专利名称：带有碳化钨表层金属工件的生产设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械加工设备，特别是制作 带有高硬度、高耐磨、耐高温表层金属工件的生产设备。
2、 背景技术有些机械设备的金属工件的工作环境要求其具有 耐冲击、高硬度、高耐磨、耐高温的性能，比如轧钢机的轧辊。碳化 钨是一种具有高硬度、高耐磨、耐高温性能的材料，但其生产成本较 高，用整体碳化钨材料制作产品价格昂贵。因此人们想办法在金属工 件表面加一层碳化钨材料，以使金属工件具备良好的性能，成本又比 较低。目前，在金属工件表面增加类似碳化钨层的设备有①采用化 学气相沉淀硬质合金类表层的设备。用这种设备得到的表层厚度非常 小，只有数拾微米。②采用热喷涂的设备将碳化钨微粒喷到工件表面， 可以得到2-3毫米的碳化钨层，这种表层与金属结合强度差，使用受 到限制。不能用在轧钢机的精轧辊上。③采用局部镶嵌的方法使工件 工作部位带有碳化钨镶块。生产碳化钨镶块采用的烧结设备体形庞 大，工艺复杂，成木较高。④激光熔敷碳化钨设备，将碳化钨熔敷在 金属工件表面，但是需要加工整形，因此限制了熔敷层的硬度不能太 高，影响其耐磨性能。
3、 发明内容本实用新型的目的是提供一种带有碳化钨表层金 属工件的生产设备，采用此设备生产的金属工件其碳化钨表层与基体 金属的接合属于冶金接合，接合强度高，表层厚度随意，且可以多层 烧结，生产成本低。带有碳化钨表层金属工件的生产设备的结构是 机架上有夹卡包敷着待烧结碳化钨层金属工件的可调速转动的卡盘。 机架上还安装有与被夹卡工件表面上水平母线平行的可调速转动的 金属辊，金属辊中空并流通冷却水。安装金属辊的基座上有使金属辊 轴向和径向移动的丝杠进给机构。基座上还有碳化钨及相邻金属层的自熔融装置。自熔融装置有两种结构方案，第一种方案是金属辊外表 面包裹一圈内外分别涂有高导磁率绝缘陶瓷的铜板套，铜板套有一条 轴向断开间隙，断开间隙被绝缘材料填充。电源导线分别连接断开间 隙两侧的铜板套。在金属工件和铜板套上方装有可调位置及方向的恒 磁装置。在恒磁装置旁有与工件碳化钨层相接的降温辊。第二种方案 是在金属辊上方有一个中心对着加卡工件的可调位的弧形架，在弧形 架上距离金属辊由远及近依次装有①点火线圈、②恒磁装置、③外形 带凸棱的线圈，该线圈导线为空心，中间通有冷却水，导线外面涂有 高导磁率绝缘陶瓷、④红外线测温仪、⑤带有冷却水套的弧形板式线 圈，该线圈中央有一个窗口安装着测厚仪的探头及保护气体或反应气 体管道、⑥超声震动装置。在点火线圈前面有降温辊，在金属辊下方 有非接触性无损检测仪。
这种带有碳化钨表层金属工件的生产设备可以将碳化钨表层与 基体金属熔融在一起，结合强度好，厚度可大可小。可以将碳化钨表 层限定在局部表面，也可以和基体金属相间地多层粘合，使带碳化钨 表层的金属工件生产成木大大降低。挤压工件表层碳化钨的金属辊在 进给机构控制下，可以使工件得到精确的加工尺寸。
4、
图l是设有第一种白熔融装置方案的带有碳化钨 表层金属工件的生产设备的结构示意图。图2是设有第二种自熔融装 置方案的带有碳化钨表层金属工件的生产设备的结构示意图。
具体实施方式
图1所示是带有碳化钨表层的金属工件生产 设备的第一个实施例。机架上可调速转动的卡盘4上夹卡了包敷着待烧结碳化钨层5的回转体金属工件6。机架上还安装有与金属工件表 面上水平母线平行的可调速转动的金属辊10，金属辊中空并流通冷 却水15。随着工件表面形状不同，金属辊的方向可以调整，或者更 换不同外形的金属辊。安装金属辊的基座上有使金属辊轴向和径向移动的丝杠进给机构，以便使金属辊通过进给机构对金属工件的包敷碳 化钨层进行挤压加工，并控制工件的加工尺寸。在金属辊的基座上还 安装有碳化钨及相邻金属层的自熔融装置，其结构是金属辊10外
表面包裹一周内外分别涂有高导磁率绝缘陶瓷14的铜板套9，铜板 套有一条轴向断开间隙13，断开间隙被绝缘材料填充。电源导线ll、 12分别连接断开间隙两侧的铜板套，在金属工件和铜板套上方装有 可调位置及方向的恒磁装置8，这个恒磁装置可以是永磁铁或者电磁 铁。在恒磁装置旁有与工件碳化钨层相接的降温辊7，降温辊中空并 流通冷却水。
电源导线以大电流接通后，电流通过金属辊外的铜板套，可使碳 化势表层产生感应电流和高温，点燃碳化鸨配料中的燃烧剂，进行高 温原位烧结，与接合面的金属层熔融接合。铜质降温辊7使与其接触 的碳化钨层降温停止燃烧，控制碳化钨层燃烧范围向前蔓延。以便使 金属辊附近的碳化钨层在烧结过程中进行内部反应和实施金属辊的 挤压加工。在金属与碳化钨接合层处于熔融状态时，交变电流使熔融 层产生的交变磁场与恒磁装置8产生磁震荡，对熔融的金属与碳化钨 起搅拌作用，有利于熔融层内的气体排出。同时金属辊在进给机构作 用下对工件进行挤压，挤压与振荡排气结合，使碳化势更加致密，并 达到精确的加工尺寸。上述实施例适合在工件的碳化鸨表层厚度不大 时使用。
