CN112548240A - 一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥，解决了整体硬质合金挤压丝锥易崩易断、成本高的问题，本发明包括刀头和刀柄，所述刀头材料为硬质合金，所述刀柄材料为钢，所述刀头与刀柄通过扩散焊接同轴线焊接。本发明具有使用寿命高、成本低等优点。

Description

一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥

技术领域

本发明涉及机加工技术领域，具体涉及一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥。

背景技术

挤压丝锥是利用金属塑性变形原理而加工内螺纹的一种新型螺纹刀具，挤压丝锥挤压内螺纹是无屑加工工艺，具有精度高、光洁度高、使用寿命长等优点。

随着科学的进步及技术发展的需要，出现了一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥，这种丝锥较一般的挤压丝锥：挤压力下降6％-30％、挤压螺纹表面粗糙度更低、挤压速度更高、寿命更长等优点。

常见的挤压丝锥普遍是通过普通高速钢制成，随着各种新兴材料的兴起，一种整体式硬质合金挤压丝锥随之问世，特别是在汽车行业，挤压丝锥的使用频率有增无减，这使得硬质合金挤压丝锥的市场日渐扩大，由于整体式硬质合金挤压丝锥具有很高的抗振性，在加工产品过程中易被折断崩齿，即在使用寿命上却始终未得到突破，故如何提高硬质合金挤压丝锥的使用寿命亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提高硬质合金挤压丝锥的使用寿命，本发明提供了解决上述问题的一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥。

本发明通过下述技术方案实现：

一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥，包括刀头和刀柄，所述刀头材料为硬质合金，所述刀柄材料为钢，所述刀头与刀柄通过扩散焊接同轴线连接。

在长期的硬质合金挤压丝锥的使用过程中发现，现有的硬质合金挤压丝锥总是发生崩断，而发生这一崩断现象的原因则是由于硬质合金的抗振性极差，这也意味着若要保证硬质合金的使用寿命，那么对于机床及夹头的精度的要求还需提高，特别是机床主轴的同心度、主轴与硬质合金挤压丝锥的同轴度、主轴与硬质合金挤压丝锥及底孔的同轴度，这不仅需要高精度的零件加工技术、机床装配技术，还需要加工人员高超的装夹技术，亦或者配备硬质合金挤压丝锥专用机床，前述两种方法成本非常高昂，且随着机床寿命的消耗，精度也随之受到影响，硬质合金挤压丝锥的崩断无可避免，从前述的使用现状来看，对于硬质合金挤压丝锥寿命的提高还应从硬质合金挤压丝锥本身着手，即使硬质合金挤压丝锥适应机床从而提升硬质合金挤压丝锥的使用寿命。

在本行业内，不乏有先行者提出了组合式的硬质合金丝锥，通过将硬质合金挤压丝锥刀头与刀柄连接，刀柄选用抗振性良好的材料，从而使硬质合金挤压丝锥能够适应机床精度较低的问题，而刀头与刀柄的连接采用端齿并通过螺纹连接或中间连接件进行螺纹连接，然而这类硬质合金挤压丝锥却引入了新的问题，即一方面连接处的连接强度得不到保障，随着使用时长的增加，硬质合金挤压丝锥本身的精度降低，另一方面对于刀头与刀柄的连接精度要求非常高，虽然解决了机床精度的影响，但新的问题间接的又使寿命降低，即螺钉或中间连接件很容易发生松动而使挤压丝锥失效。

