一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，包括：工作臺、保護腔底座、保護腔罩、超聲波換能器、超聲波變幅桿、冷卻系統(tǒng)、感應(yīng)加熱線圈、紅外測溫儀；使用時，首先將涂覆有活性結(jié)合劑和磨粒的磨粒工具基體固定在超聲波變幅桿末端，然后在保護腔中通入惰性氣體或抽真空，調(diào)整紅外測溫儀使其能測到磨粒連接區(qū)溫度；啟動冷卻系統(tǒng)和感應(yīng)加熱器通過感應(yīng)線圈對工具基體加熱，待活性結(jié)合劑達到熔化溫度后啟動超聲波換能器，對工具基體施加超聲波，待升溫工工藝完成后，停止超聲波施加；待連接區(qū)溫度降到液固轉(zhuǎn)化溫度時，重新施加超聲波，待連接區(qū)溫度降低到活性結(jié)合劑回火溫度后停止超聲波加載，冷卻到室溫后得到磨粒工具。
【專利說明】
一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明設(shè)計磨粒工具制備裝置，尤其涉及一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]磨粒工具磨削在金屬、陶瓷、光學晶體、半導(dǎo)體、天然石材等材料高效精密加工中發(fā)揮著無可替代的支柱作用，也是提高零件表面光潔度的必不可缺少的手段。磨粒工具磨削的實質(zhì)是通過固定在工具基體上的眾多磨粒對工件進行微觀上的微量去除從而達到工件宏觀上的整體去除。實現(xiàn)這一加工必須以磨粒牢固固定在工具基體上為前提。在上世紀提出用釬焊技術(shù)在高溫下使金剛石與活性釬料界面形成化學冶金結(jié)合以實現(xiàn)結(jié)合劑對金剛石的牢固把持，徹底解決了電鍍、燒結(jié)工藝存在結(jié)合不牢的問題，成為國內(nèi)外學者研究的熱點。釬焊磨粒工具的高把持力、大容肩空間等優(yōu)選已經(jīng)得到業(yè)界的證實，但依然沒有得到實質(zhì)性的推廣應(yīng)用。就其根源在于:釬焊過程釬料對磨粒的化學侵蝕使得磨粒自身性能下降，同時由于釬料與磨粒間熱膨脹系數(shù)失配導(dǎo)致焊后磨粒上存在巨大殘余應(yīng)力。
[0003]由于磨粒化學侵蝕與其曝露于高溫下的時間有關(guān)，時間越長，界面反映越充分，侵蝕程度越嚴重?，F(xiàn)有磨粒釬焊過程都是讓釬料熔化化后借助潤濕效應(yīng)自動向磨粒頂部爬升，形成具有一定幾何形態(tài)的連接。在保證釬料向磨粒潤濕爬升的前提下，高溫保溫時間可壓縮的空間極其有限。對于殘余應(yīng)力問題，盡管目前有采用焊后熱處理，但是效果并不理雄
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[0004]毫無疑問，上述問題成為制約釬焊磨粒工具應(yīng)用推廣的瓶頸。
[0005]上述問題嚴重制約了釬焊磨粒工具的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過超聲波輔助活性連接磨粒制備高性能磨粒工具的裝置。
[0007]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，其特征在于包括:工作臺、保護腔底座、保護腔罩、超聲波換能器、超聲波變幅桿、冷卻環(huán)、感應(yīng)加熱線圈、支架、紅外測溫儀；
[0008]所述保護腔底座固定在工作臺上，保護腔罩扣在保護腔底座上，從而形成密閉的保護腔；
[0009]所述超聲波換能器固定在保護腔底座上，超聲波變幅桿固定在超聲波換能器上，超聲波變幅桿的外周纏繞有冷卻環(huán)，冷卻環(huán)經(jīng)過保護腔底座上的冷卻接口與保護腔外的冷卻系統(tǒng)連接；
[0010]所述超聲波變幅桿的前端設(shè)有感應(yīng)加熱線圈，感應(yīng)加熱線圈經(jīng)過保護腔底座上的感應(yīng)加熱線圈接口與保護腔外的感應(yīng)加熱器相連接；
