CN105136575A - 一种焊接式超硬刀片机械性能测试装置与方法 - Google Patents

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沈春根
王贵成
曾欠欢
李超
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Abstract

本发明提供了一种焊接式超硬刀片机械性能测试方法，具体为：(1)在基座的一端开设与待检测超硬刀片相配合的刀坑，在基座上制作出安装孔；(2)将刀杆的一端铣成定位平面，在定位平面上开设与安装孔相对应的通孔；(3)将未经切割的复合片的两端分别焊接于两个基座的刀坑中，形成两个刀片钎缝；(4)通过螺母和螺栓将焊接好的复合片和基座拧紧固定在所述刀杆的定位平面上；(5)将两个刀杆的另一端分别固定在拉力机夹头上，调整拉力机夹头的夹紧力大小，启动拉力测试机，直至刀片钎缝断裂失效，从而测试出刀片上钎缝抗拉强度的极限应力。整套装置结构清晰、操作简单，解决了现有焊接式超硬刀片因刀片尺寸微小而不易装夹、连接和测量的不足。

Description

一种焊接式超硬刀片机械性能测试装置与方法
技术领域
本发明属于机械性能测试领域，尤其是涉及一种焊接式超硬刀片机械性能测试装置与方法。
背景技术
随着高速加工的广泛应用，PCD和PCBN焊接式超硬刀片与焊接式超硬刀具越来越多的被运用于实际切削加工中，对焊接式超硬刀具机械性能的测试和超硬刀具失效机理研究也越来越多。大量事实说明：由于焊缝强度过低导致切削过程中超硬复合片从基座上脱落的现象最为常见，因此对焊接式超硬刀具或者超硬刀片进行焊缝抗拉强度的检测非常重要。在现有的研究中，有关超硬刀具焊缝抗拉强度检测的研究非常少，几乎为空白，究其原因，主要是由于焊接式超硬刀片上的超硬复合片尺寸很小，直接利用测量设备去测试其抗拉强度、抗弯强度等机械性能时，由于其和测试设备的装夹和连接很不方便，很难和拉力测试机等测试设备进行配合来测试其性能参数，这样就影响了对焊接式超硬刀具机械性能测试的深入研究。
发明内容
针对现有技术中存在超硬刀具焊缝抗拉强度检测研究缺乏的不足，本发明提供了一种焊接式超硬刀片机械性能测试装置与方法，利用该方法能够方便、合理的将焊接式超硬刀片和超硬刀具固定于测量设备的连接夹头上，实现对超硬刀具焊接质量和机械性能的测试。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种焊接式超硬刀片机械性能测试方法，包含下列步骤：
S1：在基座的一端开设与待检测超硬刀片相配合的刀坑，按照待检测超硬刀片压紧孔的形状和尺寸在基座上制作出安装孔；
S2：将刀杆的一端铣成定位平面，在定位平面上开设与安装孔相对应的通孔；
S3：按照制作待检测超硬刀片的焊接工艺将未经切割的复合片的两端分别焊接于两个基座的刀坑中，形成两个刀片钎缝；
S4：通过螺母和螺栓将焊接好的复合片和基座拧紧固定在所述刀杆的定位平面上，其中刀杆、螺栓和基座的结构强度均远大于刀片钎缝的强度；
S5：最后将两个刀杆的另一端分别固定在拉力机夹头上，调整拉力机夹头的夹紧力大小，启动拉力测试机，此时两个拉力机夹头向相反的方向运动，将施加载荷通过刀杆、螺栓、基座传递到刀片钎缝上，随着拉力机工作载荷的逐渐增大，刀片钎缝受到的外加载荷也越来越大，直至刀片钎缝断裂失效，从而测试出刀片上钎缝抗拉强度的极限应力。
进一步的，步骤S1中所述基座为硬质合金基座或硬质合金刀杆或者合金钢刀杆。
进一步的，步骤S1中所述基座为硬质合金基座，在硬质合金基座的一端开设三角形的刀坑，所述刀坑与待检测超硬刀片的宽度相同。