而在本发明中，刀头与刀柄通过扩散焊接的方式进行连接，扩散焊是指在一定的温度和压力下使待焊表面相互接触，通过微观塑性变形或通过在待焊表面上产生的微量液相而扩大待焊表面的物理接触，然后经过一定时间的原子相互扩散来实现结合的一种焊接方法，使得连接处的连接强度基本接近甚至超过材料强度，从而保证本发明中的硬质合金挤压丝锥在工作时不会发生刀头与刀柄的分离；本发明中的刀头与刀柄通过扩散焊的焊接方式进行连接后，相对于现有技术中组合式硬质合金挤压丝锥，本发明不存在刀头与刀柄在连接处发生松脱而分离的情况，而相对于现有技术中整体式硬质合金挤压丝锥，本发明通过利用不同材质的刀柄与刀头组合来克服整体式硬质合金挤压丝锥抗振性较高的缺点，从而使得本发明适用于精度更低的机床，即硬质合金挤压丝锥的使用成本间接降低，并且本发明在材质的使用上，硬质合金仅仅用于刀头，而刀柄采用了成本较低的钢材，使得本发明的制造成本更低，特别是在批量生产的环境下效果尤为显著。

优选的，所述刀柄材料为高速钢；刀柄具有较低的抗振性，不易崩断，则整个挤压丝锥的寿命都能得到有效的提高，也可根据不同的转速需求，选用前述不同的钢材料作为刀柄，最大化的延长硬质合金挤压丝锥的使用寿命。

优选的，所述刀头的丝锥公称直径大于6mm；本发明由于采用扩散焊接的连接方法使得丝锥公称直径大于6mm的刀头与刀柄的连接依然能达到较好的强度，使本发明中的硬质合金挤压丝锥也能适用于6mm以上的内螺纹加工。

优选的，所述刀头外表面涂覆有涂层；强化刀具刀头的表面强度，此处的涂层为硬质合金涂层，是指通过化学气相沉积(CVD)等方法，在硬质合金刀片的表面上涂覆耐磨的TiC或TiN、HfN、Al2O3等薄层。

一种真空扩散焊接方法，用于焊接上述的利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥的刀头与刀柄，对接待焊接件的待焊接面，在焊接时，真空炉内的焊接温度持续上升至900～1100℃，保温持续2～8min。

优选的，待焊接件被放入炉内前，对待焊接件的待焊接面进行打磨并研磨待焊接面，然后清洗，除去表面氧化层。

优选的，待焊接件的待焊接面之间加有镍片或坡莫合金中间层，中间层厚度为0～200μm。

优选的，焊接时对待焊接面施加的焊接压力为14～16MPa。

优选的，焊接时真空炉内的真空度小于或等于1.33*10^-2Pa。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明使得钢制的刀柄与硬质合金制的刀头之间形成强度可靠的连接，通过扩散焊的连接方式，使得刀头与刀柄的连接处的强度接近甚至超过原材料强度，防止硬质合金挤压丝锥在使用过程中出现刀头与刀柄的分离，保证硬质合金挤压丝锥的使用安全，延长硬质合金挤压丝锥的使用寿命。

2、本发明刀柄的材质为钢制的，通过扩散焊接连接后使得新产生的硬质合金挤压丝锥在工作时，刀柄的韧性相对于整体式硬质合金挤压丝锥提高，即本发明的硬质合金挤压丝锥适用于各种精度的机床，并且在硬质合金挤压丝锥的使用成本上得到节省。

3、本发明所提供的一种真空扩散焊的焊接方式，使得刀头与刀柄的连接处强度超过刀柄的母材强度，在使用时，假设刀头一直有效，则本发明中的利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥在失效方式上取决于刀柄的材料选择，即克服了传统的整体式硬质合金刀柄易崩断的不足，使得本发明中的利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥使用寿命增长。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-刀柄，2-刀头，3-焊接层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥，包括刀柄1和刀头2，所述刀柄1为高速钢刀柄，所述刀头2为硬质合金挤压丝锥刀头，刀头2尾端延伸出直径与刀柄1直径相等的焊接端，刀柄1与刀头2的焊接端同轴线的焊接并形成直径与刀柄1直径相等的圆柱体焊接层3，刀柄1的自由端径向截面为圆形，刀头2外表面涂覆有硬质合金涂层。

