一種通過電弧冷焊法製作釺焊超硬磨料工具的新方法與流程
2023-07-11 21:03:36 1
本發明涉及一種通過電弧冷焊法製作釺焊超硬磨料工具的新方法，所製備的超硬磨料工具用於陶瓷、天然石材、光學玻璃、各類金屬等材料的磨削加工。
背景技術：
國內外從業的專家學者很早就注意到了傳統超硬磨料工具在使用中存在的諸多問題，譬如磨料出露低和容屑空間小，很容易引起表面堵塞；鍍層雖厚但磨料仍易脫落，鍍層本身亦易被成片剝離。究其原因則都是因為電沉積的鍍層金屬鎳對磨料和基體都只有機械包埋作用，其無法為與之相連接的磨料、基體界面提供足夠的結合力。類似的問題在多層燒結超硬磨料工具上也同樣存在。正是因為塗層或結合劑材料都無法有效地把持磨料，因而已有的超硬磨料工具無論是單層還是多層都未能充分利用和發揮磨料本身的性能優勢和加工威力。
為此，人們開始用釺焊開發新一代超硬磨料工具，此方法藉助高溫使釺料與基體、磨料實現化學冶金結合，提高基體對磨料的把持力，從而顯著提高釺料與基體、磨料之間的結合強度。相應的工藝類型主要有熱釺焊與冷釺焊兩種。
現有的釺焊工藝，如爐中焊，是對工件進行整體加熱，帶來的問題是使基體產生熱影響，組織變差，力學性能降低，較薄的工件會產生變形，影響最終的成品質量；再如高頻感應焊，由於工件中的電流存在集膚效應，在對套料鑽、磨頭等異形工件的表面進行加工時會有加熱不均勻的問題，其應用受到限制。
針對現有釺焊存在的問題，人們又開發了冷焊工藝，如電子束冷焊、雷射冷焊和電弧冷焊。冷焊對工件進行定能量局部焊接，基體不產生熱影響區，薄工件不發生變形，從而克服了傳統釺焊工藝的弊端。但現有的電子束焊、雷射焊設備龐大，成本昂貴，需要水冷裝置，對環境要求高，其應用受到一定限制。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種通過電弧冷焊法製作釺焊超硬磨料工具的新方法。這種方法簡便、環保、廉價、對環境要求低，生產出的超硬磨料工具強度高，壽命長，容屑空間大，應用範圍較廣。
本發明所採取的技術方案是，一種通過電弧冷焊法製作釺焊超硬磨料工具的新方法，包括下列步驟：
(1)選用45鋼基體，清除表面氧化皮，用金相砂紙打磨，最後用丙酮清洗乾淨；
(2)選用釺料和磨料，釺料為200/300目的晶態Ni基釺料(5～9wt％Cr、2wt％B、3wt％Si、餘為Ni)或晶態Cu基釺料(16wt％Sn、6～12wt％Ti、餘為Cu)，磨料為50/60目的鍍膜金剛石(鍍Ti或鍍Cr)或60/70目的CBN，將釺料和磨料分別放入丙酮進行超聲波清洗；
(3)將基體同冷焊機輸出電極正極連接，並用夾具夾緊；
(4)在基體表面鋪放釺料，然後將磨料均布在釺料上；
(5)將鎢電極磨尖，並設定冷焊機參數，其中，脈衝電流為10～50A，脈衝時間為10～50ms；
(6)打開氬氣保護裝置，通氣量為10L/min；
(7)將鎢電極置於工件之上2～5mm，按動焊接開關對各個磨粒逐一點焊；
(8)移動或轉動基體至合適位置，重複步驟(4)和步驟(7)，製成超硬磨料工具。
所述在基體表面鋪放釺料，具體是先在基體上塗抹膠溶液，再將釺料鋪放在基體上，膠溶液的製作方法是將丙烯酸酯與丙酮按1：20體積比攪拌混合。
所述將鎢電極磨尖，具體是先將鎢電極直徑磨至1.6mm，再將其磨尖，磨尖的剖面角度約60°。
本發明通過電弧冷焊法製作釺焊超硬磨料工具的新方法的優點為：
(1)本發明工藝所需設備輕巧，操作簡便，綠色環保，不需冷卻水，只要有電源和氬氣即可施工，並且可用於異形工件的局部釺焊；
(2)利用本發明工藝製備的超硬磨料工具，基體幾乎無熱影響區，組織良好，力學性能較高；
(3)利用本發明工藝製備的超硬磨料工具，焊後無變形，釺料對基體和磨料的潤溼性較好，基體對磨料的把持強度較高；
(4)利用本發明工藝製備的超硬磨料工具，容屑空間大，應用範圍較廣。
具體實施方式
結合給出的實施例，對本發明加以具體說明：
實施例1：用Ni基釺料釺焊金剛石砂輪。
包括下列步驟：
(1)選用底面直徑150mm，高8mm，內孔30mm的45鋼作為基體，表面除去氧化皮，用800目金相砂紙打磨其表面，並用丙酮清洗乾淨；
(2)選用200/300目的晶態Ni基釺料(5wt％Cr、2wt％B、3wt％Si、餘為Ni)和50/60目的鍍Ti金剛石，將釺料和磨料分別放入丙酮進行超聲波清洗；
(3)將基體同冷焊機輸出電極正極連接，並用夾具夾緊；
(4)在基體表面鋪放釺料，然後將磨料均布於輪側面，相鄰磨粒的間距為1.5mm；
