CN104625982A - 超硬磨料线锯的电阻加热钎焊连续制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超硬磨料线锯的电阻加热钎焊连续制备装置及制备方法，该装置包括具有中部进气口和两端出气口的管状气体保护腔、连接到气体保护腔内接触电极的电源，以及牵引线锯通过两出气口穿过气体保护腔的牵引机构，通过线锯基体的电阻热效应对其表面的磨粒进行钎焊。该制备方法包括气体保护、线锯基体通电加热、高温钎焊和连续加热等。运用该方法制备的线锯可以保证线锯基体在高温加热时其机械性能损失较小，钎焊后线锯具备较高的抗拉强度、疲劳强度。而且制备速度快，易于实现自动化生产。所制备的线锯广泛应用于矿山开采、木材加工、精密成形切割等领域。

Description

超硬磨料线锯的电阻加热钎焊连续制备装置及制备方法

技术领域

本发明涉及一种线锯条的制备装置和制备方法，特别涉及一种通电加热线锯基体钎焊磨粒制备超硬磨料线锯的工艺方法。

背景技术

超硬磨料线锯如金刚石线锯多用于切割硬脆材料，少部分应用于切割金属构件，由于金刚石线锯可做成形切割，切割精度高，因此在矿山开采、石材加工、精密切割等方面有着广泛的应用。目前市场现有的制备金刚石线锯的方法主要有机械镶嵌法、电镀法、树脂结合剂法，但线锯基体与金刚石磨粒为物理结合，把持力小，磨粒易脱落，线锯寿命短。而钎焊金刚石是将钎料在高温下熔化与金刚石磨粒发生化学冶金结合，结合强度大，磨粒出露高，容屑空间大。

钎焊加热的方法有感应加热，激光加热，炉中加热等几种方式，由于熔化钎料的温度多在800度以上，加热时间往往较长，因此以上加热方式易对线锯基体及磨粒造成热损伤，而且设备的结构相对复杂，对钎焊加工状态很难实现可视化，导致加热参数调整有一定的延迟，影响了整体的良品率，设计一种设备结构简单、加热温度可控且可实时观察钎焊状态的超硬磨料线锯钎焊装置已成为亟待解决的技术问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种钎焊制作超硬合金线锯的新方法，它能在磨粒不受热损伤的前提下，在赋予磨料具有极高的化学结合强度的同时，赋予线锯基体较高的抗拉强度、疲劳强度，从而使新工艺制备的金刚石线锯同时具有高的锋利度、加工效率和使用寿命的超级综合性能优势。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的超硬磨料线锯的电阻加热钎焊连续制备装置，包括狭长的管状气体保护腔，所述气体保护腔的两端具有用于穿过线锯的第一出气口和第二出气口，所述气体保护腔外具有用于牵引线锯运动的牵引机构：所述气体保护腔的中部具有进气口，气体保护腔内靠近第一出气口和第二出气口的位置分别设置有接触电极，所述接触电极连接到电源。

具体地，为了充分利用气体保护腔内的空间，减少保护气体耗用量，所述第一出气口和第二出气口处于气体保护腔的中轴线上，所述第一出气口和第二出气口的内径小于气体保护腔的内径。

具体地，为了便于控制加热温度与升温速度，所述电源为电流恒定的直流电源或交流电源。

具体地，为了实时观察钎焊状态，及时调整工艺参数，所述气体保护腔由透明的耐高温材料制成。

具体地，所述接触电极所述接触电极为半圆弧形结构，圆弧半径与线锯半径一致，由控制系统控制接触电极与线锯的接触与离开，需要加热时，接触电极压在线锯表面，通过焊粉的导电作用对焊粉与锯丝基体进行加热；加热停止后，接触电极离开线锯表面。