本发明中，使用高速钢制的刀柄1代替硬质合金刀柄1，刀头2为硬质合金挤压丝锥，刀头2与刀柄1同轴线焊接；钢材料相对于硬质合金材料刚度更低，抵抗弹性变形的能力相对较弱，即在承受径向力时允许发生一定的弹性形变，防止崩断现象，同时也使本发明的使用寿命得到提高，而钢材料相对于硬质合金材料便宜很多，有效的节约了材料成本，需要说明的是此处的焊接层3指的是原子扩散的大致区域。

为了证明本发明所带来的的有益效果，发明人做了如下实验：

实验1：

取用同种螺纹规格M10*1的整体硬质合金挤压丝锥(丝锥1，某进口名牌挤压丝锥)和本发明的硬质合金挤压丝锥(丝锥2)各6支先后在同一机床上进行加工实验，待加工工件的硬度为HRC30，材料为42CrMo，每件待加工工件加工2个螺纹孔，所要加工的螺纹孔深度均为22mm，实验结果如下表：

	A	B	C	D	E
						加工寿命/件	1080	1120	1079	1123	1108

表1丝锥1实验结果

	F	G	H	I	J
						加工寿命/件	1703	1699	1697	1723	1715

表2丝锥2实验结果

本实验中第一支丝锥1和第一支丝锥2主要用于使机床更好的适应丝锥，即第一支丝锥1和第二支丝锥2试验数据忽略不计；由上表得出，整体式硬质合金挤压丝锥的平均寿命为1102件，本发明的利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥的平均寿命约为1707件，即本发明的利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥的使用寿命得到了提高，其使用寿命约为整体式硬质合金挤压丝锥的1.55倍。

取用同种螺纹规格M12*1.25的整体硬质合金挤压丝锥(丝锥3，某进口名牌挤压丝锥)和本发明的硬质合金挤压丝锥(丝锥4)各6支先后在同一机床上进行加工实验，待加工的材料硬度为HRC23，材料为42CrMo，每件待加工工件加工2个螺纹孔，所要加工的螺纹孔深度均为18mm，实验结果如下表：

	K	L	M	N	O
						加工寿命/件	6932	6995	7012	7103	7025

表3丝锥3实验结果

	P	Q	R	S	T
						加工寿命/件	11008	10995	10982	11023	11006

表4丝锥4实验结果

本实验中第一支丝锥3和第一支丝锥4主要用于使机床更好的适应丝锥，即第一支丝锥3和第一支丝锥4试验数据忽略不计；由上表得出，整体式硬质合金挤压丝锥的平均寿命约为7013件，本发明的利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥的平均寿命约为11002件，即本发明的利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥的使用寿命得到了提高，其使用寿命约为整体式硬质合金挤压丝锥的1.56倍。

根据实验1的试验结果可知，本发明的硬质合金挤压丝锥相较于现有的整体硬质合金挤压丝锥，使用寿命提高了0.555倍。

实验2：

分别取本发明的硬质合金挤压丝锥和采用螺栓连接的组合硬质合金挤压丝锥各5支，螺纹规格均为M10*1，先后在同一机床上做螺纹加工实验，待加工材料的硬度为HRC30，所要加工的螺纹孔深度均为22mm，分别测得加工寿命如下表：