[0011]所述工作臺上立有一支架，支架具有一與工作臺表面垂直的垂直段，以及一與工作臺表面平行的平行段;所述平行段位于保護腔罩的上方，并且其朝向保護腔罩的一面設(shè)有紅外測溫儀;所述紅外測溫儀與感應(yīng)加熱器相連；
[0012]所述保護腔底座上設(shè)有氣氛保護接口，其與氣氛保護系統(tǒng)相連;所述保護腔罩的頂部設(shè)有透明窺視孔。
[0013]在一較佳實施例中:所述保護腔為真空狀態(tài)，或者充滿惰性氣體。
[0014]在一較佳實施例中:所述惰性氣體為氦氣或氮氣。
[0015]在一較佳實施例中:所述超聲波變幅桿材質(zhì)是高溫臺鈦合金或工具鋼。
[0016]在一較佳實施例中:所述超聲波換能器通過法蘭固定在保護腔底座上。
[0017]在一較佳實施例中:所述平行段朝向保護腔罩的一面還設(shè)有攝像頭，其與視頻采集系統(tǒng)相連。
[0018]在一較佳實施例中:所述超聲波變幅桿的末端與已涂覆有活性結(jié)合劑和磨粒的工具基體連接。
[0019]在一較佳實施例中:所述磨粒為金剛石或立方氮化硼或氧化鋁或碳化硅或硬質(zhì)合金顆粒。
[0020]在一較佳實施例中:所述的涂覆是將活性結(jié)合劑先涂覆在工具基體上，再將磨粒涂覆在活性結(jié)合劑上;或是將活性結(jié)合劑和磨粒一起混合后涂覆在工具基體上。
[0021 ]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具備以下有益效果:
[0022]本發(fā)明中，在活性結(jié)合劑連接磨粒時，借助超聲波輔助振動，促進活性結(jié)合劑粉末熔化與粘結(jié)，加速液態(tài)熔池;進而借助超聲波強壓空穴效應(yīng)，促進熔融液態(tài)活性結(jié)合劑流動，降低固液表面張力，促進磨粒/結(jié)合劑界面化學連接形成，加速結(jié)合劑爬升磨粒，從而縮短磨粒暴露于高溫區(qū)時間，縮短磨?；瘜W腐蝕。
[0023]本發(fā)明中，在釬料處于熔融態(tài)和液/固轉(zhuǎn)變階段，利用超聲波高頻攪拌阻止晶粒長大和細化晶粒，緩解組織應(yīng)力;在釬料凝固后的初始高溫階段，借助超聲波高頻振動進行高溫振動時效處理，促使釬料合金發(fā)生蠕變并發(fā)生微屈服流動，緩解熱應(yīng)力，以從源頭上減少殘余應(yīng)力的形成。
[0024]通過上述技術(shù)方案的實施，采用發(fā)明裝置制作的磨粒工具的工作壽命和抗磨損能力大大超過比現(xiàn)有技術(shù)所制的工具。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例中超聲波輔助感應(yīng)加熱制備磨粒工具裝置的示意圖；
[0026]圖中:I是工作臺，2是保護腔底座，3是保護腔罩，4是超聲波換能器，5是超聲波變幅桿，6是冷卻環(huán)，7是感應(yīng)加熱線圈，8是支架，9是紅外測溫儀，10是攝像頭，11是超聲波電源相連，12是冷卻接口，13是冷卻系統(tǒng)，14是感應(yīng)加熱線圈接口，15是感應(yīng)加熱器，16是氣氛保護接口，17是氣氛保護系統(tǒng)，18是透明窺視孔，19是視頻采集系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。
[0028]—種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，如圖1所示，包括工作臺1、保護腔底座2、保護腔罩3、超聲波換能器4、超聲波變幅桿5、冷卻環(huán)6、感應(yīng)加熱線圈7、支架8、紅外測溫儀9，攝像頭10;
[0029]所述保護腔底座2固定在工作臺I上，保護腔罩3扣在保護腔底座2上，從而形成密閉的保護腔；