本发明同时提出使用上述装置连续制备超硬磨料线锯方法，包括以下步骤：

1）选取大电阻耐高温的材料作为线锯基体，并在其表面涂覆钎焊材料与超硬磨料；

2）将涂覆后的线锯基体穿过气体保护腔并连接到牵引装置上，使气体保护腔内线锯基体的两端分别与接触电极相接触；

3）将保护气体通过进气口通入气体保护腔中；

4）将电极与电源接通，在电流作用下利用线锯基体的电阻产生热量并升温，该加热效应融化钎焊材料并将超硬磨料钎于线锯基体上；

5）牵引装置带动线锯移动，线锯部分移动进入气体保护腔，加热时停止移动，待该部分加热完毕并冷却后移动到腔外，其后的未加热部分进入腔内，继续被加热。

具体地，所述保护气体是氮气、氩气、氦气、二氧化碳等不与焊料成分、基体成分、磨粒成分等发生强化学反应的气体。

具体地，所述超硬磨料是人造金刚石、聚晶金刚石、硬质合金、CBN中的一种或几种。

有益效果：本发明所提供的线锯制备工艺，拓展了线锯制备方法，提供了一条高效快速制备高性能金刚石线锯的新途径。其利用高温加热将超硬磨料钎焊至线锯基体上制备线切割工具，可应用于使用超硬磨料如人造金刚石、聚晶金刚石、硬质合金、CBN等制备线锯。由此工艺方法制备的金刚石线锯不仅可以用于切割石材、木材，还可以切割金属板材以及陶瓷材料等。应用范围广泛。制备成线锯可做线切割运动，可对板材进行成形切割，减少了原材料浪费与后续数控加工量，而且也极有可能较好地解决金属间化合物基复合材料、耐高温陶瓷结构材料等新型难加工材料的高效成形切割问题。

本发明采用耐高温的电热丝做为线锯基体，利用焦尔定律对基体通电流使其升温，加热到钎料熔化，将固着的金刚石包埋并发生化学结合，制备成金刚石线锯。所制备的金刚石线锯将钎焊金刚石的高结合强度与线锯基体耐高温、低温强度高的特性合理地结合起来，使金刚石线锯具有了更优异的性能，并且扩展了金刚石线锯的制备方法。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的超硬磨料线锯的电阻加热钎焊连续制备装置及其制备方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例结构示意图；

图中：1电源，2金刚石线锯，3气体保护腔，4惰性气体，5出气口，6进气口。

具体实施方式

实施例：

本实施例的金刚石线锯连续制备装置如图1所示，包括电源1、金刚石线锯2、气体保护腔3和惰性气体4，其中气体保护腔3两端有出气口5，中部有进气口6，金刚石线锯2可从气体保护腔3的左端进入，并从右端出。

钎焊前，向气体保护腔3中通入惰性气体4，惰性气体从进气口6中进入，由于进入的气体有一定的压力，惰性气体4从两端出气口5流出。排出腔内空气后，在腔内提供了一个保护气氛。

在靠近腔体两端的出气口5的内侧均设有接触电极，两接触电极分别连接到外部的电源1的两极。接触电极采用一对半圆弧形的夹状结构，其圆弧半径与线锯半径一致，由控制系统控制接触电极与线锯表面的接触与离开。

当需要加热时，两端的接触电极分别压在腔体内线锯两端的表面形成可靠的面接触，使得气体保护腔3内金刚石线锯2两端存在电压，利用焊粉的导电作用和焦尔定律，待焊线锯作为电热丝，其上通过电流使其产生大量热能，所产生的热量将涂覆于其表面的钎料熔化，并包埋金刚石磨粒，达到了钎焊的目的。加热停止后，接触电极离开线锯表面，待管内线锯在焊后冷却一段时间后便可移出，新的待焊线锯进入腔体内，然后继续进行电阻钎焊，便可实现线锯的连续生产。由于气体保护腔3采用透明材料所制，可以透过腔体观察钎焊状态，以便进行调整与控制。

线锯所用的大电阻耐高温材料可以选自：镍铬丝、铁铬铝钢丝0Cr21A16Nb，以铁铬铝钢丝为例，0.7mm直径情况下其最高耐热温度达1100℃。

铁铬铝电热合金其使用温度高，最高使用温度可达1400℃，如0Cr21A16Nb、0Cr27A17Mo2等，使用寿命长、表面负荷高、抗氧化性能好、电阻率高，价格便宜。镍铬丝高温使用下不易变形，其结构不易改变，塑性较好，易修复，其辐射率高，无磁性，耐腐蚀性强，使用寿命长。

以用于硬脆材料如单晶硅、多晶硅、石英、陶瓷等材料的精密切割的环形线锯的制备为例，环形线锯总长约2.5m,基体直径0.8mm,磨粒粒度100目（约0.15mm）采用金刚石磨粒，利用氮气保护电阻焊，设计气体保护腔直径约120mm，长度500mm,每次加热长度350mm,电流可调，范围0～150A，钎焊时，通电电流为80A，通电时间25～30s,根据钎焊情况适当调整。

