一种抗脱落高耐磨截齿的加工方法
【专利摘要】一种抗脱落高耐磨截齿的加工方法，其主要是配制原料成分质量百分比为硼砂8％、硼酸20％、余量为纯铜粉的焊剂，将其涂抹在加工好的圆桶形焊片的外表面后装入刀头的凹槽内，在硬质合金刀头的底部及外圆面涂抹焊剂后装入上述圆桶形焊片中，放入200℃的恒温箱中预热后放入930℃的烤箱中加热，然后缓冷至室温；清除截齿表面残留的焊剂及氧化皮，将金属基陶瓷合金粉末送到除硬质合金刀头和刀柄外的刀头上，再激光扫描，最后对激光熔覆后的截齿进行去应力退火，温度为200～400℃，保温2～4小时后随炉缓冷至室温。本发明使得硬质合金刀头更加牢固；可实现刀柄和硬质合金头的同步失效，与单一的激光熔覆强化截齿相比，使用寿命可提高3倍以上。
【专利说明】一种抗脱落高耐磨截齿的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械加工【技术领域】，特别涉及一种采煤设备中的截齿的加工方法。
技术背景
[0002]在采煤机工作过程中，采煤机滚筒上的截齿直接切割煤炭，是其关键零件。截齿的硬质合金刀头通过钎焊固定在刀柄上，钎焊强度直接影响截齿的使用寿命。截齿工况恶劣，受力情况复杂，致使硬质合金刀头脱落比较严重，截齿性能的优劣和生产成本的高低直接影响采煤机的生产效益。
[0003]硬质合金刀头传统的固定方式是镶嵌在刀柄内，再通过边缘钎焊固定。在实际使用中，经常发生硬质合金刀头因钎焊开焊而脱落，导致截齿早期失效。近年来，随着大功率半导体激光器的发展普及，激光熔覆技术广泛的应用到截齿的强化中。激光熔覆技术有其独特的优势:在激光熔覆过程中，表层金属快速熔凝，基体热影响区小，热变形小，熔覆层与基体呈冶金结合，结合强度高等。在实际使用中，通过激光熔覆强化后截齿的使用寿命是普通截齿的2倍，最后的破坏形式不是齿柄熔覆层磨损破坏，而是硬质合金刀头的脱落。因此要延长激光熔覆强化后截齿的使用寿命，防止硬质合金刀头脱落是重要路径之一。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低、适合批量生产，并能够防止刀头脱落，使用寿命更长的抗脱落高耐磨截齿的加工方法。
[0005]本发明加工方法如下:
[0006](I)加工焊片
[0007]将H62铜板钎料冲压呈厚度为I?2mm的圆桶形焊片，圆筒形焊片的内径与硬质合金刀头的外径尺寸相等。
[0008](2)配制焊剂
[0009]焊剂原料的成分质量百分比为硼砂8%、硼酸20%、余量为纯铜粉，将上述原料放入容器中充分混合后，在电炉上加热煮成牙膏状备用。
[0010]⑶工件准备
[0011]为保证焊接质量，用砂纸打磨刀头上的凹槽、焊片和硬质合金刀头表面的氧化物，并用丙酮清洗表面的油污。
[0012]⑷工件组装
[0013]将上述焊剂均匀地涂抹在圆桶形焊片的外表面，并将其装入刀头上的凹槽内，然后在硬质合金刀头的底部以及外圆面涂抹一层焊剂，装入到上述圆桶形焊片中，控制焊剂用量，以不溢出为最佳。
[0014](5)实施钎焊
[0015]将步骤(4)组装好的截齿放入到200°C的恒温箱中预热20?30分钟，以除去焊剂中的气孔；将预热后的截齿放入到930°C的烤箱中进再一步加热，待硬质合金刀头完全落入到刀头凹槽内，且焊缝中不再有气泡产生时，取出截齿放入到保温棉中保温缓冷至室温。
[0016](6)清除残留
[0017]清除截齿表面残留的焊剂及氧化皮，为下一步激光熔覆做准备。
[0018](7)激光熔覆
