CN102974910A - 金刚石砂轮感应钎焊装置及钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金刚石砂轮感应钎焊装置及钎焊方法，其中钎焊装置包括感应电源以及与感应电源电连接的感应线圈，还包括一固定金刚石砂轮基体的砂轮回转装置，所述的感应线圈位于所述的金刚石砂轮基体的外圆周上并成点状分布，在所述的感应线圈外部设置有一气体保护罩；该气体保护罩与惰性气体源连接。本发明金刚石砂轮感应钎焊解决了当前真空炉中钎焊工艺存在的钎焊周期长、砂轮基体热变形量大等问题。钎焊过程中加热区域集中在砂轮基体表层，可以有效消除砂轮基体在钎焊过程中的热变形量，有利于单层钎焊金刚石砂轮应用于高效精密磨削加工；其次，使得基体表面温度能迅速上升至钎焊温度；最后，极大缩短了金刚石砂轮的制作周期，提高钎焊效率。
Description
技术领域
本发明涉及超硬磨料工具领域，具体涉及一种金刚石砂轮感应钎焊装置及方法。
背景技术
国外在20世纪90年代初开始研究用钎焊代替电镀开发新一代单层钎焊超硬磨料工具，借助高温钎焊使钎料在磨粒与金属基体界面上发生诸如溶解、扩散、化合之类的相互作用，从根本上改善了磨料、结合剂（钎料合金）、基体三者间的结合强度。与传统的单层电镀工具相比，钎焊工具在磨粒出露高度、磨削力、工具寿命等方面具有明显的优势。此外，钎焊工具表面的磨粒可适度稀疏并有序排布，这既有利于冲刷磨屑，又提高了工具效率。正因此，钎焊超硬磨料工具被广泛看好，是电镀工具的最佳换代产品，目前被业内专家权威高度评价为是超硬磨料工具制造业的一项具有一定意义的创造发明，今后在生产中大面积推广应用后将会产生不可估量的技术经济效果。
目前，单层钎焊金刚石砂轮的制造方式主要是在真空炉中进行，对金属基体进行整体加热，对于大尺寸的砂轮基体，钎焊后变形量的控制十分困难；另一方面，真空炉的升温速度缓慢，工具的制作周期长，且设备投资大，制作方式复杂，成本比较高。此外，由于真空炉的炉膛空间有限，工件尺寸受到了一定的限制，对于尺寸超过炉膛空间大型砂轮基体无法直接进行钎焊。目前的解决方法一般是采用镶块分体式，将镶块单独钎焊完成了之后再组装成为最终的金刚石砂轮。由于装配过程中存在误差，因此镶块式单层钎焊金刚石砂轮的整体精度不高，在高精密磨削加工中应用甚少。
近些年来，国内外的研究者提出了感应钎焊工艺，其出发点是利用感应加热速度快，加热方式灵活以及可局部加热等优点弥补真空炉中整体加热方式的缺陷，藉此弥补炉中钎焊工艺中存在的上述问题。然而，目前国内外研究者在超硬磨料的感应钎焊工艺中采用感应频率都在100kHz以下，加热速度慢；且使用的感应线圈以单圈或者多圈的螺线形居多，工件放置于线圈内部或者下方，钎焊过程仍然是对基体进行整体感应加热的方式进行，因而无法解决钎焊过程中加热区域较大而导致钎焊效率低、基体热变形的问题。此外，尽管已有采用感应加热连续钎焊制作超硬磨料线锯的相关报导，但是对于大尺寸的单层钎焊金刚石砂轮制作的问题还有待解决。
发明内容
为了解决钎焊过程中热影响区域的较大而导致钎焊效率低、基体热变形的问题，进一步发挥超硬磨料工具感应钎焊工艺的优势，弥补当前真空炉中钎焊的不足，本发明的目的是提供一种单层钎焊金刚石砂轮超高频连续感应钎焊的方法，采用具有升温速度快、加热集中的超高频感应加热电源做为其热源，消除基体在钎焊过程中的热变形量；同时也极大缩短了金刚石砂轮的制作周期，提高钎焊效率。
本发明还提供了升温速度快，局部加热，且砂轮基体热变形量小，生产效率高的单层钎焊金刚石砂轮感应钎焊装置及方法。
本发明的技术方案如下：
一种金刚石砂轮感应钎焊装置，包括感应电源以及与感应电源电连接的感应线圈，其特征在于：还包括一固定金刚石砂轮基体的砂轮回转装置，所述的感应线圈位于所述的金刚石砂轮基体的外圆周上并成点状分布，在所述的感应线圈外部设置有一气体保护罩；该气体保护罩与惰性气体源连接。
所述的感应线圈数量为1～3个。
砂轮基体直径在300mm~1000mm之间。
所述的砂轮回转装置的转速范围在0.03rpm~0.2rpm之间连续可调。
所述的感应电源的工作频率500kHz-2MHz之间，加热电流20A-30A之间。
