硬質(zhì)合金立銑刀焊接裝夾裝置的設(shè)計

摘 要：設(shè)計了一種硬質(zhì)合金立銑刀釬焊裝夾裝置，并采用感應(yīng)釬焊方法對立銑刀進行釬焊，刀片和刀體材料分別選擇YT5和45#鋼。經(jīng)過焊前清理后在刀片和刀體間添加釬料和釬劑，熔化后填滿焊接縫隙，完成刀片和刀體的牢固焊合，對釬焊后的硬質(zhì)合金刀片進行合理的熱處理，從而有效地減小焊接應(yīng)力，防止裂紋產(chǎn)生，延長刀具的使用壽命。使用立銑刀焊接裝置的刀具進行加工試驗表明：感應(yīng)釬焊可以對硬質(zhì)合金刀具進行焊接，焊接性能良好。為目前感應(yīng)釬焊在立銑刀焊接中的應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：立銑刀焊接裝夾裝置 硬質(zhì)合金刀片 感應(yīng)釬焊 裝置設(shè)計

中圖分類號：TG714 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0005-02

在現(xiàn)代機械加工行業(yè)，銑削加工約占金屬材料加工的20%～30%左右。銑床的種類很多，常用的是臥式銑床、立式銑床、龍門銑床及數(shù)控銑床等。立式銑床由于操作時觀察、檢驗和調(diào)整銑刀位置等方便，又便于裝夾硬質(zhì)合金銑刀進行高速銑削、生產(chǎn)率較高，故應(yīng)用很廣。硬質(zhì)合金的材質(zhì)脆硬、韌性差而且價格高，這些因素使其難以被制成大尺寸、形狀復(fù)雜的構(gòu)件加以應(yīng)用，而硬質(zhì)合金與鋼體材質(zhì)的焊接是彌補其不足的主要方法。原來硬質(zhì)合金銑刀都采用手工焊接，操作不便，硬質(zhì)合金刀片與鋼質(zhì)刀體在加熱之后相對位置不固定，焊接硬質(zhì)合金時常常出現(xiàn)偏差。不能有效地解決刀具焊接過程中的裝夾不便、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定、加工效率及安全性能低的問題。合適可靠的焊接技術(shù)正在不斷拓展它的應(yīng)用范圍。釬焊是將硬質(zhì)合金牢固地連接到鋼基體上的最成功的方法之一，高頻感應(yīng)釬焊硬質(zhì)合金刀具以其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、剛性好、使用靈活性較大、適應(yīng)性強等特性，被應(yīng)用在精密加工和其他各種金屬切削加工中。

目前，焊接式硬質(zhì)合金立銑刀的硬質(zhì)合金刀片與鋼質(zhì)刀體亦采用高頻感應(yīng)釬焊方案。但是，現(xiàn)行的焊接方法一般為人工操作，采用石棉線或細鐵絲捆住刀片和刀體，使得刀片與刀體位置關(guān)系相對固定。但是該方法隨之帶來了刀具安裝不方便、刀片與刀體加熱后相對位置不確定（甚至出現(xiàn)刀片從刀體上脫落下來的現(xiàn)象）加熱不均勻、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定、報廢率高及返工量大等弊端。同時給下道工序磨削帶了一定困難。因此必須設(shè)計一種夾具，來滿足釬焊的需求。

1 硬質(zhì)合金立銑刀結(jié)構(gòu)及焊接要求

1.1 硬質(zhì)合金立銑刀結(jié)構(gòu)

如圖1所示硬質(zhì)合金4刃立銑刀實物圖，主要由焊接刀體與硬質(zhì)合金刀片焊接組成[1]。刀片均采用綜合性能好的YT5材料。刀片的軸向與切向限位都是通過焊接來限制。采用高頻感應(yīng)焊機進行焊接如圖2所示。

1.2 焊接要求

經(jīng)過焊前清理后在刀片和刀體間添加釬料和釬劑，熔化后填滿焊接縫隙，完成刀片和刀體的牢固焊合，對釬焊后的硬質(zhì)合金刀片進行合理的熱處理，減小焊接應(yīng)力，防止裂紋產(chǎn)生。采用焊接工藝方法把硬質(zhì)合金刀片焊接在鋼的刀體上存在著兩個主要問題：

