CN110315179B - 一种超声波钛合金刀具的加工制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种超声波钛合金刀具的加工制造方法，本发明涉及超声波切割刀具技术领域，尤其是指一种超声波钛合金刀具及加工制造方法。是通过如下技术方案实现：应用专利号为“201811602433.9”、专利名称为“原子焊扩散设备”，在特定条件下，通过专用治具对作为超声波传导的钛合金刀柄与耐磨耐热的高速钢刀片的接触区域进行真空原子扩散焊接。本发明是通过物件接触面之间的原子相互扩散、融合形成可靠联接，获得具有强度高的超声波切割刀具产品，其使用寿命高达120‑150天，是传统接合工艺的3‑4倍，大大提高了超声波刀具使用寿命，降低了使用超声波刀具成本。

Description

一种超声波钛合金刀具的加工制造方法
技术领域
本发明涉及超声波切割刀具技术领域，尤其是指一种超声波钛合金刀具及加工制造方法。
背景技术
超声波刀具主要切割的物品包括ABS、PE、亚克力等塑料材质；尼龙、不尘布、瓦楞板、无纺布、厚纸板、天然及合成橡胶等等产品。
超声波刀具主要切割的物品包括ABS、PE、亚克力等塑料材质；尼龙、不尘布、瓦楞板、无纺布、厚纸板、天然及合成橡胶等等产品。
超声波切割原理是超声波发生器将50/60Hz的电信号转换成20k-40kHz的高频电信号，并传输给超声波换能器，超声波换能器再将高频电信号转换给同等频率的机械振动，随后机械振动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到切割刀。切割刀将接收到的振动能量传递到待切割工件的切割面，在该区域，振动能量通过激活橡胶分子能，打开分子链的方式对胶料进行切割。简而言之就是利用超声波能量，将被切割材料的局部加热熔化，在手动压力下将连在一起的材料分开，以达到切割的目的。
由于钛合金具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点，故被广泛应用于各个领域。更是因为在金属材料中，钛合金传导超声波的效率比较高，被运用在超声波领域。传统超声波切割刀具整体均使用钛合金材料，但随着科学技术的迅猛发展和工业生产需求，钛合金因硬度低，耐磨性低，导致切削材料过程容易磨损，使用寿命低。鉴于此，人们出于对成本的考虑，将用于超声波传导的刀柄仍使用钛合金材料，用于切削材料的刀片改用硬度高、耐磨性高和耐热性高的高速钢，两者再组合成新的超声波切割刀具。
目前超声波切割刀片最常见的接合工艺是螺丝紧固。螺丝紧固接合工艺简单方便，但螺丝紧固接合使用寿命短，由于螺丝与超声波刀片存在间隙，在超声波振动和切削力的作用下会产生摩擦热，导致超声波刀片接合位置过烧、变形和钝化等现象，以及长时间在超声波振动和切削力的作用下会导致螺丝松动，需经常检查螺丝松紧情况，整体使用寿命为30-40天。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，而提供一种超声波钛合金刀具的加工制造方法。
本发明是通过如下技术方案实现：一种超声波钛合金刀具的加工制造方法，应用专利号为“201811602433.9”、专利名称为“原子焊扩散设备”，在特定条件下，通过专用治具作为超声波传导的钛合金刀柄与耐磨耐热的高速钢刀片的接触区域进行真空原子扩散焊。
接所述的特定条件为：在焊接过程中，在高真空环境（真空度为：5.8X101Pa～1X10-2Pa）和对焊接面施加压力为（50N～5000N）条件下，焊接面通过脉冲大电流为（1KA～5KA）产生电阻热，快速升温达到两种材料原子活化状态为（800℃-900℃），使两种材料接触面之间的活化原子相互扩散、融合形成高强度的焊接接头，然后快速冷却降温，获得具有强度高的超声波切割刀具产品。焊接所需时间在30s左右。
所述的专用治具由导电块、限位柱、定位模具及加热块组成，两块加热块面对面的分别嵌设在上、下设置的导电块之间，两个限位柱固连于定位模具对角位置，且支顶在上、下设置的导电块之间，位于导电块之间的钛合金刀柄及高速钢刀片由定位模具及限位柱定位在治具的中心线上，分别定位于定位模具的钛合金刀柄定位块及高速钢刀片定位块之中，设置的导电块之间的加热块分别顶抵在钛合金刀柄的上下压合部。
所述的导电块为紫铜。
所述的加热块为石墨。
所述的限位柱为陶瓷。
所述的两个限位柱固连于定位模具对角位置，即以钛合金刀柄及高速钢刀片的轴线偏转4 5 º。
本发明是通过物件接触面之间的原子相互扩散、融合形成可靠联接，从而获得具有强度高的超声波切割刀具产品，其使用寿命高达120-150天，是传统接合工艺的3-4倍，大大提高了超声波刀具使用寿命，降低了使用超声波刀具成本。
附图说明：
附图1为本发明主视图；
附图2为本发明剖视图；
附图3为本发明俯视图；
附图4为本发明立体图。
具体实施方式：
见附图1～4，一种超声波钛合金刀具的加工制造方法，应用专利号为“201811602433.9”、专利名称为“原子焊扩散设备”，在特定条件下，通过专用治具对作为超声波传导的钛合金刀柄与耐磨耐热的高速钢刀片的接触区域进行真空原子扩散焊接。
所述的特定条件为：在焊接过程中，在高真空环境（真空度为：5.8X101Pa～1X10- 2Pa）和对焊接面施加压力为（50N～5000N）条件下，焊接面通过脉冲大电流为（1KA～5KA）产生电阻热，快速升温达到两种材料原子活化状态为（800℃-900℃），使两种材料接触面之间的活化原子相互扩散、融合形成高强度的焊接接头，然后快速冷却降温，获得具有强度高的超声波切割刀具产品。整个焊接所需时间在30s左右。
所述的专用治具由导电块1、限位柱2、定位模具3及加热块4组成，两块加热块4面对面的分别嵌设在上、下设置的导电块1之间，两个限位柱2固连于定位模具3对角位置，且支顶在上、下设置的导电块1之间，位于导电块1之间的钛合金刀柄A及高速钢刀片B由定位模具及限位柱定位在治具的中心线上，分别定位于定位模具3的钛合金刀柄定位块32及高速钢刀片定位块31之中，设置的导电块1之间的加热块4分别顶抵在钛合金刀柄A的上下压合部。
所述的导电块1为紫铜。
所述的加热块4为石墨。
所述的限位柱2为陶瓷。
所述的两个限位柱2固连于定位模具3对角位置，即以钛合金刀柄A及高速钢刀片B的轴线偏转4 5 º。
应用本发明时，将已放入专用治具的导电块1内需要焊接的钛合金刀柄A及高速钢刀片B放入专利名称为“原子焊扩散设备”、专利号为“201811602433.9”的工作台上，根据设计需求，在需要焊接的钛合金刀柄A及高速钢刀片B的接触面，进行真空原子扩散焊接。在焊接过程中，在高真空环境（真空度为：5.8X101Pa～1X10-2Pa）和对焊接面施加压力为（50N～5000N）条件下，焊接面通过脉冲大电流为（1KA～5KA）产生电阻热，快速升温达到两种材料原子活化状态为（800℃-900℃），使两种材料接触面之间的活化原子相互扩散、融合形成高强度的焊接接头，然后快速冷却降温，获得具有强度高的超声波切割刀具产品，整个焊接所需时间在30s左右。

