高穩定性、長壽命加工的超硬刀具的日漸普及，同時引入許多先進的切削加工概念，如高速 切削、硬態加工、高穩定性加工、以車代磨、乾式切削等，超硬刀具已成為現代切削加工中不 可缺少的重要手段。聚晶超硬材料具有極高的硬度和耐磨性，是刀具材料中最硬的材料。同時它的摩 擦係數小，與非鐵金屬無親和力，切屑易流出，熱導率高，切削時不易產生積屑瘤，加工表面 質量好。能有效地加工非鐵金屬材料和非金屬材料，如銅、鋁等有色金屬及其合金、陶瓷、末 燒結的硬質合金、各種纖維和顆粒加強的複合材料、塑料、橡膠、石墨、玻璃和各種耐磨的木 材(尤其是實心木和膠合板等複合材料)。目前，聚晶超硬材料焊接刀具均是將聚晶立方氮化硼複合片或者聚晶金剛石複合 片焊接在硬質合金基體上製成。由於聚晶超硬材料複合片是將聚晶超硬材料層經高溫高壓 燒結在硬質合金基體上，生產工藝較複雜，且聚晶超硬材料層與硬質合金之間易分層、產生 裂紋，導致該焊接刀壽命短。另外，此種焊接刀切削刀尖、刃口少。

發明內容
本發明的目的在於提供一種具有高的焊接強度的、複合材料與基體直接焊接的復 合材料焊接刀片的製造方法。為了達到上述目的採用以下技術方案包括刀頭和基體，包括以下工藝步驟首 先，在基體上設置與刀頭相配合的凹槽；然後，將刀頭放置在基體的凹槽內；接著將焊接劑 填充到刀頭與基體之間的縫隙中，然後固定；最後將組合裝好的刀片加熱，冷卻後製成複合 材料焊接刀片；所述焊接劑包括佔焊接劑總質量60% 95%的結合劑、佔焊接劑總質量 25% 的增強劑、佔焊接劑總質量15% 0. 5%的活性劑；將結合劑、增強劑、活性劑混 合均勻製成焊接劑。以鎳、錫、銅、釩、銀、錳、鋯、鈦、鋅、鉻、鋁、鎂元素中的一種或至少兩種作為結合 劑，以氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁、硼化鈦的一種或至少兩種作為增強劑，以鎢、鉬、鈮、鉭、鈷、 矽、硼砂中的一種或至少兩種作為活性劑。所述的氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁、硼化鈦為粉末顆粒。所述基體為金屬基體。將組合裝好的刀片放入焊接爐中加熱到700-1100°C。本發明引入增強顆粒由於能緩解焊接層的熱膨脹失配，降低殘餘熱應力，可增加 聚晶立方氮化硼燒結體、聚晶金剛石燒結體、氮化矽、氧化鋁、氮化鈦、碳化鈦及其他陶瓷刀 片以及其他用於金屬切削的材料與基體間的結合強度。使得複合材料刀片的生產工藝簡單化，解決了聚晶超硬材料複合片易分層、產生裂紋的問題，是質量控制更加穩定。此種焊接 刀片，增加了切削刃口，延長了使用壽命。聚晶超硬材料複合片，由於是金屬基體與聚晶超硬材料不添加任何物質，在高溫 高壓條件下結合在一起，幾乎沒有過渡相物質，各自的熱膨脹係數不同，因此會造成熱膨脹 失配，從而出現熱應力，而本發明正是採用引入結合劑、增強顆粒、活性劑等，是金屬基體和 複合材料刀頭之間以合金化的結合方式形成過渡相物質，結合在一起，過渡相起到了牢固 連接基體和複合材料刀頭的效果，並且具有較強的強度和熱穩定性。另外，以往的聚晶超硬材料複合片只有1-2個刀刃，而本發明提供的刀片有4-8個 刀刃，因而增加了整個刀片的使用壽命。
具體實施例方式實施例1一種複合材料焊接刀片，包括刀頭和金屬基體，其製造方法包括以下工藝步驟 首先，在金屬基體上設置與刀頭相配合的凹槽；然後，將刀頭放置在金屬基體的凹槽內；接 著將焊接劑填充到刀頭與基體之間的縫隙中，然後固定；最後將組合裝好的刀片放入焊接 爐中加熱到700-1100°C，冷卻後製成複合材料焊接刀片；所述焊接劑包括佔焊接劑總質量 60 % 95 %的結合劑、佔焊接劑總質量25 % 1 %的增強劑、佔焊接劑總質量15 % 0. 5 % 的活性劑；將結合劑、增強劑、活性劑混合均勻製成焊接劑。