硬质合金立铣刀焊接装夹装置的设计 叶益民,曾欠欢

木工刀具论坛2019-05-15 18:32:22

在现代机械加工行业,铣削加工约占金属材料加工的20%~30%左右。铣床的种类很多,常用的是卧式铣床、立式铣床、龙门铣床及数控铣床等。立式铣床由于操作时观察、检验和调整铣刀位置等方便,又便于装夹硬质合金铣刀进行高速铣削、生产率较高,故应用很广。硬质合金的材质脆硬、韧性差而且价格高,这些因素使其难以被制成大尺寸、形状复杂的构件加以应用,而硬质合金与钢体材质的焊接是弥补其不足的主要方法。原来硬质合金铣刀都采用手工焊接,操作不便,硬质合金刀片与钢质刀体在加热之后相对位置不固定,焊接硬质合金时常常出现偏差。不能有效地解决刀具焊接过程中的装夹不便、焊接质量不稳定、加工效率及安全性能低的问题。合适可靠的焊接技术正在不断拓展它的应用范围。钎焊是将硬质合金牢固地连接到钢基体上的最成功的方法之一,高频感应钎焊硬质合金刀具以其结构简单、紧凑、刚性好、使用灵活性较大、适应性强等特性,被应用在精密加工和其他各种金属切削加工中。

目前,焊接式硬质合金立铣刀的硬质合金刀片与钢质刀体亦采用高频感应钎焊方案。但是,现行的焊接方法一般为人工操作,采用石棉线或细铁丝捆住刀片和刀体,使得刀片与刀体位置关系相对固定。但是该方法随之带来了刀具安装不方便、刀片与刀体加热后相对位置不确定(甚至出现刀片从刀体上脱落下来的现象)加热不均匀、焊接质量不稳定、报废率高及返工量大等弊端。同时给下道工序磨削带了一定困难。因此必须设计一种夹具,来满足钎焊的需求。

图1 硬质合金立铣刀示意图

图2 高频感应焊机示意图

1 硬质合金立铣刀结构及焊接要求

1.1 硬质合金立铣刀结构

如图1所示硬质合金4刃立铣刀实物图,主要由焊接刀体与硬质合金刀片焊接组成[1]。刀片均采用综合性能好的YT5材料。刀片的轴向与切向限位都是通过焊接来限制。采用高频感应焊机进行焊接如图2所示。

1.2 焊接要求

经过焊前清理后在刀片和刀体间添加钎料和钎剂,熔化后填满焊接缝隙,完成刀片和刀体的牢固焊合,对钎焊后的硬质合金刀片进行合理的热处理,减小焊接应力,防止裂纹产生。采用焊接工艺方法把硬质合金刀片焊接在钢的刀体上存在着两个主要问题:

(1)由于硬质合金刀片和钢的刀体线膨胀系数和导热性能不同(硬质合金的线膨胀系数为5~7×10-6/℃,而钢为11~14×10-6/℃),刀片在焊接的高温作用下冷却时,常常产生内应力,导致刀片产生裂纹。

(2)由于普通焊料对硬质合金的浸润性很差,刀片往往焊接的不牢固,在切削力冲击作用下会产生脱焊。因此,为防止焊接裂纹和脱焊现象,研究硬质合金刀具焊接时的焊接应力、焊料浸润性、焊剂及焊接工艺规范等是必要的[2]

综上所述,硬质合金立铣刀焊接主要要求可以概括为以下几点。

①焊接温度。

②焊料强度或弹性变形能力及冷却性能。

③焊缝的厚度。

④硬质合金和钢的厚度之比。

钎焊后的质量检查检查焊缝处有无气孔,检查被焊工件有无裂纹。对已检查出有缺陷的工件,可重新加热钎焊,但也应尽量减少重焊次数,以免硬质合金因反复加热而影响质量。对于已发生裂纹的工件,应在分析原因后将有裂纹的硬质合金取下,重新钎焊。

图3 装夹装置的结构

2 装夹装置的结构设计及工作原理

2.1 装夹装置的结构

装夹装置的结构如图3所示包括:底板1、固定座2、外六角螺钉3、盖板4,轴承A5、转动座6、转动架7、升降丝杆螺母副8、螺钉9、DC24V电机10、主动齿轮11、感应圈12、夹具体13、轴承B14、旋转台面齿轮座15、升降齿轮座16、限位板17、档位板18、轴承C19、支承螺钉20、联接套21、并紧螺帽22、止转杆23、内六角螺钉24、底板

2.2 工作原理

将钢质刀体放置焊接装夹装置结构夹具体之中,然后把硬质合金刀片放置在预先开槽的钢质刀体中,两侧填充钎料和钎剂后。搬动旋转台面齿轮座手柄,在开启升降齿轮座放置到高频感应焊机感应圈内,对应硬质合金刀片放置部位后。开启电源开关,随着旋转焊接装置中钢质刀体和钎料加热并熔化。一把硬质合金立铣刀就焊接成功了。

3 使用装夹装置钎焊结果

与未使用该装夹装置的钎焊立铣刀相比较,使用该装夹装置焊后的硬质合金立铣刀,刀片与刀体加热均匀、焊缝钎料熔化后饱满美观,焊接质量稳定。对操作者的技术要求不高,操作简单,并能够成批生产。

本文中的硬质合金立铣刀焊接装夹装置申请了国家实用新型专利,公开号为“CN 201439155 U”,名称为“一种旋转焊接装置”,公开了一种用于焊接圆周形焊缝的旋转焊接装置。

4 结论

立铣刀种类丰富,应用广泛。硬质合金铣刀需求量更大。产品的更新离不开技术创新,本夹具设计结构简单操作快捷、通用、方便焊接成型,降低了立铣刀焊接的成本和时间。焊接后刀体和硬质合金间钎料饱满,外观较好、使用后效果较好,满足生产需求。借助此设计,给感应钎焊在立铣刀焊接中的应用提供借鉴与指导。

参考文献:

[1] 王清平,孙剑飞,陈五.立铣刀结构设计技术发展[J].工具技术,2014(4):7-11.

[2] 杨广勇.硬质合金刀具的焊接[J].制水利电力机械,1991(5):40-45.

[3] 中国机械工程协会焊接协会.焊接手册第[M].3版.北京;机械工业出版社,2008.

版权声明:由于部分文章来源于网络,另外有些文章推送时未能及时与原作者

取得联系。若涉及以上版权问题,敬请原作者联系我们删除或处理。

木工刀具论坛“zjwoodtools”[微信号]

木工刀具网(http://www.zjwoodtools.cn)-木工刀具行业网站,木材切削加工技术专业交流论坛。本站专注木工刀锯行业各种相关资讯和技术问题讨论,免费发布给关注本平台的粉丝阅读,每日更新图文内容;提供木工刀具业内人员交流讨论的和谐平台,满足访问者行业需求。

承接|刀具广告|软文推广|求职招聘|微信推送

商务合作QQ157561175

▼ 点下面「阅读原文」进入社区参与评论互动