通焊式PCBN刀具的组焊方法及通焊式PCBN刀具

技术领域

本发明涉及PCBN刀具技术领域，具体而言，涉及一种通焊式PCBN刀具的组焊方法及通焊式PCBN刀具。

背景技术

随着机械制造业的发展，越来越多的加工材料和超硬材料被广泛应用与机械加工各个领域当中，但随之而来的也是对加工刀具的考验。研发出耐磨性好、热稳定性强且抗冲击性优良的刀具产品至关重要。PCBN聚晶立方氮化硼刀具作为目前加工高硬度难加工黑色金属等材料最具优势的刀具材质，是实现精密和超精密车削加工的必备工具。其中，PCBN可转位通焊刀片主要用于轧辊、矿山机械、大型齿轮、轴承等行业的精加工与半精加工。

现有技术中的PCBN可转位通焊刀片具有以下缺陷：焊缝不连续，气孔较多，部分焊缝宽度较大，约0.1mm，引起钎料填缝不足，缺陷的存在造成刀片强度与使用寿命均不良。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种通焊式PCBN刀具的组焊方法，以解决现有技术中的PCBN通焊刀片具的焊缝不连续、气孔较多，引起钎料填缝不足，导致刀具强度与使用寿命均不良的技术问题。

本发明的另一个目的在于提供一种通焊式PCBN刀具，采用所述的通焊式PCBN刀具的组焊方法得到。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

通焊式PCBN刀具的组焊方法，包括以下步骤：

将硬质合金基体与PCBN刀头进行组装，得到组装体，所述硬质合金基体与PCBN刀头的接触部位涂覆有焊膏；采用紧固件将所述PCBN刀头紧固于所述硬质合金基体上，再进行干燥处理；所述干燥处理后，卸下所述紧固件，并进行钎焊处理；

所述焊膏包括铜、锡、钛、增稠剂和水；所述铜、锡、钛的质量比为（5~6.5）:（2.5~4）:1；

所述干燥处理的温度高于锡元素的熔点。

在一种实施方式中，所述铜、锡、钛的质量比为（5.5~6.2）:（2.8~3.5）:1。

在一种实施方式中，所述铜的粒度为10~100μm。

在一种实施方式中，所述锡的粒度为10~70μm。

在一种实施方式中，述钛的粒度为10~100μm。

在一种实施方式中，所述焊膏中，增稠剂的质量含量为0.2%~1%。

在一种实施方式中，所述焊膏中，铜、锡和钛的总质量含量为50%~80%。

在一种实施方式中，所述增稠剂包括丙二醇、乙基卡必醇、丙三醇、乙二醇、二乙二醇单甲醚和二乙二醇单丁醚中的至少一种。

在一种实施方式中，所述干燥处理的温度为232~400℃。

在一种实施方式中，所述紧固件包括卡簧。

在一种实施方式中，所述紧固件对PCBN刀头施加的压力为20~50N。

在一种实施方式中，所述硬质合金包括钨钴硬质合金。

在一种实施方式中，所述钎焊处理的温度为900~920℃。

通焊式PCBN刀具，采用所述的通焊式PCBN刀具的组焊方法得到。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明通过特定的焊膏配合卡簧的压紧力，确保在烘干温度时，钎料发生部分合金化，合金化的收缩力、卡簧压紧力能够缩小焊缝宽度，排出焊缝中孔隙，在后续钎焊温度下能够更好地发生毛细作用，进一步填隙。该方法可进一步提高通焊式PCBN刀具的强度和使用寿命。

（2）本发明的通焊式PCBN刀具的焊缝宽度小，无气孔，强度高，使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中的PCBN刀具的焊缝图；

图2为本发明对比例1中的PCBN刀具的焊缝图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

根据本发明的一个方面，本发明涉及通焊式PCBN刀具的组焊方法，包括以下步骤：

将硬质合金基体与PCBN（聚晶立方氮化硼）刀头进行组装，得到组装体，所述硬质合金基体与PCBN刀头的接触部位涂覆有焊膏；采用紧固件将所述PCBN刀头紧固于所述硬质合金基体上，再进行干燥处理；所述干燥处理后，卸下所述紧固件，并进行钎焊处理；

所述焊膏包括铜、锡、钛、增稠剂和水；所述铜、锡和钛的质量比为（5~6.5）:（2.5~4）:1；

所述干燥处理的温度为高于锡元素的熔点。

本发明通过特定的焊膏配合卡簧的压紧力，确保在烘干温度时，钎料发生部分合金化，合金化的收缩力、卡簧压紧力能够缩小焊缝宽度，排出焊缝中孔隙，在后续钎焊温度下能够更好地发生毛细作用，进一步填隙。这样，可进一步提高通焊式PCBN刀具的强度和使用寿命。