（1）由于硬質(zhì)合金刀片和鋼的刀體線膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱性能不同（硬質(zhì)合金的線膨脹系數(shù)為5～7×10-6/℃，而鋼為11～14×10-6/℃），刀片在焊接的高溫作用下冷卻時，常常產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致刀片產(chǎn)生裂紋。

（2）由于普通焊料對硬質(zhì)合金的浸潤性很差，刀片往往焊接的不牢固，在切削力沖擊作用下會產(chǎn)生脫焊。因此，為防止焊接裂紋和脫焊現(xiàn)象，研究硬質(zhì)合金刀具焊接時的焊接應(yīng)力、焊料浸潤性、焊劑及焊接工藝規(guī)范等是必要的[2]。

綜上所述，硬質(zhì)合金立銑刀焊接主要要求可以概括為以下幾點。

①焊接溫度。

②焊料強度或彈性變形能力及冷卻性能。

③焊縫的厚度。

④硬質(zhì)合金和鋼的厚度之比。

釬焊后的質(zhì)量檢查檢查焊縫處有無氣孔，檢查被焊工件有無裂紋。對已檢查出有缺陷的工件，可重新加熱釬焊，但也應(yīng)盡量減少重焊次數(shù)，以免硬質(zhì)合金因反復(fù)加熱而影響質(zhì)量。對于已發(fā)生裂紋的工件，應(yīng)在分析原因后將有裂紋的硬質(zhì)合金取下，重新釬焊。

2 裝夾裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理

2.1 裝夾裝置的結(jié)構(gòu)

裝夾裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示包括：底板1、固定座2、外六角螺釘3、蓋板4，軸承A5、轉(zhuǎn)動座6、轉(zhuǎn)動架7、升降絲桿螺母副8、螺釘9、DC24V電機10、主動齒輪11、感應(yīng)圈12、夾具體13、軸承B14、旋轉(zhuǎn)臺面齒輪座15、升降齒輪座16、限位板17、檔位板18、軸承C19、支承螺釘20、聯(lián)接套21、并緊螺帽22、止轉(zhuǎn)桿23、內(nèi)六角螺釘24、底板

2.2 工作原理

將鋼質(zhì)刀體放置焊接裝夾裝置結(jié)構(gòu)夾具體之中，然后把硬質(zhì)合金刀片放置在預(yù)先開槽的鋼質(zhì)刀體中，兩側(cè)填充釬料和釬劑后。搬動旋轉(zhuǎn)臺面齒輪座手柄，在開啟升降齒輪座放置到高頻感應(yīng)焊機感應(yīng)圈內(nèi)，對應(yīng)硬質(zhì)合金刀片放置部位后。開啟電源開關(guān)，隨著旋轉(zhuǎn)焊接裝置中鋼質(zhì)刀體和釬料加熱并熔化。一把硬質(zhì)合金立銑刀就焊接成功了。

3 使用裝夾裝置釬焊結(jié)果

與未使用該裝夾裝置的釬焊立銑刀相比較，使用該裝夾裝置焊后的硬質(zhì)合金立銑刀，刀片與刀體加熱均勻、焊縫釬料熔化后飽滿美觀，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。對操作者的技術(shù)要求不高，操作簡單，并能夠成批生產(chǎn)。

本文中的硬質(zhì)合金立銑刀焊接裝夾裝置申請了國家實用新型專利，公開號為“CN 201439155 U”，名稱為“一種旋轉(zhuǎn)焊接裝置”，公開了一種用于焊接圓周形焊縫的旋轉(zhuǎn)焊接裝置。

4 結(jié)論

立銑刀種類豐富，應(yīng)用廣泛。硬質(zhì)合金銑刀需求量更大。產(chǎn)品的更新離不開技術(shù)創(chuàng)新，本夾具設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單操作快捷、通用、方便焊接成型，降低了立銑刀焊接的成本和時間。焊接后刀體和硬質(zhì)合金間釬料飽滿，外觀較好、使用后效果較好，滿足生產(chǎn)需求。借助此設(shè)計，給感應(yīng)釬焊在立銑刀焊接中的應(yīng)用提供借鑒與指導(dǎo)。

參考文獻

[1]王清平，孫劍飛，陳五.立銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)發(fā)展[J].工具技術(shù)，2014（4）：7-11.

[2]楊廣勇.硬質(zhì)合金刀具的焊接[J].制水利電力機械，1991（5）：40-45.

[3]中國機械工程協(xié)會焊接協(xié)會.焊接手冊第[M].3版.北京；機械工業(yè)出版社，2008.