进一步的，步骤S1中所述刀坑采用电火花加工，脉冲电源为120V，脉冲宽度为50μs。
进一步的，步骤S2中所述刀杆直径为35mm，材料为40Cr，硬度为HRC28～32，抗拉强度不低于900MPa，弹性模量不低于211GPa。
进一步的，步骤S3中所述焊接工艺为高频感应钎焊工艺，即在焊接前先用丙酮清洗去除复合片和硬质合金基座表面的油污，然后在硬质合金基座的刀坑处添加QJ102钎剂进行加热焊接，焊接温度为700℃。
进一步的，步骤S3中所述复合片为PCD复合片或PCBN复合片或超硬复合片。
一种焊接式超硬刀片机械性能测试装置，包括两个刀杆、两个拉力机夹头、两个螺母和两个螺栓，每个所述刀杆的一端连接拉力机夹头，另一端铣成定位平面；所述定位平面上开有通孔；所述通孔内安装有螺母和螺栓；两个所述拉力机夹头的水平轴线相同。本发明的有益效果：
本发明所述的焊接式超硬刀片机械性能测试装置与方法，采用与待检测超硬刀片相同的制作工艺而制得复合片和两个基座的组合结构；将刀杆的一端铣成定位平面，并在上面固定组合结构；同时在刀杆另一端连接拉力机夹头，通过两端拉力机夹头施加大小相等、方向相反的力测试出刀片上钎缝抗拉强度的极限应力；整套装置结构清晰、操作简单，解决了现有焊接式超硬刀片因刀片尺寸微小而不易装夹、连接和测量的不足，该检测装置及方法为类似的焊接式超硬刀片和超硬刀具的机械性能检测提供了一种新的思路，也为今后制定超硬刀具焊接质量和机械性能评判规范和标准，提供了实际机械性能参数的测试方法。
附图说明
图1为本发明所述焊接式超硬刀片机械性能测试装置的结构图。
图2为本发明所述焊接式超硬刀片机械性能测试装置的剖视图。
附图标记说明如下：
1-复合片，2-刀片钎缝，3-基座，4-刀杆，5-螺母，6-螺栓，7-拉力机夹头，301-刀坑，302-安装孔，401-定位平面，402-通孔。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，一种焊接式超硬刀片机械性能测试装置，包括两个刀杆4、两个拉力机夹头7、两个螺母5和两个螺栓6，每个所述刀杆4的一端均连接一个拉力机夹头7，另一端铣成定位平面401；所述定位平面401上开有通孔402；所述通孔402通过螺母5和螺栓6固定连接焊接有复合片1的基座3；所述基座3可以为硬质合金基座或硬质合金刀杆或者合金钢刀杆；所述复合片1为PCD复合片或PCBN复合片或超硬复合片；两个所述拉力机夹头7的水平轴线相同。
利用该测试装置的测试方法主要包含以下步骤：
S1：选取基座3为硬质合金基座，在基座3的一端开设与待检测超硬刀片相配合的刀坑301，即在硬质合金基座的一端开设三角形的刀坑301，所述刀坑301与待检测超硬刀片的宽度相同；该刀坑301采用电火花加工，脉冲电源为120V，脉冲宽度为50μs；随后按照待检测超硬刀片压紧孔的形状和尺寸在基座3上制作出安装孔302。
S2：选取刀杆4，其直径为35mm，材料为40Cr，硬度为HRC28～32，抗拉强度不低于900MPa，弹性模量不低于211GPa；将刀杆4的一端铣成定位平面401，在定位平面401上开设与安装孔302相对应的通孔402。
S3：选取复合片1为PCD复合片；按照制作待检测超硬刀片的焊接工艺将未经切割的复合片1的两端分别焊接于两个基座3的刀坑301中，形成两个刀片钎缝2，作为被测试的试样，主要测试焊接件的焊缝强度；所述焊接工艺为高频感应钎焊工艺，即在焊接前先用丙酮清洗去除PCD复合片和硬质合金基座表面的油污，然后在硬质合金基座的刀坑处添加QJ102钎剂进行加热焊接，焊接温度为700℃。
