本實用新型涉及一種制備磨粒砂輪的裝置，尤其涉及一種感應預熱激光釬焊制備磨粒砂輪的裝置。

背景技術(shù)：

磨粒工具以其高效、穩(wěn)定、耐用等優(yōu)異磨削特性，在天然巖石、工程陶瓷、半導體等硬脆性難加工材料的高效和精密磨削加工中發(fā)揮著無可替代的支柱作用。磨粒工具是利用結(jié)合劑把持下的眾多磨粒實現(xiàn)無數(shù)微細切削進而完成工件材料去除。如何有效把持磨粒歷來都是磨粒工具制備的前提。采用燒結(jié)或電鍍工藝制作的磨粒工具時，磨粒只是被機械地包裹、鑲嵌在結(jié)合劑層中，把持力較小，當負荷較重的加工中容易導致磨粒過早脫落，降低使用壽命。釬焊磨粒工具是利用活性釬料與磨粒在高溫下界面上形成的化學冶金結(jié)合方式將磨粒牢固連接工具基體上。釬焊工具的磨粒強把持力、高出刃度和大容屑優(yōu)勢徹底避免了傳統(tǒng)電鍍、燒結(jié)金剛石工具的把持不足、低出刃、易堵塞和易燒傷等問題，同時磨粒排布可控更是使業(yè)界多年來的主動構(gòu)造銳利磨具工作地貌夢想得以實現(xiàn)。為此，釬焊磨粒技術(shù)被業(yè)界譽為磨粒工具制備的革命性技術(shù)。

近些年來，國內(nèi)外的研究者提出了激光釬焊磨粒工藝，其出發(fā)點是以激光束作為熱源加熱熔化活性釬料從而實現(xiàn)對磨粒的有效連接。與傳統(tǒng)爐中加熱、感應加熱等方法相比，激光加熱釬焊技術(shù)具有光斑直徑小，能量密度高，熱影響范圍小，釬焊效率高；同時激光束易于聚焦，靈活性高，配合現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，通過光斑區(qū)域選擇性加熱釬焊實現(xiàn)磨粒有效排布工具的快速制備。

近年來，尤其是在國內(nèi)南京航空航天大學、華中科技大學、華僑大學等單位相關(guān)研究團隊的努力下，對激光加熱參數(shù)、連接機理和熱損傷方面都進行了大量的研究，紛紛報道了激光加熱下已經(jīng)能夠在金剛石/釬料界面形成碳化物連接，成果鼓舞人心。但也發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)加熱相比，該方法存在連接界面不緊密，熱沖擊、殘余應力大，石墨化嚴重等問題。使用中不僅存在上述的高比例非正常失效，還出現(xiàn)了常規(guī)加熱釬焊中少有的磨粒脫落現(xiàn)象。究其根本原因在于：現(xiàn)有激光加熱釬焊磨粒工藝都是通過激光束將待加熱區(qū)溫度從室溫迅速加熱到活性釬料熔化溫度以上，隨后又迅速冷卻至冷卻室溫，激光加熱區(qū)內(nèi)外溫差過大(高達900攝氏度以上)，速熱速冷不僅給磨粒帶了強烈的熱沖擊，更是會在磨粒上留下巨大焊接殘余應力，其結(jié)果導致應用中出現(xiàn)上述缺陷是在情理之中。毫無疑問，有效破解激光加熱方式的速熱速冷所帶來的問題是充分發(fā)揮激光加熱優(yōu)勢實現(xiàn)高性釬焊磨粒工具的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種感應預熱激光釬焊制備磨粒砂輪的裝置，通用型強，可以高效、高質(zhì)量的實現(xiàn)磨粒砂輪的釬焊制備。

為了解決上述的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種感應預熱激光釬焊制備磨粒砂輪的裝置，包括：保護腔體系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)軸、感應加熱系統(tǒng)和激光加熱系統(tǒng)；

所述旋轉(zhuǎn)軸上固定一待焊砂輪；所述感應加熱系統(tǒng)的感應線圈貼近于所述待焊砂輪的外周表面，其與所述待焊砂輪外周表面的距離小于所述感應線圈的有效加熱距離；

所述激光加熱系統(tǒng)的激光束光斑聚焦于所述待焊砂輪的外周表面，并沿著所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動方向位于所述感應線圈的后方；

所述待焊砂輪、感應線圈和激光束光斑位于氣氛保護系統(tǒng)的保護腔體中。

在一較佳實施例中：所述的保護腔體系統(tǒng)還包括與所述保護腔體連接的保護氛圍發(fā)生器；所述保護氛圍發(fā)生器使所述保護腔體處于真空狀態(tài)或充滿惰性氣體。

