CN103042283A - 一种用于超硬微刀具快速焊接的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于超硬微刀具快速焊接的方法及装置，本方法是在焊接过程中使刀柄焊接面绕刀柄轴心低速旋转，缓慢靠近布置在刀头焊接面上的焊料，并压合熔融的焊料直至刀头材料随刀柄一同旋转。该过程中由于熔融的焊料受到旋转刀柄焊接面的搅动与压合，在焊接面上分布更均匀。专用装置则由刀头夹持机构和刀柄夹持机构两部分组成，结构简单、便捷，能实现超硬微刀具刀柄、刀头的快捷焊接，同时保证较好的焊接强度与焊接精度。

Description

一种用于超硬微刀具快速焊接的方法及装置
 
所属技术领域
本发明涉及一种针对超硬微刀具刀柄与刀头材料高强度焊接的方法及装置，属于焊接领域。
技术背景
随着微/纳米科学与技术的迅猛发展，以形状及尺度微小为特征的微小型化技术在航空航天、精密仪器、生物医疗、汽车和电子等领域有着广泛的应用潜力。微细铣削技术在各类微小型化零部件的加工制造中发挥着越来越重要的作用，而超硬微刀具是最终实现各种微小型化技术的基础工具装备之一。超硬微铣刀一般由工具钢、硬质合金刀柄与由聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）等超硬材料制成的超硬刀头组成。刀柄与刀头首先需要通过焊接连接在一起，其尺寸比较小，刀柄直径一般在3至6毫米，而刀头材料经加工成刀刃后直径约从几百微米至几毫米不等，焊接面非常小，直径约0.8mm~4mm。因此刀柄与超硬刀头的焊接往往比较困难，其连接质量直接关系到使用性能，若沿用常规尺寸的超硬刀具焊接工艺来焊接超硬微铣刀，精度难以保证，而且焊接质量、焊接效率都无法满足要求。
发明内容
本发明的目的是针对超硬微刀具毛坯制造过程中刀柄、刀头材料焊接难度大、焊接强度与精度不易保证等问题提出一种高效、便捷的焊接工艺方法与专用装置，以提高超硬微刀具的焊接效率与质量。
本发明所述的一种用于超硬微铣刀刀柄与刀头焊接的方法，其包括如下步骤：
1）将刀头焊接面朝上垂直放置，在刀头焊接面上均匀布上焊料；将刀柄焊接面朝下竖直夹持，使刀柄轴心与刀头轴线重合，并使刀柄焊接面靠近焊料上方3~5mm处；
2）开启加热设备加热焊料至融化并保温，同时使刀柄绕其轴线进行低速旋转，之后将焊接面缓慢靠近焊料；
3)继续使刀柄焊接面靠近焊料，直至压上焊料，并保持压力将刀柄与刀头压合，直至刀头与焊接平台在摩擦力作用下随刀柄一起转动；
4)降低加热温度，对焊接区低温保温；然后关闭加热设备，使焊接区自然冷却；最后停止刀柄转动，取下焊接好的刀具。
作为改进，上述步骤2）中刀柄绕其轴线进行低速旋转的转速为40~60转每分钟，加热方式为高频感应加热。
进一步的，步骤4）中低温保温的温度最好为180-220摄氏度。
此外，本发明还提供了一种实现超硬微铣刀刀柄与刀头焊接的装置，该装置包括刀头夹持机构和刀柄夹持机构，其中：
刀头夹持机构包括底座、安装在底座上的定位轴、置于定位轴上端的弹簧、套在定位轴及弹簧上的套筒，安装于套筒顶部的并可以沿其轴线自由旋转的焊接转台； 
刀柄夹持机构包括垂直于底座的立板，安装于立板上的升降机构，连接在升降机构上的平板；上述平板前端开有通孔与传动轴相连，后端装有电机，电机输出端与传动轴输入端通过皮带轮传动组件连接；传动轴输出端装有用于夹持刀柄的夹头，所述夹头的轴线与焊接转台的轴线重合。
为了使套筒运动平稳，在套筒边缘设有凸块，对应凸块在底座上垂直设有导向槽，凸块可沿导向槽滑动。