以鎳、錫、銅、釩、銀、錳、鋯、鈦、鋅、鉻、鋁、鎂元素中的一種或至少兩種作為結合 劑，以氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁、硼化鈦粉末顆粒的一種或至少兩種作為增強劑，以鎢、鉬、 鈮、鉭、鈷、矽、硼砂中的一種或至少兩種作為活性劑。實施例2一種複合材料焊接刀片的製造方法，包括以下工藝步驟將組合裝好的刀片放入 焊接爐中加熱到700°C ；所述焊接劑包括佔焊接劑總質量60%的結合劑、佔焊接劑總質量 25%的增強劑、佔焊接劑總質量15%的活性劑；將結合劑、增強劑、活性劑混合均勻製成焊 接劑。以鎳、錫、銅、釩、銀、錳、鋯、鈦、鋅、鉻、鋁、鎂元素中的一種作為結合劑，以氮化鈦、 碳化鈦、氮化鋁、硼化鈦粉末顆粒的一種作為增強劑，以鎢、鉬、鈮、鉭、鈷、矽、硼砂中的一種 作為活性劑。其他步驟同實施例1。實施例3一種複合材料焊接刀片的製造方法，包括以下工藝步驟將組合裝好的刀片放入 焊接爐中加熱到1100°C ；所述焊接劑包括佔焊接劑總質量95%的結合劑、佔焊接劑總質量的增強劑、佔焊接劑總質量4%的活性劑；將結合劑、增強劑、活性劑混合均勻製成焊接劑。以鎳、錫、銅、釩、銀、錳、鋯、鈦、鋅、鉻、鋁、鎂元素中的任意兩種按質量比1 1混 合後作為結合劑，以氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁、硼化鈦粉末顆粒的任意兩種按質量比1 1混 合後作為增強劑，以鎢、鉬、鈮、鉭、鈷、矽、硼砂中的任意兩種按質量比1 1混合後作為活 性劑。
其他步驟同實施例1。實施例4一種複合材料焊接刀片的製造方法，包括以下工藝步驟將組合裝好的刀片放入 焊接爐中加熱到850°C ；所述焊接劑包括佔焊接劑總質量90%的結合劑、佔焊接劑總質量 9. 5%的增強劑、佔焊接劑總質量0. 5%的活性劑；將結合劑、增強劑、活性劑混合均勻製成 焊接劑。以鎳、錫、銅、釩、銀、錳、鋯、鈦、鋅、鉻、鋁、鎂元素中的任意四種按質量比 1:1:1: 1混合後作為結合劑，以氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁、硼化鈦粉末顆粒的任意三 種按質量比1 1混合後作為增強劑，以鎢、鉬、鈮、鉭、鈷、矽、硼砂中的任意三種按質量比 1:1:1混合後作為活性劑。其他步驟同實施例1。實施例4一種複合材料焊接刀片的製造方法，所述焊接劑包括佔焊接劑總質量62%的結合 劑、佔焊接劑總質量25%的增強劑、佔焊接劑總質量13%的活性劑；將結合劑、增強劑、活 性劑混合均勻製成焊接劑。以鎳、銅、鈦、鋅按質量比1 :2:2: 1混合後作為結合劑，以碳化鈦、硼化鈦粉 末顆粒按質量比1 1混合後作為增強劑，以鎢、矽按質量比2 1混合後作為活性劑。其他步驟同實施例1。實施例5一種複合材料焊接刀片的製造方法，所述焊接劑包括佔焊接劑總質量65%的結合 劑、佔焊接劑總質量25%的增強劑、佔焊接劑總質量10%的活性劑；將結合劑、增強劑、活 性劑混合均勻製成焊接劑。以錫、銅、鋅按質量比1 2 3混合後作為結合劑，以氮化鈦、氮化鋁按質量比 1 1混合後作為增強劑，以鎢、鈷按質量比3 1混合後作為活性劑。實施例6—種複合材料焊接刀片的製造方法，所述焊接劑包括佔焊接劑總質量70%的結合 劑、佔焊接劑總質量15%的增強劑、佔焊接劑總質量15%的活性劑；將結合劑、增強劑、活 性劑混合均勻製成焊接劑，在980°C溫度下將複合材料刀頭與基體焊接在一起。以鎳、銅、鋁、鋅按質量比1 :2:2: 1混合後作為結合劑，以碳化鈦、氮化鈦按 質量比2 1混合後作為增強劑，以鈷、矽按質量比1 0.5混合後作為活性劑。其他步驟同實施例1。實施例7一種複合材料焊接刀片的製造方法，所述焊接劑包括佔焊接劑總質量85%的結合 齊U、佔焊接劑總質量5%的增強劑、佔焊接劑總質量10%的活性劑；將結合劑、增強劑、活性 劑混合均勻製成焊接劑。以錳、鋯、鈦、鋅、鉻按質量比1 :2:1:3: 1混合後作為結合劑，以氮化鋁、碳 化鈦、氮化鈦按質量比3 2 1混合後作為增強劑，以硼砂、鈷、矽按質量比2 1 1混 合後作為活性劑。其他步驟同實施例1。