S4：通过螺母5和螺栓6将焊接好的PCD复合片和硬质合金基座拧紧固定在所述刀杆4的定位平面401上，其中刀杆4、螺栓6和基座3的结构强度均远大于刀片钎缝2的强度；
S5：最后将两个刀杆4的另一端分别固定在拉力机夹头7上，调整拉力机夹头7的夹紧力大小，启动拉力测试机，此时两个拉力机夹头7向相反的方向运动，将施加载荷通过刀杆4、螺栓6、基座3传递到刀片钎缝2上，随着拉力机工作载荷的逐渐增大，刀片钎缝2受到的外加载荷也越来越大，直至刀片钎缝2断裂失效，从而测试出刀片上钎缝抗拉强度的极限应力。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种焊接式超硬刀片机械性能测试方法，其特征在于，包含下列步骤：
S1：在基座(3)的一端开设与待检测超硬刀片相配合的刀坑(301)，按照待检测超硬刀片压紧孔的形状和尺寸在基座(3)上制作出安装孔(302)；
S2：将刀杆(4)的一端铣成定位平面(401)，在定位平面(401)上开设与安装孔(302)相对应的通孔(402)；
S3：按照制作待检测超硬刀片的焊接工艺将未经切割的复合片(1)的两端分别焊接于两个基座(3)的刀坑(301)中，形成两个刀片钎缝(2)；
S4：通过螺母(5)和螺栓(6)将焊接好的复合片(1)和基座(3)拧紧固定在所述刀杆(4)的定位平面(401)上，其中刀杆(4)、螺栓(6)和基座(3)的结构强度均远大于刀片钎缝(2)的强度；
S5：最后将两个刀杆(4)的另一端分别固定在拉力机夹头(7)上，调整拉力机夹头(7)的夹紧力大小，启动拉力测试机，此时两个拉力机夹头(7)向相反的方向运动，将施加载荷通过刀杆(4)、螺栓(6)、基座(3)传递到刀片钎缝(2)上，随着拉力机工作载荷的逐渐增大，刀片钎缝(2)受到的外加载荷也越来越大，直至刀片钎缝(2)断裂失效，从而测试出刀片上钎缝抗拉强度的极限应力。
2.根据权利要求1所述的一种焊接式超硬刀片机械性能测试方法，其特征在于，步骤S1中所述基座(3)为硬质合金基座或硬质合金刀杆或者合金钢刀杆。
3.根据权利要求2所述的一种焊接式超硬刀片机械性能测试方法，其特征在于，步骤S1中所述基座(3)为硬质合金基座，在硬质合金基座的一端开设三角形的刀坑(301)，所述刀坑(301)与待检测超硬刀片的宽度相同。
4.根据权利要求3所述的一种焊接式超硬刀片机械性能测试方法，其特征在于，步骤S1中所述刀坑(301)采用电火花加工，脉冲电源为120V，脉冲宽度为50μs。
5.根据权利要求1或2所述的一种焊接式超硬刀片机械性能测试方法，其特征在于，步骤S2中所述刀杆(4)直径为35mm，材料为40Cr，硬度为HRC28～32，抗拉强度不低于900MPa，弹性模量不低于211GPa。
6.根据权利要求1或2所述的一种焊接式超硬刀片机械性能测试方法，其特征在于，步骤S3中所述焊接工艺为高频感应钎焊工艺，即在焊接前先用丙酮清洗去除复合片(1)和硬质合金基座表面的油污，然后在硬质合金基座的刀坑处添加QJ102钎剂进行加热焊接，焊接温度为700℃。
7.根据权利要求1或2所述的一种焊接式超硬刀片机械性能测试方法，其特征在于，步骤S3中所述复合片(1)为PCD复合片或PCBN复合片或超硬复合片。
8.一种焊接式超硬刀片机械性能测试装置，其特征在于，包括两个刀杆(4)、两个拉力机夹头(7)、两个螺母(5)和两个螺栓(6)，每个所述刀杆(4)的一端连接拉力机夹头(7)，另一端铣成定位平面(401)；所述定位平面(401)上开有通孔(402)；所述通孔(402)内安装有螺母(5)和螺栓(6)；两个所述拉力机夹头(7)的水平轴线相同。
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