	丝锥A	丝锥B	丝锥C	丝锥D	丝锥E	平均寿命
							加工寿命(件)	1675	1723	1742	1689	1682	1702

表5本发明的硬质合金挤压丝锥加工寿命

	丝锥F	丝锥G	丝锥H	丝锥I	丝锥J
						加工寿命(断裂/件)	300	235	500
加工寿命(松脱/件)				1023	1286

表6螺栓连接的组合硬质合金挤压丝锥

表6中松脱情况的检测方法为采用测量投影仪对螺栓连接段径向跳动范围进行投影检测，检测精度为0.15mm；表中的断裂是指螺栓连接处发生断裂。

从表5中可看出，本发明的硬质合金挤压丝锥加工寿命比较稳定，平均加工寿命在1700件；而由表6可见，螺栓连接的组合硬质合金挤压丝锥容易在连接处发生断裂，且断裂寿命不稳定，即使没有发生断裂的情况，至多在加工1286件时连接处发生松脱，加工精度已降低到不能接受的地步，故可得螺栓连接的组合硬质合金挤压丝锥的加工寿命极度不可靠，即使未出现断裂的情况，还是会发生松脱，事实上，在发生松脱导致螺纹加工不达标之前，就已经有若干已加工的螺纹孔的加工精度降低，这无疑会影响被加工件的装配精度甚至使用寿命，很明显，螺栓连接的组合硬质合金挤压丝锥在同心度不好的情况下根本不可取。

同时为了证明本发明的连接方式的有益效果，发明人做了如下实验：

实验3：

采用硬质合金刀头2和高速钢刀柄1分别进行扩散焊、钎焊和摩擦焊进行连接，分别取采用三种焊接方式的成功样品先后在同一台线材扭转试验机上做扭转试验，三次试验中的扭矩增加速率均相同，得到的结果是采用扩散焊连接的样品中，刀柄1早于焊接处崩断，而采用钎焊及摩擦焊的样品中，焊接处早于刀柄1崩断，由此可见采用扩散焊的连接方式连接强度最高。

实施例2

一种真空扩散焊接方法，用于焊接实施例1所述的利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥的刀头2与刀柄1，包括以下步骤：

S1.分别将硬质合金的待连接面、高速钢的待连接面用金相砂纸打磨并进行研磨，然后清洗，除去表面氧化层。

S2.将经过步骤S1处理后的硬质合金与高速钢待焊接面对接并在两个待焊接面之间加入镍片或坡莫合金中间层后放入真空炉中，对真空炉内抽真空至1.33*10^-2Pa，使炉内持续升温至1000℃，对待焊接面施加焊接压力15MPa，在炉内环境温度为1000℃的条件下保温7min，焊接结束后，随炉冷却至100℃以下。

本实施例提供的一种真空扩散焊接方法，使得焊接处的强度超过了母材(两种材料中强度较低的材料)的强度，从而使得焊接后的硬质合金挤压丝锥具有较低的抗振性，使用寿命相较于现有的挤压丝锥得到提高。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥，包括刀头(2)和刀柄(1)，其特征在于，所述刀头(2)材料为硬质合金，所述刀柄(1)材料为钢，所述刀头(2)与刀柄(1)通过扩散焊接同轴线焊接。

2.根据权利要求1所述的一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥，其特征在于，所述刀柄(1)的材料为高速钢。

3.根据权利要求1所述的一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥，其特征在于，所述刀头(2)的丝锥公称直径大于6mm。

4.根据权利要求1所述的一种利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥，其特征在于，所述刀头(2)外表面涂覆有涂层。

5.一种真空扩散焊接方法，用于焊接权利要求1～4任一项所述的利用扩散焊焊接的复合硬质合金挤压丝锥的刀头(2)与刀柄(1)，其特征在于，对接待焊接件的待焊接面，在焊接时，真空炉内的焊接温度持续上升至900～1100℃，并持续保温2～8min。

6.根据权利要求5所述的一种真空扩散焊接方法，其特征在于，待焊接件被放入炉内前，对待焊接件的待焊接面进行打磨并研磨，然后清洗，除去表面氧化层。

7.根据权利要求5所述的一种真空扩散焊接方法，其特征在于，待焊接件的待焊接面之间加有镍片或坡莫合金中间层，中间层厚度为0～200μm。

8.根据权利要求5所述的一种真空扩散焊接方法，其特征在于，焊接时对待焊接面施加的焊接压力为14～16MPa。

9.根据权利要求5所述的一种真空扩散焊接方法，其特征在于，焊接时真空炉内的真空度小于或等于1.33*10^-2Pa。

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