(5)將鎢電極磨尖，並設定冷焊機參數，其中，脈衝電流為20A，脈衝時間為20ms；
(6)打開氬氣保護裝置，通氣量為10L/min；
(7)將鎢電極置於工件之上2mm，按動焊接開關對各個磨粒逐一點焊；
(8)移動或轉動基體至合適位置，重複步驟(4)和步驟(7)，製成超硬磨料工具。
所述在基體表面鋪放釺料，具體是先在基體上塗抹膠溶液，再將釺料鋪放在基體上，膠溶液的製作方法是將丙烯酸酯與丙酮按1：20體積比攪拌混合。
所述將鎢電極磨尖，具體是先將鎢電極直徑磨至1.6mm，再將其磨尖，磨尖的剖面角度約60°。
實施例2：用Cu基釺料釺焊金剛石磨頭。
包括下列步驟：
(1)選用截面直徑6mm、長8cm且一端磨圓的45鋼作為基體，表面除去氧化皮，用1000目金相砂紙打磨其表面，並用丙酮清洗乾淨；
(2)選用200/300目的晶態Cu基釺料(16wt％Sn、10wt％Ti、餘為Cu)和50/60目的鍍Cr金剛石，將釺料和磨料分別放入丙酮進行超聲波清洗；
(3)將基體同冷焊機輸出電極正極連接，並用夾具夾緊；
(4)在基體表面鋪放釺料，然後將磨料均布於基體磨圓端，相鄰磨粒的間距為1mm，磨料覆蓋長度為3cm；
(5)將鎢電極磨尖，並設定冷焊機參數，其中，脈衝電流為10A，脈衝時間為10ms；
(6)打開氬氣保護裝置，通氣量為10L/min；
(7)將鎢電極置於工件之上2mm，按動焊接開關對各個磨粒逐一點焊；
(8)移動或轉動基體至合適位置，重複步驟(4)和步驟(7)，製成超硬磨料工具。
所述在基體表面鋪放釺料，具體是先在基體上塗抹膠溶液，再將釺料鋪放在基體上，膠溶液的製作方法是將丙烯酸酯與丙酮按1：20體積比攪拌混合。
所述將鎢電極磨尖，具體是先將鎢電極直徑磨至1.6mm，再將其磨尖，磨尖的剖面角度約60°。
實施例3：用Ni基釺料釺焊CBN磨頭。
包括下列步驟：
(1)選用截面直徑6mm、長8cm且一端磨圓的45鋼作為基體，表面除去氧化皮，用1000目金相砂紙打磨其表面，並用丙酮清洗乾淨；
(2)選用200/300目的晶態Ni基釺料(7wt％Cr、2wt％B、3wt％Si、餘為Ni)和60/70目的CBN，將釺料和磨料分別放入丙酮進行超聲波清洗；
(3)將基體同冷焊機輸出電極正極連接，並用夾具夾緊；
(4)在基體表面鋪放釺料，然後將磨料均布於基體磨圓端，相鄰磨粒的間距為1mm，磨料覆蓋長度為3cm；
(5)將鎢電極磨尖，並設定冷焊機參數，其中，脈衝電流為20A，脈衝時間為20ms；
(6)打開氬氣保護裝置，通氣量為10L/min；
(7)將鎢電極置於工件之上2mm，按動焊接開關對各個磨粒逐一點焊；
(8)移動或轉動基體至合適位置，重複步驟(4)和步驟(7)，製成超硬磨料工具。
所述在基體表面鋪放釺料，具體是先在基體上塗抹膠溶液，再將釺料鋪放在基體上，膠溶液的製作方法是將丙烯酸酯與丙酮按1：20體積比攪拌混合。
所述將鎢電極磨尖，具體是先將鎢電極直徑磨至1.6mm，再將其磨尖，磨尖的剖面角度約60°。
實施例4：用Cu基釺料釺焊CBN砂輪。
包括下列步驟：
(1)選用直徑150mm，高8mm，內孔30mm的45鋼作為基體，表面除去氧化皮，用800目金相砂紙打磨其表面，並用丙酮清洗乾淨；
(2)選用200/300目的晶態Cu基釺料(16wt％Sn、10wt％Ti、餘為Cu)和60/70目的CBN，將釺料和磨料分別放入丙酮進行超聲波清洗；
(3)將基體同冷焊機輸出電極正極連接，並用夾具夾緊；
(4)在基體表面鋪放釺料，然後將磨料均布於輪側面，相鄰磨粒的間距為2mm；
(5)將鎢電極磨尖，並設定冷焊機參數，其中，脈衝電流為10A，脈衝時間為10ms；
(6)打開氬氣保護裝置，通氣量為10L/min；
(7)將鎢電極置於工件之上2mm，按動焊接開關對各個磨粒逐一點焊；
(8)移動或轉動基體至合適位置，重複步驟(4)和步驟(7)，製成超硬磨料工具。
所述在基體表面鋪放釺料，具體是先在基體上塗抹膠溶液，再將釺料鋪放在基體上，膠溶液的製作方法是將丙烯酸酯與丙酮按1：20體積比攪拌混合。
所述將鎢電極磨尖，具體是先將鎢電極直徑磨至1.6mm，再將其磨尖，磨尖的剖面角度約60°。
以上所述，僅是對本發明的較佳實施例而已，並非是對本發明做其他形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是，凡是未脫離本發明方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明的保護範圍。