本发明适宜的干燥温度使锡元素液化，填补钛、铜之间的孔隙，并与之发生原位合金化，合金化产生的力将刀头与基体收紧，卡簧在此过程中持续对刀头与基体施加压紧力，减小焊缝间隙，使钎料填补熔化的锡元素的位置，并排出焊缝中蒸发的气体。在一种实施方式中，所述干燥处理的温度为232~400℃，在一种实施方式中，所述干燥处理的温度包括但不限于为232℃、250℃、275℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃等。本发明通过采用适宜的干燥温度，略高于锡元素的熔点，使锡元素在烘干时能够合金化，配合锡元素比例的提高，锡元素熔化后与铜、钛元素合金化更充分。

在一种实施方式中，所述铜、锡、钛的质量比包括但不限于为5:4:1、5.2:3.8:1、5.5:3.5:1、5.8:3.2:1、6:3:1、6.2:2.8:1等。在一种实施方式中，所述铜、锡、钛的质量比为（5.5~6.2）:（2.8~3.5）:1。

在一种实施方式中，所述铜的粒度为10~100μm，例如10μm、20μm、30μm、50μm、75μm、90μm、100μm等。

在一种实施方式中，所述锡的粒度为10~70μm，例如10μm、25μm、35μm、50μm、70μm等。

在一种实施方式中，所述钛的粒度为10~100μm，例如10μm、20μm、36μm、50μm、80μm、90μm、100μm等。

在一种实施方式中，所述焊膏中，增稠剂的质量含量为0.2%~1%，例如0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%或1%等。

在一种实施方式中，所述焊膏中，铜、锡和钛的总质量含量为50%~80%，例如50%、55%、60%、70%、78%或80%等。

在一种实施方式中，所述增稠剂包括丙二醇、乙基卡必醇、丙三醇、乙二醇、二乙二醇单甲醚和二乙二醇单丁醚中的至少一种。本发明的增稠剂可选择上述中的任一种，或者至少两种的组合。

在一种实施方式中，所述紧固件包括卡簧。本发明通过采用卡簧固定，卡簧同时将一个刀具上的多个刀头向基体压紧，减小间隙。本发明也可以采用其他装置作为紧固件，只要能达到紧固硬质合金基体和PCBN刀头即可。

在一种实施方式中，所述紧固件对PCBN刀头施加的压力为20~50N，例如20N、25N、30N、35N、40N、45N、50N等。

在一种实施方式中，所述硬质合金包括钨钴类硬质合金，例如YG6、YG8等。

在一种实施方式中，所述钎焊处理的温度为900~920℃，例如900℃、905℃、910℃、915℃、920℃等。

根据本发明的另一个方面，本发明还涉及通焊式PCBN刀具，采用所述的通焊式PCBN刀具的组焊方法得到。

本发明的PCBN刀具焊缝小，气孔少；刀具的强度高，使用寿命长。

下面结合具体的实施例、对比例进一步解释说明。

实施例1

通焊式PCBN刀具的组焊方法，包括以下步骤：

（a）焊膏均匀涂抹于待焊部位，将硬质合金基体和PCBN刀头进行组装，得到组装体；焊膏制备：将铜、锡、钛、增稠剂和水混合搅拌均匀，得到混合物；铜、锡、钛的质量比为6:3:1；铜、锡和钛的总质量含量为65%；增稠剂为丙二醇，在焊膏中的质量含量为0.6%；铜的粒度为50μm；锡的粒度为30μm；钛的粒度为50μm；硬质合金为YG6；

（b）采用卡簧固定，卡簧同时将三个刀头向基体压紧，压力大小约35N，减小间隙；

（c）烘干：烘干温度为345℃；

（d）卸下卡簧；

（e）入炉钎焊，钎焊温度为910℃；

（f）出炉。

本发明实施例1中的PCBN刀具的焊缝图如图1所示。

实施例2

通焊式PCBN刀具的组焊方法，包括以下步骤：

（a）焊膏均匀涂抹于待焊部位，将硬质合金基体和PCBN刀头进行组装，得到组装体；焊膏制备：将铜、锡、钛、增稠剂和水混合搅拌均匀，得到混合物；铜、锡、钛的质量比为5.5:3.5:1；铜、锡和钛的总质量含量为55%；增稠剂为丙二醇，在焊膏中的质量含量为0.4%；铜的粒度为30μm；锡的粒度为20μm；钛的粒度为30μm；硬质合金为YG6；