[0019]将截齿固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动旋转，采用重力方式送粉，将金属基陶瓷合金粉末送到除硬质合金刀头和刀柄外的刀头上，再利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属基陶瓷合金粉末，使得金属基陶瓷合金粉末与截齿待强化表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的0.8?1.2mm厚耐磨损合金层，激光扫描的参数如下:激光功率P= 1800?3600W，矩形光斑2.5 X 11.5mm，搭接率20?40%，扫描速度V = 430?620mm/min ;所述金属基陶瓷合金粉末各成分质量百分比为:C0.1-0.35%, Cr 11-13.5%, B 1.6-2.2%, Si 1.2-1.6%, Mo 0.8-1.6%, Ni 2.4-16%, W4.7-9.4%，余量为 Fe。
[0020](8)对激光熔覆后的截齿进行去应力退火，温度为200?400°C，保温2?4小时，然后随炉缓冷至室温。
[0021]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0022]1、通过改进结构，增加硬质合金刀头和刀柄的钎焊面积，使得硬质合金刀头更加牢固；
[0023]2、刀柄表面通过表面激光熔覆层增加其耐磨性，可基本实现了刀柄和硬质合金头的同步失效。
[0024]3、与单一的激光熔覆强化截齿相比，改进后截齿的使用寿命可提高3倍以上。
[0025]
【具体实施方式】
[0026]实施例1
[0027]将H62铜板钎料冲压呈厚度为Imm的圆桶形焊片，圆筒形焊片的内径与硬质合金刀头的外径尺寸相等。将质量百分比为8%的硼砂、20%的硼酸和72%的纯铜粉放入不锈钢杯中充分混合后，在电炉上加热煮成牙膏状备用。为保证焊接质量，用砂纸打磨刀头3上的凹槽、焊片和硬质合金刀头表面的氧化物，并用丙酮清洗表面的油污。将焊剂均匀的涂抹在圆桶形焊片2的外表面，并装入到刀头的凹槽内；在硬质合金刀头I的底部以及外圆面涂抹一层焊剂，装入到圆桶形焊片中，控制焊剂用量，以不溢出为最佳。将组装好的截齿放入到200°C的恒温箱中预热20分钟，以除去焊剂中的气孔；将预热后的截齿放入到930°C的烤箱中进再一步加热，待硬质合金刀头完全落入到刀头凹槽内，且焊缝中不再有气泡产生时，取出截齿放入到保温棉中保温缓冷至室温。清除截齿表面残留的焊剂及氧化皮，为下一步激光熔覆做准备。配制金属基陶瓷合金粉末，该粉末成分的质量百分比为:C 0.1%, Cr11%, B 1.6%, Si 1.2%,Mo 0.8%, Ni 2.4%,W 4.7%，余量为 Fe。将截齿固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动旋转，采用重力方式送粉，将金属基陶瓷合金粉末送到除硬质合金刀头和刀柄4外的刀头上，再利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属基陶瓷合金粉末，使得金属基陶瓷合金粉末与截齿待强化表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的0.8mm厚耐磨损合金层3,具体工艺参数如下:激光功率P =1800W,矩形光斑2.5 X 11.5mm，搭接率20 %，扫描速度V = 430mm/min,对激光熔覆后的截齿进行去应力退火，温度为200°C，保温2小时，然后随炉缓冷至室温。
[0028]实施例2