Claims (5)

1.一种超声波钛合金刀具的加工制造方法，其特征在于：应用原子焊扩散设备，在特定条件下，通过专用治具对作为超声波传导的钛合金刀柄与耐磨耐热的高速钢刀片的接触区域进行真空原子扩散焊接；所述原子焊扩散设备由机台、压入单元、操作单元、焊接保护单元及电源组成，电源通过电极接设于被加工零件的两端，操作单元与电源电连接，压入单元作用于被加工零件上，焊接保护单元固定于机台上，且环设在被加工零件的加工面的四周；所述的专用治具由导电块、限位柱、定位模具及加热块组成，两块加热块面对面的分别嵌设在上、下设置的导电块之间，两个限位柱固连于定位模具对角位置，且支顶在上、下设置的导电块之间，位于导电块之间的钛合金刀柄及高速钢刀片由定位模具及限位柱定位在治具的中心线上，分别定位于定位模具的钛合金刀柄定位块及高速钢刀片定位块之中，设置的导电块之间的加热块分别顶抵在钛合金刀柄的上下压合部；所述的特定条件为：在高真空度为5.8X101Pa～1X10-2Pa和对焊接面施加压力为50N～5000N条件下，焊接面通过为1KA～5KA脉冲大电流产生电阻热，快速升温为800℃-900℃，达到两种材料原子活化状态，使两种材料接触面之间的活化原子相互扩散、融合形成高强度的焊接接头，然后快速冷却降温，获得具有强度高的超声波切割刀具产品，整个焊接所需时间在30s左右；焊接时，将需要进行焊接的钛合金刀柄及高速钢刀片放入专用治具的导电块内，放入机台上的焊接保护单元之中，且使喷管上的通孔环绕钛合金刀柄及高速钢刀片的加工面，通过外部的惰性气体源接入到支架内，并通过喷管上的通孔环绕钛合金刀柄及高速钢刀片的加工面进行吹气动作；与此同时，通过压入单元给钛合金刀柄及高速钢刀片提供所需设定的压力；通电，电源在加工过程中给钛合金刀柄及高速钢刀片施加恒定频率的脉冲，操作单元控制压力及恒定频率的脉冲，惰性气体检测探头随时检测钛合金刀柄及高速钢刀片加工面的惰性气体浓度；并对钛合金刀柄及高速钢刀片的接触部位进行加热，使得激活钛合金刀柄及高速钢刀片内部分子结构，促使分子结构加速运动，并扩散至与其接壤的相邻钛合金刀柄及高速钢刀片的内部，从而达到接合的目的。
2.根据权利要求1所述的一种超声波钛合金刀具的加工制造方法，其特征在于：所述的导电块为紫铜。
3.根据权利要求1所述的一种超声波钛合金刀具的加工制造方法，其特征在于：所述的加热块为石墨。
4.根据权利要求1所述的一种超声波钛合金刀具的加工制造方法，其特征在于：所述的限位柱为陶瓷。
5.根据权利要求1所述的一种超声波钛合金刀具的加工制造方法，其特征在于：所述的两个限位柱固连于定位模具对角位置，即以钛合金刀柄及高速钢刀片的轴线偏转4 5 º。
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