[0030]所述超聲波換能器4固定在保護腔底座2上，超聲波變幅桿5固定在超聲波換能器4上，超聲波變幅桿5的外周纏繞有冷卻環(huán)6，冷卻環(huán)6經(jīng)過保護腔底座2上的冷卻接口 12與保護腔外的冷卻系統(tǒng)13連接；
[0031]所述超聲波變幅桿5的前端設(shè)有感應(yīng)加熱線圈7，感應(yīng)加熱線圈7經(jīng)過保護腔底座2上的感應(yīng)加熱線圈接口 14與保護腔外的感應(yīng)加熱器15相連接；
[0032]所述工作臺I上立有一支架8，支架8具有一與工作臺I表面垂直的垂直段，以及一與工作臺表面平行的平行段;所述平行段位于保護腔罩3的上方，并且其朝向保護腔罩3的一面設(shè)有紅外測溫儀9;所述紅外測溫儀9與感應(yīng)加熱器15相連；
[0033]所述保護腔底座2上設(shè)有氣氛保護接口16，其與氣氛保護系統(tǒng)17相連;所述保護腔罩3的頂部設(shè)有透明窺視孔18。
[0034]所述平行段朝向保護腔罩3的一面還設(shè)有所述攝像頭10，其與視頻采集系統(tǒng)19相連。
[0035]應(yīng)用實例1:
[0036]選用NiCrPSi活性結(jié)合劑，目數(shù)為35/40金剛石，45號為工具基體，使用上述的超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置進行金剛石磨粒磨頭的制備。
[0037]具體步驟:
[0038]I)將NiCrPSi活性結(jié)合劑與合成膠水按質(zhì)量7:1比例混勻后涂平在工具基體連接面上，厚度為150um，在將金剛石磨粒放在活性結(jié)合劑涂覆層上，烘干或晾干后將工具基體通過螺紋連接固定在超聲波變幅桿5的末端上。
[0039]2)將保護腔罩3扣在保護腔底座2上形成密閉的保護腔，啟動氣氛保護系統(tǒng)17通過氣氛保護接口 16對保護腔進行抽真空、回填氬氣和二次抽真空操作。調(diào)整紅外測溫儀9使其測溫焦點對準工具基體的連接面，調(diào)整攝像頭10，使其拍攝面對準工具基體的連接面。
[0040]3)啟動冷卻系統(tǒng)13，開始對超聲波變幅桿5進行冷卻。啟動感應(yīng)加熱器15，通過感應(yīng)加熱線圈7對工具基體進行升溫加熱。待紅外測溫儀9的溫度顯示為970°C時，啟動超聲波換能器4，設(shè)定輸出功率為10w，振幅為3um，振動頻率為20kHz，持續(xù)振動到溫度達到1020°C并保溫1s后停止超聲波加載。關(guān)閉或減小感應(yīng)加熱器15的功率，待溫度降至950°C后，再次啟動超聲波換能器4，設(shè)定輸出功率為1500w，振幅為9um，振動頻率為20kHz，持續(xù)振動到工具基體溫度降至350°C后，關(guān)閉超聲波，繼續(xù)隨爐冷卻到室溫后，向保護腔回填氬氣后打開保護腔罩，將焊好的磨粒工具從變幅桿上取下，得到所要的高品質(zhì)工具磨頭。
[0041 ] 應(yīng)用實例2:
[0042]選用AgCuTi活性結(jié)合劑，目數(shù)為50/60CBN磨粒，45鋼為工具基體，進行超聲波輔助感應(yīng)加熱連接制備金剛石磨粒磨頭。
[0043]具體步驟:
[0044]I)將AgCuTi活性結(jié)合劑與合成膠水按質(zhì)量5:1比例混勻后涂平在工具基體連接面上，厚度為10um，在將CBN磨粒放在活性結(jié)合劑涂覆層上，烘干或晾干后將工具基體通過螺紋連接固定在超聲波變幅桿5的末端上。
[0045]將保護腔罩3扣在保護腔底座2上形成密閉的保護腔，啟動氣氛保護系統(tǒng)17通過氣氛保護接口 16對保護腔進行抽真空、回填氬氣和二次抽真空操作。
[0046]調(diào)整紅外測溫儀9使其測溫焦點對準工具基體的連接面，調(diào)整攝像頭10，使其拍攝面對準工具基體的連接面。