[0029]将H62铜板钎料冲压呈厚度为1.2mm的圆桶形焊片，圆筒形焊片的内径与硬质合金刀头的外径尺寸相等。将质量百分比为8%的硼砂、20%的硼酸和72%的纯铜粉放入不锈钢杯中充分混合后，在电炉上加热煮成牙膏状备用。为保证焊接质量，用砂纸打磨刀头上的凹槽、焊片和硬质合金刀头表面的氧化物，并用丙酮清洗表面的油污。将焊剂均匀的涂抹在圆桶形焊片的外表面，并装入到刀头的凹槽内；在硬质合金刀头的底部以及外圆面涂抹一层焊剂，装入到圆桶形焊片中。控制焊剂用量，以不溢出为最佳。将组装好的截齿放入到200°C的恒温箱中预热25分钟，以除去焊剂中的气孔；将预热后的截齿放入到930°C的烤箱中进再一步加热，待硬质合金刀头完全落入到刀头凹槽内，且焊缝中不再有气泡产生时，取出截齿放入到保温棉中保温缓冷至室温。清除截齿表面残留的焊剂及氧化皮，为下一步激光熔覆做准备。配制金属基陶瓷合金粉末，该粉末成分的质量百分比为=C 0.2%,Cr 12%,B 1.8%,Si 1.4%,Mo 1.0%,Ni 5.0%，W 6.5%，余量为Fe。将截齿固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动旋转，采用重力方式送粉，将金属基陶瓷合金粉末送到除硬质合金刀头和刀柄外的刀头上，再利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属基陶瓷合金粉末，使得金属基陶瓷合金粉末与截齿待强化表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的Imm厚耐磨损合金层，具体工艺参数如下:激光功率P = 2400W,矩形光斑2.5X11.5_，搭接率30%，扫描速度V = 500mm/min ;对激光熔覆后的截齿进行去应力退火，温度为280°C，保温3小时，然后随炉缓冷至室温。
[0030]实施例3
[0031]将H62铜板钎料冲压呈厚度为1.8mm的圆桶形焊片，圆筒形焊片的内径与硬质合金刀头的外径尺寸相等。将质量百分比为8%的硼砂、20%的硼酸和72%的纯铜粉放入不锈钢杯中充分混合后，在电炉上加热煮成牙膏状备用。为保证焊接质量，用砂纸打磨刀头上的凹槽、焊片和硬质合金刀头表面的氧化物，并用丙酮清洗表面的油污。将焊剂均匀的涂抹在圆桶形焊片的外表面，并装入到刀头上的凹槽内；在硬质合金刀头的底部以及外圆面涂抹一层焊剂，装入到圆桶形焊片中。控制焊剂用量，以不溢出为最佳。将组装好的截齿放入到200°C的恒温箱中预热30分钟，以除去焊剂中的气孔；将预热后的截齿放入到930°C的烤箱中进再一步加热，待硬质合金刀头完全落入到刀头凹槽内，且焊缝中不再有气泡产生时，取出截齿放入到保温棉中保温缓冷至室温。清除截齿表面残留的焊剂及氧化皮，为下一步激光熔覆做准备。配制金属基陶瓷合金粉末，粉末成分及质量百分比为:C 0.3%, Cr13%,B 2.0%,Si 1.5%,Mo 1.4%,Ni 9/0%,W 8.0%，余量为Fe。将截齿固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动旋转，采用重力方式送粉，将金属基陶瓷合金粉末送到除硬质合金刀头和刀柄外的刀头上，再利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属基陶瓷合金粉末，使得金属基陶瓷合金粉末与截齿待强化表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.0mm厚耐磨损合金层，具体工艺参数如下:激光功率P = 3000W,矩形光斑2.5X11.5mm，搭接率30%，扫描速度V = 580mm/min ;对激光熔覆后的截齿进行去应力退火，温度为300°C，保温3小时，然后随炉缓冷至室温。
[0032]实施例4
