硬质合金与结构钢钎焊刀具切削试验及数据分析

时间:2022-06-04 11:36:31

硬质合金与结构钢钎焊刀具切削试验及数据分析

摘 要:本论文以硬质合金与结构钢钎焊刀具切削试验及数据分析为研究对象,通过研究钎焊刀具切削试验过程,可以确定硬质合金与结构钢钎焊的刃具使用范围、使用方法、切削参数等问题进行说明,最终达到刀具能够在生产实际中使用。

关键词:硬质合金;结构钢;钎焊;钎焊工艺;切削试验;切削参数

中图分类号:TQ153 文献标识码:A

1 概述

硬质合金与结构钢的焊接,不能用于高精度(要求同轴度0.02以内)回转类刃具的刀杆与刀刃部分对接使用,通过此论文说明一下高精度回转类刃具的刀杆与刀刃的钎焊工艺过程及后期试验结果。

2 硬质合金与结构钢的钎焊

下面分几个方面调研硬质合金与结构钢对接:

2.1 硬质合金的焊接特点:硬质合金主要用于制造刀具、量具等双金属结构。这类工件在工作时受到相当大的应力作用,特别是压缩弯曲、冲击和交变载荷,要求接头强度高、质量可靠。硬质合金有高硬度和耐磨性好的特点,但是存在脆性高、韧性差等缺点。

2.2 基体材料的选择和槽型设计

2.2.1 基体材料的选择:硬质合金通常与基体材料连接在一起使用,基体材料的选择主要考虑硬质合金使用时所受载荷的大小。

2.2.2 槽型设计:钢与硬质合金刀具钎焊质量的好坏还决定于刀槽形状的设计是否合理。硬质合金槽型的设计是否合理。硬质合金槽形设计原则如下:

1)尽量减少钎焊面;2)焊接前采用凸台、凹槽等部位定位;3)设计槽型时应考虑在钎焊过程中便于排渣;4)钎焊后刀头部分不应黏附过多的焊料。

2.3 硬质合金与钢的钎焊

2.3.1 钎焊方法:本次试验选择了氧气-乙炔火焰钎焊、高频感应钎焊两种焊接方式进行刀具的焊接,并设计专用夹具完成焊接过程,以达到设计需求。

2.3.2 硬质合金钎料与钎剂

1)钎料的选择:①钎料有流动性与渗透性;②钎料常温下有足够硬度;③钎料熔点要低,但钎料的熔点要高于焊缝的工作温度300℃,保证正常切削。本次选用钎料为H62、银焊条。2)钎剂的选择:钎剂的作用是使刀杆和钎焊表面的氧化物还原,有好的流动性和较低的黏度。

2.3.3 硬质合金与钢的钎焊工艺:1)焊前准备:①焊前检查硬质合金裂纹、弯曲等缺陷;②对硬质合金喷砂处理去除钎焊表面氧化层和黑色字母,防止脱焊;2)钎焊过程:①焊接硬质合金工具时均匀加热刀杆和刀头保证焊接质量;②钎焊后冷却硬质合金片表面产生瞬时拉应力。采用低温回火处理能消除部分钎焊应力,减小裂纹;③焊后清理:要对焊好的硬质合金工件进行焊后清理。3)钎焊的质量检验:焊缝检测方法:①刀具经喷砂处理后,用煤油清洗,用肉眼和放大镜观察。有裂纹时有明显黑线;②用65%煤油、30%的变压器油及5%的松节油调成溶液,加入少量苏丹红,将检查的刃具放入该溶液中浸泡10-15min,取出用清水洗净,涂上高岭土,烘干后检查表面,如果有裂纹,溶液的颜色将在白土显示出来,肉眼可查。

3 硬质合金与结构钢钎焊刀具切削试验及数据分析

3.1 本次试验中制造的3把刀具的试验方法及试验数据进行介绍:

No.1刀杆材料 40Gr φ10; 刀头材料 X30 φ9.8; 焊料 铜H62;焊缝扭曲大焊缝分布不均匀。

No.2刀杆材料 40Gr φ10; 刀头材料 X30 φ9.8; 焊料 银焊条;焊缝扭曲小焊缝分布不均匀。

No.3刀杆材料 40Gr φ10; 刀头材料 X30 φ9.8; 焊料 银焊条;焊缝无扭曲焊缝分布均匀。

3.2 刀具试验情况

No.1试验设备 X52K; 加工材料T8A; 转速950转/分;切深8mm;加工1件后刀具断裂。

No.2试验设备 X52K; 加工材料T8A; 转速950转/分;切深8mm;加工3件后刀具断裂。

No.3试验设备 X52K; 加工材料T8A; 转速950转/分;切深4mm;加工1件后刀具正常。

No.3试验设备VH1100; 加工材料CrWMn; 转速4200转/分;切深0.3mm;加工1件后刀具正常。

通过以上刀具试验数据的表现及断口部位的观察有如下发现:

3.2.1 铜焊刀具由于焊料熔点较高,焊接质量差,焊后焊缝扭曲较大、焊缝分布不均匀,刀具破坏后焊接部位有较多的气泡,大部分部位虚焊,侵润不足,焊料层较厚。加工过程中刀具在沿径向进刀过程中刀具受较大的径向力断裂。

3.2.2银焊刀具由于焊料熔点较低,焊接质量较好,焊后焊缝扭曲一般、焊缝分布不均匀,刀具破坏后焊接部位有两侧部位虚焊,侵润不足,焊料层厚。加工过程中刀具在沿径向进刀过程中刀具受较大的径向力断裂。

3.2.3银焊刀具由于焊料熔点较低,焊接质量较好,焊后焊缝无扭曲、焊缝分布均匀。加工过程中刀具在沿径向进刀过程中刀具受较大的径向力没有断裂,后又在数控铣上试验,试验中按0.2mm、0.3mm分别进行加工,加工中刀具尾柄刚性较差,加工表面端刃部位刀花较深,侧刃部位较为光滑。

3.3 试验数据分析:通过上述试验数据的整理,从中看出虽然可以焊接刀具毛料并能够制造成刀具,我们的焊接工艺不成熟导致焊后焊缝扭曲较大、焊缝分布不均匀、虚焊,侵润不足等焊接质量不稳定的现象。在焊接刀具的使用中也有较大的问题,在普通铣X52K上使用时,转速较慢、切深较大,导致刀具径向受力很大,而刀具焊口位置受径向力影响较大,所以证明如果结合处焊接面积较小的情况下,这类焊接刀具不适合在普通铣上应用。在数控铣上应用效果相对较好,由于刀具受轴向力较大而径向力较小的情况下刀具刀杆刚性不足的情况就明显的反应出来,在刀具端刃成面的质量受刀杆震动的影响表现为震纹较深,侧刃情况好些,但也有震纹的存在。

结语

通过此项目达到硬质合金与结构钢钎焊刀杆的现场应用,能够更好利用现有设备、人员完成此项目所要求工艺过程。

参考文献

[1]朱警雷,黄继华,张华,赵兴科.硬质合金与钢异种金属焊接的研究进展[J].焊接,2008(02).

[2]吕鹏,刘庆梅.刃具硬质合金与结构钢钎焊工艺研究中国新技术新产品,2012,19.

[3]王立跃.硬质合金的焊接特点、方法与研发进展[J].现代焊接,2010(12).

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