进一步的，所述焊接转台由耐高温陶瓷材料制成，顶部表面加工有用于放置刀头材料的定位浅孔。
所述焊接转台通过止推轴承Ⅰ与套筒顶部相连接，可自由转动；套筒内孔与定位轴小间隙配合，可沿导向槽上下滑动。导向槽上还标有用于指示弹簧压缩量的刻度。
传动轴通过止推轴承Ⅱ安装于平板上，上伸出端通过螺纹连接装有挡环。
本发明的有益效果是，该方法区别于一般的高频感应焊接工艺，在焊接过程中，旋转的焊接面对熔融状态的焊料有搅动、压合的作用，可使得焊料各成分分布更加均匀，焊缝质量好。所涉及的装置结构简单、使用方便，可实现直径0.5mm至6mm的刀柄与超硬刀头材料的高效、高质量焊接。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种用于超硬微铣刀刀柄与刀头焊接装置示意图。
图2为刀柄、刀头材料焊接区域示意图。
图3为本发明所涉及的焊接方法过程示意图，其中图3（a）旋转刀柄焊接面靠近焊料；图3（b）刀柄焊接面搅动、压合熔融状态的焊料；图3（c）刀柄焊接面带动刀头一起转动。
其中各标号名称：1-底座，2-定位轴，3-导向槽，4-套筒，5-弹簧，6-止推轴承Ⅰ，7-焊接转台，701-定位浅孔，8-夹头，9-传动轴，10-止推轴承Ⅱ，11-平板，12-档环，13-皮带轮传动组件，14-电机，15-升降机构，16-立板，17-高频感应加热系统，1701-感应线圈， 19-刀柄，20-超硬刀头，21-焊料。
具体实施方式
本发明涉及一种用于超硬微刀具刀柄、刀头焊接的方法与装置，尤其适用于硬质合金微细刀柄与PCD（聚晶金刚石）微小刀头的高效、高强度焊接。
采用本发明所述的装置焊接超硬微刀具刀柄、刀头毛坯的主要步骤如下：
步骤1，将待焊接刀柄19安装到夹头8上，并夹紧刀柄尾部；并将刀头材料20放置在焊接转台7的定位浅孔701内；
步骤2，在超硬刀头20的焊接面上涂上焊料21，将高频感应加热线圈1701移至待加热区域，使线圈中心靠近焊接面，见图3（a）；
步骤3，调节升降台15，使刀柄下端焊接面穿过加热线圈20靠近焊料21上方3至5mm处，启动电机14，通过皮带轮带动传动轴9以40至60转/分钟的转速转动，同时启动高频感应加热系统17，通过线圈1701对焊接区域进行加热，直至焊料呈熔融状态，见图3（b）；
步骤4，继续调节升降台15，使刀柄继续缓慢压向焊接面，直至将弹簧压5至设定载荷，在摩擦力作用下带动超硬刀头20、焊接转台7一起转动，见图3（c）。
步骤5，对焊接区进行保温片刻，关闭高频感应加热系统，待焊接区自然冷却后关闭电机，调节升降台，取下焊接好的刀柄。
上述焊接平台为圆形，可绕其轴心轴线自由旋转。刀柄绕其轴线进行低速旋转，转速为40~60转每分钟。加热设备为高频感应加热设备，低温保温的温度约为200摄氏度左右。上述步骤3中刀柄焊接面与刀头焊接面缓慢压合过程包含了刀柄焊接面对熔融状态焊料的搅合与压平。
如图1，一种实现超硬微铣刀刀柄、刀头快速焊接的装置，该装置包括底座1、导向槽3、通过螺纹连接在底座上的定位轴2、置于定位轴上端的弹簧5、套在定位轴2及弹簧5上的套筒4和安装于套筒顶部的焊接转台7。上述装置还包括垂直底座的立板16、安装于立板上的升降机构15、连接在升降机构上的平板11。上述平板前端开有通孔与传动轴9相连，后端装有电机14，电机输出端与传动轴输入端通过皮带轮传动组件13连接；传动轴输出端装有用于夹持刀柄的夹头8。