（b）采用卡簧固定，卡簧同时将三个刀头向基体压紧，压力大小约35N，减小间隙；

（c）烘干：烘干温度为320℃；

（d）卸下卡簧；

（e）入炉钎焊，钎焊温度为905℃；

（f）出炉。

实施例3

通焊式PCBN刀具的组焊方法，包括以下步骤：

（a）焊膏均匀涂抹于待焊部位，将硬质合金基体和PCBN刀头进行组装，得到组装体；焊膏制备：将铜、锡、钛、增稠剂和水混合搅拌均匀，得到混合物；铜、锡、钛的质量比为6.2:2.8:1；铜、锡和钛的总质量含量为70%；增稠剂为丙二醇，在焊膏中的质量含量为0.8%；铜的粒度为80μm；锡的粒度为50μm；钛的粒度为80μm；硬质合金为YG6；

（b）采用卡簧固定，卡簧同时将三个刀头向基体压紧，压力大小约35N，减小间隙；

（c）烘干：烘干温度为385℃；

（d）卸下卡簧；

（e）入炉钎焊，钎焊温度为915℃；

（f）出炉。

实施例4

通焊式PCBN刀具的组焊方法，包括以下步骤：

（a）焊膏均匀涂抹于待焊部位，将硬质合金基体和PCBN刀头进行组装，得到组装体；焊膏制备：将铜、锡、钛、增稠剂和水混合搅拌均匀，得到混合物；铜、锡、钛的质量比为5:4:1；铜、锡和钛的总质量含量为50%；增稠剂为丙二醇，在焊膏中的质量含量为0.2%；铜的粒度为10μm；锡的粒度为10μm；钛的粒度为10μm；硬质合金为YG6；

（b）采用卡簧固定，卡簧同时将三个刀头向基体压紧，压力大小约25N，减小间隙；

（c）烘干：烘干温度为300℃；

（d）卸下卡簧；

（e）入炉钎焊，钎焊温度为900℃；

（f）出炉。

实施例5

通焊式PCBN刀具的组焊方法，包括以下步骤：

（a）焊膏均匀涂抹于待焊部位，将硬质合金基体和PCBN刀头进行组装，得到组装体；焊膏制备：将铜、锡、钛、增稠剂和水混合搅拌均匀，得到混合物；铜、锡、钛的质量比为6.5:2.5:1；铜、锡和钛的总质量含量为80%；增稠剂为丙二醇，在焊膏中的质量含量为1.0%；铜的粒度为100μm；锡的粒度为70μm；钛的粒度为100μm；硬质合金为YG6；

（b）采用卡簧固定，卡簧同时将三个刀头向基体压紧，压力大小约25N，减小间隙；

（c）烘干：烘干温度为400℃；

（d）卸下卡簧；

（e）入炉钎焊，钎焊温度为920℃；

（f）出炉。

对比例1

通焊式PCBN刀具的组焊方法，包括以下步骤：

（a）焊膏均匀涂抹于待焊部位，将硬质合金基体和PCBN刀头进行组装，得到组装体；焊膏制备：将铜、锡、钛、增稠剂和水混合搅拌均匀，得到混合物；铜、锡、钛的质量比为7:2:1；铜、锡和钛的总质量含量为70%；增稠剂为丙二醇，在焊膏中的质量含量为0.8%；铜的粒度为50μm；锡的粒度为30μm；钛的粒度为50μm；硬质合金为YG6；

（b）烘干：烘干温度为120℃；

（c）入炉钎焊，钎焊温度为910℃；

（d）出炉。

本发明对比例1中的PCBN刀具的焊缝图如图2所示。

对比例2

通焊式PCBN刀具的组焊方法，除铜、锡、钛的质量比为6.8:2.2:1，其他条件同实施例1。

对比例3

通焊式PCBN刀具的组焊方法，除不采用卡簧固定，其他条件同实施例1。

对比例4

通焊式PCBN刀具的组焊方法，除烘干温度为280℃，其他条件同实施例1。

实验例

一、实施例和对比例中PCBN刀具的焊缝的宽度、气孔情况及合格情况如表1所示。其中，产品等级：一等品优于次等品。

表1 PCBN刀具的焊缝的宽度、气孔情况及合格情况

由表1可知，本发明通过特定的焊膏配合卡簧的压紧力，确保在烘干温度时，钎料发生部分合金化，合金化的收缩力、卡簧压紧力能够缩小焊缝宽度，实施例1~5的焊缝的宽度不超过40.57μm，焊缝连续分布于刀头与基体的焊缝中，无气孔，均合格，且均为一等品；实施例4~5的焊缝存在不连续的气孔总长度占比约5%，均为合格。各实施例的方法可排出焊缝中孔隙，在后续钎焊温度下能够更好地发生毛细作用，进一步填隙，可进一步提高通焊式PCBN刀具的强度和使用寿命。

对比例1~4的焊缝宽度较大，存在不连续的气孔总长度占比在19%以上，均为废品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。