图2是带有碳化钨表层金属工件的生产设备的第二个实施例。适 用于碳化钨表层厚度较大的回转体工件。设备中夹卡工件的卡盘和金 属辊与第一个实施例具有相同的结构。碳化钨及相邻金属层的自熔融
装置的结构是在金属辊10上方有一个中心对着被夹卡工件的可调
位的弧形架23，在弧形架上距离金属辊由远及近依次装有①高压点 火线圈25、②恒磁装置16、③外形带凸棱的线圈17，该线圈导线为空心，中间通有冷却水、导线外面涂有高导磁率绝缘陶瓷、 红外线测温仪18、⑤带有冷却水套的弧形板式线圈19，该线圈中央有一个 窗口安装着测厚仪的探头20及保护气体或反应气体管道21、⑥超声 震动装置22。在点火线圈前面有带冷却水的降温辊7，在金属辊下方 有非接触性无损检测仪24。
工件加工过程中，随着工件的转动，高压点火线圈点燃碳化钨配 料中的燃烧剂，进行高温原位烧结，使碳化钨与相接的金属层熔融。 降温辊7控制碳化钨层燃烧范围向下方蔓延。外形带凸棱的线圈中的 交变电流使熔融层产生感应交变磁场，与恒磁装置共同作用产生磁震 荡，对熔融层起搅拌促使排气作用。红外线测温仪检测工件表层温度， 并控制点火线圈工作。如果工件表层温度达到了使碳化钨与金属熔融 的温度，则使点火线圈停止工作。如果温度不够，说明燃烧剂没有完 全充分燃烧，需要点火线圈继续工作。带有冷却水套的弧形板式线圈 接通电源后，使熔融层产生一定频率的反向感应磁场，这个磁场与线 圈磁场的电磁力对熔融层进行无模挤压，完成在无模状态下定型，并 在电磁力作用下进一步排除气体。弧形板式线圈中央窗口安装的测厚 仪探头根据所测碳化钨层厚度数据自动调整线圈的电压、电流，控制 电磁力的强度。保护气体或反应气体管道21是气相反应烧结时的供 气通道。超声震动装置22的超声波使熔融层中剩余气泡压縮、爆破， 爆破的翻搅作用限制了熔融层的相分离，强化了熔融层与基体的冶金 接合。同时使熔融层温度急速下降，细化结晶晶粒。金属辊的挤压最 终达到精确成型。非接触性无损检测仪24检测工件的加工质量，保 证完工产品合格率，并对有缺陷产品及时补救。这种自熔融装置综合 使用了高温原位烧结、电磁成型、超声空化、半凝固精量无缺陷挤压 成型等技术。
权利要求1、带有碳化钨表层金属工件的生产设备包括工件的夹卡装置和挤压成型机构，其特征是机架上有夹卡包敷着待烧结碳化钨层金属工件(6)的可调速转动的卡盘(4)；机架上还装有与被夹卡金属工件表面上水平母线平行的可调速转动的金属辊(10)，金属辊中空并流通冷却水(15)，安装金属辊的基座上有使金属辊轴向和径向移动的丝杠进给机构；基座上还有碳化钨及相邻金属层的自熔融装置。
2、 如权利要求1所述的带有碳化钨表层金属工件的生产设备， 其特征是所述的碳化钨及相邻金属层的自熔融装置是金属辊(10) 外表面包裹一周内外分别涂有高导磁率绝缘陶瓷(14)的铜板套(9)， 铜板套有一条轴向断开间隙(13)，断开间隙被绝缘材料填充，电源 导线(11)、 (12)分别连接断开间隙两侧的铜板套；在金属工件和铜 板套上方装有恒磁装置(8)，在恒磁装置旁有与工件碳化钨层相接的 降温辊(7)。
3、 如权利要求1所述的带有碳化鸨表层金属工件的生产设备， 其特征是:所述的碳化钨及相邻金属层的自熔融装置是在金属辊(IO) 上方有一个中心对着被夹卡工件(6)的可调位的弧形架(23)，在弧 形架上距离金属辊(IO)由远及近依次装有点火线圈(25)、恒磁装置(16)、外形带凸棱的线圈(17)、红外线测温仪(18)、带有冷却水 套的弧形版式线圈(19)，该线圈中央有一个窗口安装着测厚仪的探 头(20)及保护气体或反应气体管道(21)、最后是超声震动装置(22); 在点火线圈前面有与工件碳化钨层相接的降温辊(7)，在金属辊下方 有非接触性在线无损检测仪(24)。
4、 如权利要求3所述的带有碳化钨表层金属工件的生产设备， 其特征是所述的外形带凸棱的线圈(17)，其线圈导线为空心，中 间通有冷却水，导线外面涂有高导磁率绝缘陶瓷。
专利摘要本实用新型公开了一种带有高硬度、高耐磨、耐高温碳化钨表层金属工件的生产设备。机架上有夹卡包敷着待烧结的碳化钨层金属工件的卡盘。机架上还安装有挤压碳化钨层的金属辊，安装金属辊的基座上有使金属辊轴向和径向移动的丝杠进给机构。机架上还有碳化钨及相邻金属层的自熔融装置。这种生产设备可以将碳化钨表层与基体金属熔融在一起，结合强度好，厚度可大可小。可以将碳化钨表层限定在工件局部表面，还可以和基体金属相间地多层接合，使带碳化钨表层金属工件的制造成本大大降低。
文档编号B22F7/02GK201179562SQ20072031220
公开日2009年1月14日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者陈建国 申请人:陈建国