硬質合金立銑刀焊接裝夾裝置的設計

摘 要：設計了一種硬質合金立銑刀釬焊裝夾裝置，并采用感應釬焊方法對立銑刀進行釬焊，刀片和刀體材料分別選擇YT5和45#鋼。經過焊前清理后在刀片和刀體間添加釬料和釬劑，熔化后填滿焊接縫隙，完成刀片和刀體的牢固焊合，對釬焊后的硬質合金刀片進行合理的熱處理，從而有效地減小焊接應力，防止裂紋產生，延長刀具的使用壽命。使用立銑刀焊接裝置的刀具進行加工試驗表明：感應釬焊可以對硬質合金刀具進行焊接，焊接性能良好。為目前感應釬焊在立銑刀焊接中的應用提供借鑒。

關鍵詞：立銑刀焊接裝夾裝置 硬質合金刀片 感應釬焊 裝置設計

中圖分類號：TG714 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0005-02

在現代機械加工行業，銑削加工約占金屬材料加工的20%～30%左右。銑床的種類很多，常用的是臥式銑床、立式銑床、龍門銑床及數控銑床等。立式銑床由于操作時觀察、檢驗和調整銑刀位置等方便，又便于裝夾硬質合金銑刀進行高速銑削、生產率較高，故應用很廣。硬質合金的材質脆硬、韌性差而且價格高，這些因素使其難以被制成大尺寸、形狀復雜的構件加以應用，而硬質合金與鋼體材質的焊接是彌補其不足的主要方法。原來硬質合金銑刀都采用手工焊接，操作不便，硬質合金刀片與鋼質刀體在加熱之后相對位置不固定，焊接硬質合金時常常出現偏差。不能有效地解決刀具焊接過程中的裝夾不便、焊接質量不穩定、加工效率及安全性能低的問題。合適可靠的焊接技術正在不斷拓展它的應用范圍。釬焊是將硬質合金牢固地連接到鋼基體上的最成功的方法之一，高頻感應釬焊硬質合金刀具以其結構簡單、緊湊、剛性好、使用靈活性較大、適應性強等特性，被應用在精密加工和其他各種金屬切削加工中。

目前，焊接式硬質合金立銑刀的硬質合金刀片與鋼質刀體亦采用高頻感應釬焊方案。但是，現行的焊接方法一般為人工操作，采用石棉線或細鐵絲捆住刀片和刀體，使得刀片與刀體位置關系相對固定。但是該方法隨之帶來了刀具安裝不方便、刀片與刀體加熱后相對位置不確定（甚至出現刀片從刀體上脫落下來的現象）加熱不均勻、焊接質量不穩定、報廢率高及返工量大等弊端。同時給下道工序磨削帶了一定困難。因此必須設計一種夾具，來滿足釬焊的需求。

1 硬質合金立銑刀結構及焊接要求

1.1 硬質合金立銑刀結構

如圖1所示硬質合金4刃立銑刀實物圖，主要由焊接刀體與硬質合金刀片焊接組成[1]。刀片均采用綜合性能好的YT5材料。刀片的軸向與切向限位都是通過焊接來限制。采用高頻感應焊機進行焊接如圖2所示。

1.2 焊接要求

經過焊前清理后在刀片和刀體間添加釬料和釬劑，熔化后填滿焊接縫隙，完成刀片和刀體的牢固焊合，對釬焊后的硬質合金刀片進行合理的熱處理，減小焊接應力，防止裂紋產生。采用焊接工藝方法把硬質合金刀片焊接在鋼的刀體上存在著兩個主要問題：

（1）由于硬質合金刀片和鋼的刀體線膨脹系數和導熱性能不同（硬質合金的線膨脹系數為5～7×10-6/℃，而鋼為11～14×10-6/℃），刀片在焊接的高溫作用下冷卻時，常常產生內應力，導致刀片產生裂紋。

（2）由于普通焊料對硬質合金的浸潤性很差，刀片往往焊接的不牢固，在切削力沖擊作用下會產生脫焊。因此，為防止焊接裂紋和脫焊現象，研究硬質合金刀具焊接時的焊接應力、焊料浸潤性、焊劑及焊接工藝規范等是必要的[2]。

綜上所述，硬質合金立銑刀焊接主要要求可以概括為以下幾點。

①焊接溫度。

②焊料強度或彈性變形能力及冷卻性能。

③焊縫的厚度。

④硬質合金和鋼的厚度之比。

釬焊后的質量檢查檢查焊縫處有無氣孔，檢查被焊工件有無裂紋。對已檢查出有缺陷的工件，可重新加熱釬焊，但也應盡量減少重焊次數，以免硬質合金因反復加熱而影響質量。對于已發生裂紋的工件，應在分析原因后將有裂紋的硬質合金取下，重新釬焊。

2 裝夾裝置的結構設計及工作原理

2.1 裝夾裝置的結構

裝夾裝置的結構如圖3所示包括：底板1、固定座2、外六角螺釘3、蓋板4，軸承A5、轉動座6、轉動架7、升降絲桿螺母副8、螺釘9、DC24V電機10、主動齒輪11、感應圈12、夾具體13、軸承B14、旋轉臺面齒輪座15、升降齒輪座16、限位板17、檔位板18、軸承C19、支承螺釘20、聯接套21、并緊螺帽22、止轉桿23、內六角螺釘24、底板

2.2 工作原理

將鋼質刀體放置焊接裝夾裝置結構夾具體之中，然后把硬質合金刀片放置在預先開槽的鋼質刀體中，兩側填充釬料和釬劑后。搬動旋轉臺面齒輪座手柄，在開啟升降齒輪座放置到高頻感應焊機感應圈內，對應硬質合金刀片放置部位后。開啟電源開關，隨著旋轉焊接裝置中鋼質刀體和釬料加熱并熔化。一把硬質合金立銑刀就焊接成功了。

3 使用裝夾裝置釬焊結果

與未使用該裝夾裝置的釬焊立銑刀相比較，使用該裝夾裝置焊后的硬質合金立銑刀，刀片與刀體加熱均勻、焊縫釬料熔化后飽滿美觀，焊接質量穩定。對操作者的技術要求不高，操作簡單，并能夠成批生產。

本文中的硬質合金立銑刀焊接裝夾裝置申請了國家實用新型專利，公開號為“CN 201439155 U”，名稱為“一種旋轉焊接裝置”，公開了一種用于焊接圓周形焊縫的旋轉焊接裝置。

4 結論

立銑刀種類豐富，應用廣泛。硬質合金銑刀需求量更大。產品的更新離不開技術創新，本夾具設計結構簡單操作快捷、通用、方便焊接成型，降低了立銑刀焊接的成本和時間。焊接后刀體和硬質合金間釬料飽滿，外觀較好、使用后效果較好，滿足生產需求。借助此設計，給感應釬焊在立銑刀焊接中的應用提供借鑒與指導。

參考文獻

[1]王清平，孫劍飛，陳五.立銑刀結構設計技術發展[J].工具技術，2014（4）：7-11.

[2]楊廣勇.硬質合金刀具的焊接[J].制水利電力機械，1991（5）：40-45.

[3]中國機械工程協會焊接協會.焊接手冊第[M].3版.北京；機械工業出版社，2008.