上述焊接转台7由耐高温陶瓷材料制成，顶部表面加工有用于放置刀头材料的定位浅孔701。传动轴9、夹头8组件的回转中心与焊接转台7的回转中心保持在同一直线上，通过调节升降机构15上下运动。套筒4顶部与焊接转台7通过止推轴承Ⅰ6相连接；套筒4内孔与定位轴2小间隙配合，可沿导向槽3上下滑动。导向槽3上标有刻度，用于指示弹簧压缩量。传动轴9通过止推轴承Ⅱ10安装于平板上，上伸出端通过螺纹连接装有挡环12。
    本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于超硬微刀具快速焊接的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将刀头焊接面朝上垂直放置，在刀头焊接面上均匀布上焊料；将刀柄焊接面朝下竖直夹持，使刀柄轴心与刀头轴线重合，并使刀柄焊接面靠近焊料上方3~5mm处；
2）开启加热设备加热焊料至融化并保温，同时使刀柄绕其轴线进行低速旋转，之后将焊接面缓慢靠近焊料；
3)继续使刀柄焊接面靠近焊料，直至压上焊料，并保持压力将刀柄与刀头压合，直至刀头与焊接平台在摩擦力作用下随刀柄一起转动；
4)降低加热温度，对焊接区低温保温；然后关闭加热设备，使焊接区自然冷却；最后停止刀柄转动，取下焊接好的刀具。
2.根据权利要求1所述的用于超硬微刀具快速焊接的方法，其特征在于：步骤2）中刀柄绕其轴线进行低速旋转的转速为40~60转每分钟。
3.根据权利要求1或2所述的用于超硬微刀具快速焊接的方法，其特征在于：步骤2）中的加热方式为高频感应加热。
4.根据权利要求1或2所述的用于超硬微刀具快速焊接的方法，其特征在于：步骤4）中低温保温的温度为180-220摄氏度。
5.一种实现权利要求1所述超硬微刀具快速焊接的装置，其特征在于：该装置包括刀头夹持机构和刀柄夹持机构，其中：
刀头夹持机构包括底座（1）、安装在底座上的定位轴（2）、置于定位轴上端的弹簧（5）、套在定位轴（2）及弹簧（5）上的套筒（4），安装于套筒顶部的并可以沿其轴线自由旋转的焊接转台（7）； 
刀柄夹持机构包括垂直于底座（1）的立板（16），安装于立板上的升降机构（15），连接在升降机构上的平板（11）；上述平板前端开有通孔与传动轴（9）相连，后端装有电机（14），电机输出端与传动轴输入端通过皮带轮传动组件（13）连接；传动轴输出端装有用于夹持刀柄的夹头（8），所述夹头（8）的轴线与焊接转台（7）的轴线重合。
6.根据权利要求5所述的实现超硬微刀具快速焊接的装置，其特征在于：套筒（4）边缘设有凸块，对应凸块在底座（1）上垂直设有导向槽（3），凸块可沿导向槽（3）滑动。
7.根据权利要求5或6所述的实现超硬微刀具快速焊接的装置，其特征在于：所述焊接转台（7）由耐高温陶瓷材料制成，顶部表面加工有用于放置刀头材料的定位浅孔（701）。
8.根据权利要求5或6所述的实现超硬微刀具快速焊接的装置，其特征在于：所述焊接转台（7）通过止推轴承Ⅰ（6）与套筒（4）顶部相连接，可自由转动；套筒（4）内孔与定位轴（2）小间隙配合，可沿导向槽（3）上下滑动。
9.根据权利要求6所述的实现超硬微刀具快速焊接的装置，其特征在于：导向槽（3）上标有用于指示弹簧压缩量的刻度。
10.根据权利要求5或6所述的实现超硬微刀具快速焊接的装置，其特征在于：传动轴（9）通过止推轴承Ⅱ（10）安装于平板上，上伸出端通过螺纹连接装有挡环（12）。
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