實施例8一種複合材料焊接刀片的製造方法，所述焊接劑包括佔焊接劑總質量65%的結合 劑、佔焊接劑總質量22%的增強劑、佔焊接劑總質量13%的活性劑；將結合劑、增強劑、活 性劑混合均勻製成焊接劑。以釩、銀、鋁、鎂按質量比1 :2:1: 1混合後作為結合劑，以氮化鋁、硼化鈦按 質量比4 1混合後作為增強劑，以硼砂、鎢、鉬、鈮按質量比1 :2:1: 1混合後作為活 性劑。其他步驟同實施例1。實施例9一種複合材料焊接刀片的製造方法，所述焊接劑包括佔焊接劑總質量78%的結合 齊U、佔焊接劑總質量20%的增強劑、佔焊接劑總質量2%的活性劑；將結合劑、增強劑、活性 劑混合均勻製成焊接劑。以釩、銅、鋯按質量比1 2 2混合後作為結合劑，以硼化鈦粉末顆粒作為增強 劑，以鉭、矽按質量比1 3混合後作為活性劑。其他步驟同實施例1。實施例10一種複合材料焊接刀片的製造方法，所述焊接劑包括佔焊接劑總質量68%的結合 劑、佔焊接劑總質量20%的增強劑、佔焊接劑總質量12%的活性劑；將結合劑、增強劑、活 性劑混合均勻製成焊接劑。以鈦、鋅按質量比1 4混合後作為結合劑，以碳化鈦、氮化鈦粉末顆粒按質量比 2 1混合後作為增強劑，以鎢作為活性劑。其他步驟同實施例1。
權利要求
1.一種複合材料焊接刀片的製造方法，包括刀頭和基體，包括以下工藝步驟首先，在 基體上設置與刀頭相配合的凹槽；然後，將刀頭放置在基體的凹槽內；接著將焊接劑填充 到刀頭與基體之間的縫隙中，然後固定；最後將組合裝好的刀片加熱，冷卻後製成複合材料 焊接刀片；其特徵是所述焊接劑包括佔焊接劑總質量60% 95%的結合劑、佔焊接劑總 質量25% 的增強劑、佔焊接劑總質量15% 0.5%的活性劑；將結合劑、增強劑、活性 劑混合均勻製成焊接劑。
2.根據權利要求1所述的複合材料焊接刀片的製造方法，其特徵是以鎳、錫、銅、釩、 銀、錳、鋯、鈦、鋅、鉻、鋁、鎂元素中的一種或至少兩種作為結合劑，以氮化鈦、碳化鈦、氮化 鋁、硼化鈦的一種或至少兩種作為增強劑，以鎢、鉬、鈮、鉭、鈷、矽、硼砂中的一種或至少兩 種作為活性劑。
3.根據權利要求2所述的複合材料焊接刀片的製造方法，其特徵是所述的氮化鈦、碳 化鈦、氮化鋁、硼化鈦均為粉末顆粒。
4.根據權利要求1所述的複合材料焊接刀片的製造方法，其特徵是所述基體為金屬基體。
5.根據權利要求1所述的複合材料焊接刀片的製造方法，其特徵是將組合裝好的刀 片放入焊接爐中加熱到700-1100°C。
全文摘要
一種複合材料焊接刀片的製造方法，包括以下工藝步驟首先，在基體上設置與刀頭相配合的凹槽；然後，將刀頭放置在基體的凹槽內；接著將焊接劑填充到刀頭與基體之間的縫隙中，然後固定；最後將組合裝好的刀片加熱，冷卻後製成複合材料焊接刀片；所述焊接劑包括佔焊接劑總質量60％～95％的結合劑、佔焊接劑總質量25％～1％的增強劑、佔焊接劑總質量15％～0.5％的活性劑；將結合劑、增強劑、活性劑混合均勻製成焊接劑。本發明引入結合劑、增強顆粒、活性劑等，是金屬基體和複合材料刀頭之間以合金化的結合方式形成過渡相物質，過渡相起到了牢固連接基體和複合材料刀頭的效果，並且具有較強的強度和熱穩定性。
文檔編號B23K1/008GK102049583SQ20091006628
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月28日 優先權日2009年10月28日
發明者李劍, 李和鑫 申請人:河南富耐克超硬材料有限公司