所述的感应线圈为单回线。
所述的感应线圈包括槽型导磁体以及形紫铜管，在槽型导磁体上开设有槽，所述的方形紫铜管嵌入槽内。
所述的惰性气体源为Ar气。
一种金刚石砂轮感应钎焊方法，其特征在于：在感应线圈对金刚石砂轮基体的工作表面进行线加热过程中，金刚石砂轮基体在砂轮会装装置的带动下以恒定的转速缓慢转动，从而对砂轮基体进行线加热结合相对扫描移动的方式连续钎焊，当砂轮基体旋转一周时，即完成对整个金刚石砂轮的钎焊。
本发明金刚石砂轮超高频感应钎焊的方法，采用具有升温速度快、局部加热、频率为500kHz-2MHz的超高频感应加热电源做为其热源，感应线圈形状为单回线，对砂轮基体的工作表面进行线加热，加热过程中砂轮基体以恒定的转速缓慢转动，从而对砂轮基体进行线加热结合相对扫描移动的方式连续钎焊，当砂轮基体旋转一周时，即完成整个金刚石砂轮的钎焊。
采用上述方案后，本发明金刚石砂轮超高频连续感应钎焊的方法，利用超高频感应加热速度快，加热集中的优势，并采用线加热结合相对扫描移动的方式对金刚石砂轮进行连续钎焊，解决了当前真空炉中钎焊钎焊工艺存在的钎焊周期长、砂轮基体热变形量大等问题。首先，由于超高频交变电流的集肤效应，钎焊过程中加热区域集中在砂轮基体表层，可以有效消除基体在钎焊过程中的热变形量，有利于单层钎焊金刚石砂轮应用于高效精密磨削加工；其次，单回线加热方式有利于保证加热区域温度的均匀性，同时利用超高频专用导磁体提高加热效率，使得砂轮基体表面温度能迅速上升至钎焊温度；最后，采用线加热结合相对扫描移动的连续钎焊方式，极大缩短了金刚石砂轮的制作周期，提高钎焊效率。
附图说明
图1为本发明的所述金刚石砂轮超高频连续感应钎焊装置的结构示意图。图中：1——砂轮基体，2——气体保护罩，3——感应线圈，4——超高频感应加热电源，5——砂轮回转装置；
图2为图1的左视图；
图3为图2中感应线圈处局部放大图。
具体实施方式
本发明金刚石砂轮超高频感应钎焊的方法，采用具有升温速度快、局部加热、频率为1MHz的超高频感应加热电源做为其热源，感应线圈形状为单回线，对砂轮基体的工作表面进行线加热，加热过程中砂轮基体以恒定的转速缓慢转动，从而砂轮基体进行线加热结合相对扫描移动的方式连续钎焊，当砂轮基体旋转一周时，即完成对整个金刚石砂轮的钎焊。
本发明金刚石砂轮超高频感应钎焊的装置，如图1-图3所示，包括砂轮基体1、砂轮回转装置5、超高频电源4、感应线圈3、设置在感应线圈外部的气体保护罩2；气体保护罩2与惰性气体源连接。
砂轮基体1的直径为400mm，用于平面磨削。
感应线圈3包括槽形导磁体31、方形紫铜管32。其中，方形紫铜管32是导电元件，槽形导磁体的聚磁元件。槽形导磁体31是超高频专用导磁体，方形紫铜管32嵌入槽形导磁体31的槽内。槽形导磁体31可以在1MHz的频率下正常工作，其相对磁导率为20左右。工作时，方形紫铜管32内部通过超高频电流，在槽形导磁体31的聚磁作用下，提高了方形紫铜管32正对砂轮基体1方向的磁场强度。
砂轮回转装置5带动砂轮基体1转动，转速为0.04rpm，保证砂轮基体1线速度在1mm/s。
超高频电源4的工作频率为1MHz，加热电流25A左右。
气体保护罩2采用石英玻璃制作，方便观察到实时的钎焊过程。气体保护罩2与砂轮基体1侧面留有适当的间隙，惰性气源Ar气从气体保护罩2的侧上方通入，从所述的缝隙处排出，Ar气流量不小于40L/min。
工作时，如图2所示，砂轮回转装置5带动砂轮基体1以逆时针方向缓慢转动，由感应线圈3形成的超高频感应场对砂轮基体1表面进行局部加热，从而进行线加热结合相对扫描移动的方式连续钎焊。气体保护罩2确保在钎焊区域形成惰性保护气氛。当砂轮基体1旋转一周时，即完成对整个金刚石砂轮的钎焊。
采用上述方案后，本发明金刚石砂轮超高频连续感应钎焊的方法，利用超高频感应加热速度快，加热集中的优势，并采用线加热结合相对扫描移动的方式对金刚石砂轮进行连续钎焊，解决了当前真空炉中钎焊钎焊工艺存在的钎焊周期长、砂轮基体热变形量大等问题。首先，由于超高频交变电流的集肤效应，钎焊过程中加热区域集中在砂轮基体表层，可以有效控制基体在钎焊过程中的热变形量，有利于单层钎焊金刚石砂轮应用于高效精密磨削加工；其次，采用超高频专用导磁体能提高加热效率，使得砂轮基体表面温度能迅速上升至钎焊温度；最后，采用线加热结合相对扫描移动的连续钎焊方式，极大缩短了金刚石砂轮的制作周期，提高钎焊效率。