[0047]啟動冷卻系統(tǒng)13，開始對超聲波變幅桿5進行冷卻。啟動感應(yīng)加熱器15，通過感應(yīng)加熱線圈7對工具基體進行升溫加熱。待紅外測溫儀9的溫度顯示為800°C時，啟動超聲波換能器4，設(shè)定輸出功率為80w，振幅為3um，振動頻率為28kHz，持續(xù)振動到溫度達到880 °C并保溫1min后停止超聲波加載，關(guān)閉感應(yīng)加熱器15。待溫度降至800°C后，再次啟動超聲波換能器4，設(shè)定輸出功率為1200w，振幅為6um，振動頻率為28kHz，持續(xù)振動到工具基體溫度降至350°C后，關(guān)閉超聲波換能器4，繼續(xù)冷卻到室溫后，向保護腔回填氬氣后打開保護腔罩3，磨粒工具從超聲波變幅桿5上取下，得到所要的高品質(zhì)工具磨頭。
[0048]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，其特征在于包括:工作臺、保護腔底座、保護腔罩、超聲波換能器、超聲波變幅桿、冷卻環(huán)、感應(yīng)加熱線圈、支架、紅外測溫儀； 所述保護腔底座固定在工作臺上，保護腔罩扣在保護腔底座上，從而形成密閉的保護腔； 所述超聲波換能器固定在保護腔底座上，超聲波變幅桿固定在超聲波換能器上，超聲波變幅桿的外周纏繞有冷卻環(huán)，冷卻環(huán)經(jīng)過保護腔底座上的冷卻接口與保護腔外的冷卻系統(tǒng)連接； 所述超聲波變幅桿的前端設(shè)有感應(yīng)加熱線圈，感應(yīng)加熱線圈經(jīng)過保護腔底座上的感應(yīng)加熱線圈接口與保護腔外的感應(yīng)加熱器相連接； 所述工作臺上立有一支架，支架具有一與工作臺表面垂直的垂直段，以及一與工作臺表面平行的平行段;所述平行段位于保護腔罩的上方，并且其朝向保護腔罩的一面設(shè)有紅外測溫儀;所述紅外測溫儀與感應(yīng)加熱器相連； 所述保護腔底座上設(shè)有氣氛保護接口，其與氣氛保護系統(tǒng)相連;所述保護腔罩的頂部設(shè)有透明窺視孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，其特征在于:所述保護腔為真空狀態(tài)，或者充滿惰性氣體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，其特征在于:所述惰性氣體為氦氣或氮氣。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，其特征在于:所述超聲波變幅桿材質(zhì)是高溫鈦合金或工具鋼。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，其特征在于:所述超聲波換能器通過法蘭固定在保護腔底座上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，其特征在于:所述平行段朝向保護腔罩的一面還設(shè)有攝像頭，其與視頻采集系統(tǒng)相連。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，其特征在于:所述超聲波變幅桿的末端與已涂覆有活性結(jié)合劑和磨粒的工具基體連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，其特征在于:所述磨粒為金剛石或立方氮化硼或氧化鋁或碳化硅或硬質(zhì)合金顆粒。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種超聲波輔助感應(yīng)加熱制備釬焊磨粒工具的裝置，其特征在于:所述的涂覆是將活性結(jié)合劑先涂覆在工具基體上，再將磨粒涂覆在活性結(jié)合劑上;或是將活性結(jié)合劑和磨粒一起混合后涂覆在工具基體上。
【文檔編號】B23K3/08GK105855655SQ201610367138
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】黃國欽, 石曉鵬, 陳世隱, 郭佳杰, 黃輝, 郭樺, 徐西鵬
【申請人】華僑大學