经钎焊加热后得到的环形线锯磨粒焊接强度高，钎焊速度快，工艺稳定，与传统的适宜制备线锯的感应钎焊加热相比，其加热速率可提高5倍以上，且受热更为均匀，所制得的线锯在各段上的结构、强度等参数具有更好的一致性。

上述装置的制备方法，包括线锯基体通电加热升温工艺，高温钎焊工艺，气体保护工艺，金刚石线锯的连续加热工艺。分别叙述如下：

（1）线锯基体通电加热升温工艺

此工艺是利用导体的焦尔定律，在线锯基体的两端施加一个稳定电压，由于线锯基体为金属，在电压的作用下基体内部产生电流，并按焦尔定律产生热量升温，调整电压的大小，即可将线锯基体加热到不同的温度。合适的温度为钎料熔化的温度。

（2）高温钎焊工艺

本工艺是利用线锯基体在电压作用下所产生的热量将涂覆在线锯基体表面的钎焊熔化，金刚石磨粒被包埋。本工艺的特点是采用特制的钎料使金刚石磨粒与钎料发生了化学冶金结合，线锯基体与钎料发生扩散结合。钎料中的元素可以保证钎焊后线锯具有一定的弯曲性能及延展性。

（3）气体保护工艺

本工艺的目的是为高温钎焊提供一个保护气氛，保护线锯基体不被氧化，保护金刚石磨粒不被石墨化。此工艺的主要设备为一个透明的耐高温材料所制备的保护腔，腔体中部有一端口，惰性气体从口中进入，由于进入的气体有一定的压力，惰性气体从保护腔的两端流出。排出腔内空气，提供一个保护气氛。

（4）金刚石线锯的连续加热工艺

本工艺的目的是提高金刚石线锯的制备效率。在实际生产过程中，生产效率是决定效益的关键因素之一，因此为了提高制备线锯的效率，本专利采用连续加热钎焊的方法，线锯基体上均匀涂覆金刚石磨粒与钎料后，穿过气体保护腔，加热时线锯停止移动，待加热完毕后，冷却一段时间，然后线锯移动，未加热部分再进入腔内，继续被加热，实现了线锯的连续加热钎焊。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种超硬磨料线锯的电阻加热钎焊连续制备装置，包括狭长的管状气体保护腔，所述气体保护腔的两端具有用于穿过线锯的第一出气口和第二出气口，所述气体保护腔外具有用于牵引线锯运动的牵引机构，其特征在于：所述气体保护腔的中部具有进气口，气体保护腔内靠近第一出气口和第二出气口的位置分别设置有接触电极，所述接触电极连接到电源。

2.根据权利要求1所述的超硬磨料线锯的电阻加热钎焊连续制备装置，其特征在于：所述第一出气口和第二出气口处于气体保护腔的中轴线上，所述第一出气口和第二出气口的内径小于气体保护腔的内径。

3.根据权利要求1所述的超硬磨料线锯的电阻加热钎焊连续制备装置，其特征在于：所述电源为电流恒定的直流电源或交流电源。

4.根据权利要求1所述的超硬磨料线锯的电阻加热钎焊连续制备装置，其特征在于：所述气体保护腔由透明的耐高温材料制成。

5.根据权利要求1所述的超硬磨料线锯的电阻加热钎焊连续制备装置，其特征在于：所述接触电极为半圆弧形结构，圆弧半径与线锯半径一致，由控制系统控制接触电极与线锯的接触与离开，需要加热时，接触电极压在线锯表面，通过焊粉的导电作用对焊粉与锯丝基体进行加热；加热停止后，接触电极离开线锯表面。

6.一种使用如权利要求1所述的装置连续制备超硬磨料线锯方法，其特征在于包括以下步骤：

1）选取大电阻耐高温的材料作为线锯基体，并在其表面涂覆钎焊材料与超硬磨料；

2）将涂覆后的线锯基体穿过气体保护腔并连接到牵引装置上，使气体保护腔内线锯基体的两端分别与接触电极相接触；

3）将保护气体通过进气口通入气体保护腔中；

4）将电极与电源接通，在电流作用下利用线锯基体的电阻产生热量并升温，该加热效应融化钎焊材料并将超硬磨料钎于线锯基体上；

5）牵引装置带动线锯移动，线锯部分移动进入气体保护腔，加热时停止移动，待该部分加热完毕并冷却后移动到腔外，其后的未加热部分进入腔内，继续被加热。

7.按权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述保护气体是氮气、氩气、氦气、或二氧化碳。

8.按权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述超硬磨料是人造金刚石、聚晶金刚石、硬质合金、CBN中的一种或几种。