[0033]将H62铜板钎料冲压呈厚度为2mm的圆桶形焊片，圆筒形焊片的内径与硬质合金刀头的外径尺寸相等。将质量百分比为8%的硼砂、20%的硼酸和72%的纯铜粉放入不锈钢杯中充分混合后，在电炉上加热煮成牙膏状备用。为保证焊接质量，用砂纸打磨刀头上的凹槽、焊片和硬质合金刀头表面的氧化物，并用丙酮清洗表面的油污。将焊剂均匀的涂抹在圆桶形焊片的外表面，并装入到刀头上的凹槽内；在硬质合金刀头的底部以及外圆面涂抹一层焊剂，装入到圆桶形焊片中。控制焊剂用量，以不溢出为最佳。将组装好的截齿放入到200°C的恒温箱中预热30分钟，以除去焊剂中的气孔；将预热后的截齿放入到930°C的烤箱中进再一步加热，待硬质合金刀头完全落入到刀头凹槽内，且焊缝中不再有气泡产生时，取出截齿放入到保温棉中保温缓冷至室温。清除截齿表面残留的焊剂及氧化皮，为下一步激光熔覆做准备。配制金属基陶瓷合金粉末，粉末成分及质量百分比为:C 0.35%,Cr 13.5%, B 2.2%, Si 1.6%, Mo 1.6%, Ni 16%, W 9.4%，余量为 Fe。将截齿固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动旋转，采用重力方式送粉，将金属基陶瓷合金粉末送到除硬质合金刀头和刀柄外的刀头上，再利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属基陶瓷合金粉末，使得金属基陶瓷合金粉末与截齿待强化表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的1.2mm厚耐磨损合金层，具体工艺参数如下:激光功率P=3600W，矩形光斑2.5X 11.5mm，搭接率40%，扫描速度V = 620mm/min ;对激光熔覆后的截齿进行去应力退火，温度为400°C，保温4小时，然后随炉缓冷至室温。
【权利要求】
1.一种抗脱落高耐磨截齿的加工方法，其特征在于: (1)将H62铜板钎料冲压呈厚度为I?2mm的圆桶形焊片，圆筒形焊片的内径与硬质合金刀头的外径尺寸相等； (2)配制焊剂，该焊剂原料的成分质量百分比为硼砂8%、硼酸20%、余量为纯铜粉，将上述原料放入容器中充分混合后，在电炉上加热煮成牙膏状备用； (3)用砂纸打磨刀头上的凹槽、焊片和硬质合金刀头表面的氧化物，并用丙酮清洗表面的油污； (4)将上述焊剂均匀地涂抹在圆桶形焊片的外表面，并将其装入刀柄的凹槽内，然后在硬质合金刀头的底部以及外圆面涂抹一层焊剂，装入到上述圆桶形焊片中，控制焊剂用量，以不溢出为最佳； (5)将步骤(4)组装好的截齿放入到200°C的恒温箱中预热20?30分钟，以除去焊剂中的气孔；将预热后的截齿放入到930°C的烤箱中进再一步加热，待硬质合金刀头完全落入到刀柄凹槽内，且焊缝中不再有气泡产生时，取出截齿放入到保温棉中保温缓冷至室温； (6)清除截齿表面残留的焊剂及氧化皮，为下一步激光熔覆做准备； (7)将截齿固定在大功率半导体激光加工机床上，通过卡盘带动旋转，采用重力方式送粉，将金属基陶瓷合金粉末送到除硬质合金刀头和刀柄外的刀头上，，再利用大功率半导体激光器输出的高能量光束，扫描输送到位的金属基陶瓷合金粉末，使得金属基陶瓷合金粉末与截齿待强化表面金属发生快速冶金反应，获得均匀的0.8?1.2mm厚耐磨损合金层，激光扫描的参数如下:激光功率P= 1800?3600W，矩形光斑2.5 X 11.5mm，搭接率20?40%,扫描速度 V = 430 ?620mm/min ； (8)对激光熔覆后的截齿进行去应力退火，温度为200?400°C，保温2?4小时，然后随炉缓冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种抗脱落高耐磨截齿的加工方法，其特征在于:所述金属基陶瓷合金粉末各成分质量百分比为:C 0.1-0.35%, Cr 11-13.5%, B1.6-2.2%, Si.1.2-1.6%, Mo 0.8-1.6%, Ni 2.4-16%, W 4.7-9.4%，余量为 Fe。
【文档编号】B23P15/00GK104353974SQ201410645776
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】郭长永 申请人:北京中纬研科新材料有限公司