[发明专利]一种用于超硬微刀具快速焊接的方法及装置

说明书

 

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