应该指出，虽然结合附图及实施例已对本发明做了详细描述，但本发明的构思并不局限于此，凡利用本发明的构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (9)
1.一种金刚石砂轮感应钎焊装置，包括感应电源以及与感应电源电连接的感应线圈，其特征在于：还包括一固定金刚石砂轮基体的砂轮回转装置，所述的感应线圈位于所述的金刚石砂轮基体的外圆周上并成点状分布，在所述的感应线圈外部设置有一气体保护罩；该气体保护罩与惰性气体源连接。
2.根据权利要求2所述的金刚石砂轮感应钎焊装置，其特征在于：所述的感应线圈数量为1～3个。
3.根据权利要求2所述的金刚石砂轮感应钎焊装置，其特征在于：砂轮基体直径在300mm~1000mm之间。
4.根据权利要求2所述的金刚石砂轮感应钎焊装置，其特征在于：所述的砂轮回转装置的转速范围在0.03rpm~0.2rpm之间连续可调。
5.根据权利要求2所述的金刚石砂轮感应钎焊装置，其特征在于：所述的感应电源的工作频率500kHz-2MHz之间，加热电流20A-30A之间。
6.根据权利要求2所述的金刚石砂轮感应钎焊装置，其特征在于：所述的感应线圈为单回线。
7.根据权利要求2所述的金刚石砂轮感应钎焊装置，其特征在于：所述的感应线圈包括槽型导磁体以及方形紫铜管，在槽型导磁体上开设有槽，所述的方形紫铜管嵌入槽内。
8.根据权利要求2所述的金刚石砂轮感应钎焊装置，其特征在于：所述的惰性气体源为Ar气。
9.一种基于权利要求1所述的金刚石砂轮感应钎焊装置的的钎焊方法，其特征在于：在感应线圈对金刚石砂轮基体的工作表面进行线加热过程中，金刚石砂轮基体在砂轮会装装置的带动下以恒定的转速缓慢转动，从而对砂轮基体进行线加热结合相对扫描移动的方式连续钎焊，当砂轮基体旋转一周时，即完成对整个金刚石砂轮的钎焊。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Effective date of registration: 20211224 Address after: No. 29, Qinhuai District, Qinhuai District, Nanjing, Jiangsu Patentee after: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Asset Management Co.,Ltd. Address before: Yudaojie Baixia District of Nanjing City, Jiangsu Province, No. 29 210016 Patentee before: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20220127 Address after: Room 703-29, block C, Kechuang headquarters building, No. 320, pubin Road, Nanjing, Jiangsu 211899 Patentee after: Jiangsu Hangpu Guochuang Composite Material Research Institute Co.,Ltd. Address before: No. 29, Qinhuai District, Qinhuai District, Nanjing, Jiangsu Patentee before: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Asset Management Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |