高精密数控加工中心刀柄的摩擦焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高精密数控加工中心刀柄的摩擦焊接方法。
【背景技术】
[0002]高精密数控加工中心的加工过程中，刀柄的锥部与机床主轴配合并连接在一起，刀柄前端的工具部通过螺钉将刀具安装在刀柄上，刀柄做为加工过程中的关键零件，是加工中心精度控制的最后环节之一，高精密数控加工中心刀柄的锥面表面硬度必须在HRC60以上，心部硬度在HRC27?32，而刀柄工具部的硬度在HRC38?42便于加工刀具安装孔，使得刀柄具有高硬度、高韧性以保证其在长期使用时必须具有高耐磨性、高尺寸精度稳定性、高耐冲击性；高精密数控加工中心刀柄传统制造方法是由材料是15CrMoA表面渗碳淬火、其他多道热处理与机械加工相结合，整体制造而成，由于高精密数控加工中心刀柄不同部位的硬度要求不同，使得高精密数控加工中心刀柄的热处理过程复杂、制造难度大、生产周期长、生产成本高，即使这样废品率到达50%。为了降低生产难度、缩短生产周期、降低生产成本，目前高精密数控加工中心刀柄公知的制造方法是由:材料是15CrMoA表面渗碳淬火表面硬度在HRC60以上，心部硬度在HRC27?32的锥柄与材料是3Cr2MoA整体淬火硬度在HRC38?42的工具部，通过二氧化碳气体保护焊将这两种材料焊接在一起制造成高精密数控加工中心刀柄，由于二氧化碳气体保护焊是熔化焊，焊缝内部存在气孔、夹渣、晶粒粗大，焊接热影响区大，刀柄的抗冲击性差，容易从焊缝处断裂，导致刀柄报废，废品率达30%，使得企业生产成本高，效益降低。
【发明内容】
[0003]为了解决材料是15CrMoA表面渗碳淬火表面硬度在HRC60以上，心部硬度在HRC27?32的锥柄与材料是3Cr2MoA整体淬火硬度在HRC38?42的工具部，通过二氧化碳气体保护焊制造的高精密数控加工中心刀柄，焊缝内部存在气孔、夹渣、晶粒粗大，焊接时间长导致焊接热影响区大，刀柄的抗冲击性差，容易从焊缝处断裂，导致刀柄报废，使得企业生产成本高，效益降低的问题。本发明提供一种高精密数控加工中心刀柄的摩擦焊接方法。
[0004]解决其技术问题所采用的方案是:将材料是15CrMoA表面渗碳淬火表面硬度在HRC60以上，心部硬度在HRC27?32的锥柄夹持在摩擦焊机的旋转夹具中，将材料是3Cr2MoA整体淬火硬度在HRC38?42的工具部夹持在摩擦焊机的移动夹具中；以转速740rpm，起始摩擦压力60?70MPa，摩擦焊接1.8?2.2秒；再以转速900rpm，二级摩擦压力100?120MPa，摩擦焊接3?4秒；再以转速1200rpm，三级摩擦压力240?250MPa，进行稳定摩擦焊接5?6.5秒后刹车制动；刹车制动的同时加以330?340MPa的顶锻压力，并保持顶锻压力6?8秒。采用三级摩擦的方式，克服了焊件材料硬度高、焊接面温度场低、热扩散作用弱、不易焊接的问题。
[0005]本发明的有益效果是:材料是15CrMoA表面渗碳淬火表面硬度在HRC60以上，心部硬度在HRC27?32的锥柄与材料是3Cr2MoA整体淬火硬度在HRC38?42的工具部采用摩擦焊接方法制造刀杆，因摩擦焊接是固相焊接，焊接处没有做为填充金属的焊丝或焊条，焊接时母材也没有熔化，焊缝处没有气孔、夹渣等焊接缺陷；在压力、摩擦热的作用下使得锥柄和工具部焊接面之间分子的热扩散增强，焊缝处的抗拉强度σ 680MP a、冲击韧性ak彡80J/cm2，节约了时间、降低了生产成本，生产效率提高到800件/日?960件/日，产品合格率提高到99.98%，改善了操作人员的焊接工况。真正使高精密数控加工中心刀柄的摩擦焊接制造成为一种节能、降耗、环保、高效的产业技术。
[0006]下面结合实施例对本发明作进一步说明
[0007]图1:锥柄摩擦焊接前结构示意图。
[0008]图2:工具部摩擦焊接前结构示意图。
[0009]图3:锥柄与工具部摩擦焊接后结构示意图。
[0010]图中:1.锥柄2.工具部
【具体实施方式】
[0011]实施例1:HSK80型高精密数控加工中心刀柄的摩擦焊接。将材料是15CrMoA表面渗碳淬火表面硬度在HRC60以上，心部硬度在HRC27?32的锥柄I夹持在摩擦焊机的旋转夹具中，将材料是3Cr2MoA整体淬火硬度在HRC38?42的工具部2夹持在摩擦焊机的移动夹具中；以转速740rpm，起始摩擦压力60?70MPa，摩擦焊接1.8?2.2秒；再以转速900rpm，二级摩擦压力100?120MPa，摩擦焊接3?4秒；再以转速1200rpm，三级摩擦压力240?250MPa，进行稳定摩擦焊接5?6.5秒后刹车制动；刹车制动的同时加以330?340MPa的顶锻压力，并保持顶锻压力6?8秒。
[0012]经检测，焊接后的HSK80型高精密数控加工中心刀柄焊缝处的抗拉强度σ 680MP a、冲击韧性 ak彡 80J/cm2o
【主权项】
1.高精密数控加工中心刀柄的摩擦焊接方法，其特征是:将锥柄(I)夹持在摩擦焊机的旋转夹具中，将工具部(2)夹持在摩擦焊机的移动夹具中；以转速740rpm，起始摩擦压力60?70MPa，摩擦焊接L 8?2.2秒；再以转速900rpm，二级摩擦压力100?120MPa，摩擦焊接3?4秒；再以转速1200rpm，三级摩擦压力240?250MPa，进行稳定摩擦焊接5?6.5秒后刹车制动；刹车制动的同时加以330?340MPa的顶锻压力，并保持顶锻压力6?8秒。2.根据权利要求1所述的高精密数控加工中心刀柄的摩擦焊接方法，其特征是:锥柄(I)的材料是15CrMoA，表面渗碳淬火表面硬度在HRC60以上，心部硬度在HRC27?32。3.根据权利要求1所述的高精密数控加工中心刀柄的摩擦焊接方法，其特征是:工具部(2)的材料是3Cr2MoA，整体淬火硬度在HRC38?42。4.根据权利要求1所述的高精密数控加工中心刀柄的摩擦焊接方法，其特征是:采用三级摩擦。
【专利摘要】本发明公开了一种高精密数控加工中心刀柄的摩擦焊接方法。将材料是15CrMoA表面渗碳淬火表面硬度在HRC60以上，心部硬度在HRC27～32的锥柄(1)夹持在摩擦焊机的旋转夹具中，将材料是3Cr2MoA整体淬火硬度在HRC38～42的工具部(2)夹持在摩擦焊机的移动夹具中；以转速740rpm，起始摩擦压力60～70MPa，摩擦焊接1.8～2.2秒；再以转速900rpm，二级摩擦压力100～120MPa，摩擦焊接3～4秒；再以转速1200rpm，三级摩擦压力240～250MPa，进行稳定摩擦焊接5～6.5秒后刹车制动；刹车制动的同时加以330～340MPa的顶锻压力，并保持顶锻压力6～8秒。
【IPC分类】B23K20/233, B23K20/12, B23K101/20
【公开号】CN104923908
【申请号】CN201510305874
【发明人】侯军才
【申请人】陕西理工学院
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月2日