在一較佳實施例中：所述的感應加熱系統(tǒng)還包括與所述感應線圈相連的感應加熱電源。

在一較佳實施例中：所述的激光加熱系統(tǒng)包括位于同一光路上的激光器、激光導光裝置和激光聚焦裝置。

在一較佳實施例中：所述保護腔體包括與所述轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置的腔體座和腔蓋，其相對密閉組合后形成保護腔體；所述腔蓋的表面設(shè)有一透明窺視孔。

在一較佳實施例中：激光束光斑為圓形或橢圓形或矩形，光斑面積為0.5-100mm²，且小于感應線圈的面積。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的技術(shù)方案具備以下有益效果：

本實用新型所述的一種感應預熱激光釬焊制備磨粒砂輪的裝置，通過感應加熱和激光加熱的雙溫度場耦合構(gòu)造實現(xiàn)局部釬焊連接磨粒的溫度場條件，相比現(xiàn)有的激光加熱方式，其優(yōu)勢體現(xiàn)在：

一方面，通過感應加熱方式預熱，大幅縮小激光釬焊時的熔池內(nèi)外溫度差，即將工件待釬焊區(qū)溫度預熱至預焊溫度(在這個溫度下活性釬料并未熔化)，在此基礎(chǔ)上通過激光加熱只需將待焊區(qū)溫度進一步作少量提升即可實現(xiàn)磨粒釬焊連接，有效避免了熔池內(nèi)溫度差過大所帶來弊端；

另一方面，由于預熱作用，采用低功率激光束即可實現(xiàn)釬焊區(qū)溫度的提升， 有效避免的高功率激光所帶來的熱沖擊過大，熱流失控等問題。

此外，借助感應加熱的局部優(yōu)勢和激光加熱光斑區(qū)域選擇性優(yōu)勢，再搭以工件旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)了通過局部組合熱源與工件相對運動實現(xiàn)了砂輪整體釬焊制備。

附圖說明

圖1為本實用新型優(yōu)選實施例的原理示意圖；

圖2為本實用新型優(yōu)選實施例的一種感應預熱激光釬焊制備磨粒砂輪的裝置示意圖；

圖3為圖2的S—S截面視圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型進行進一步的詳細說明。

本實用新型為了解決現(xiàn)有激光加熱制備釬焊磨粒時熔池內(nèi)外溫度場過大以及激光束功率過大的等問題，提供一種感應預熱激光釬焊制備磨粒砂輪裝置，通過感應加熱預熱工件待焊加熱區(qū)使激光加熱方式的弊端得到有效控制。

一種感應預熱激光釬焊制備磨粒砂輪的裝置，如圖1-3所示，包括待焊砂輪1、旋轉(zhuǎn)軸2、感應加熱系統(tǒng)3和激光加熱系統(tǒng)4和氣氛保護系統(tǒng)5。

待焊砂輪1由砂輪基體13及涂覆在其外面圓表面的活性結(jié)合劑11和磨粒12構(gòu)成。

感應加熱系統(tǒng)3由感應線圈31及與其相連的感應加熱電源32構(gòu)成。

激光加熱系統(tǒng)4是由激光器42、激光導光裝置43和激光聚焦裝置44位于同一光路上構(gòu)成，激光束45由激光器42產(chǎn)生，經(jīng)過激光導光裝置43和激光聚 焦裝置44后在待焊砂輪1表面形成激光束聚焦光斑41的作用區(qū)。

氣氛保護系統(tǒng)5由密閉的氣氛保護腔體51和與其相連的氣氛保護發(fā)生器52構(gòu)成，其中密閉的氣氛保護腔體51由腔體座511和腔蓋512構(gòu)成，腔蓋512上設(shè)置有透明窺視孔513，用于觀察腔體的工作情況。

所述感應加熱系統(tǒng)3的感應線圈31貼近于所述待焊砂輪1的外周表面，其與所述待焊砂輪1外周表面的距離小于所述感應線圈31的有效加熱距離；

所述激光加熱系統(tǒng)4的激光束光斑聚焦于所述待焊砂輪1的外周表面，并沿著所述旋轉(zhuǎn)軸2的轉(zhuǎn)動方向位于所述感應線圈31的后方。

使用時，將涂覆有活性結(jié)合劑11和磨粒12的待焊砂輪1固定在旋轉(zhuǎn)軸2的軸端21上，調(diào)整感應線圈31與待焊砂輪1的距離，調(diào)整激光束光斑41作用區(qū)在待焊砂輪1上的作用位置。啟動氣氛保護系統(tǒng)5，啟動旋轉(zhuǎn)軸2，使其帶動待焊砂輪1以均勻旋轉(zhuǎn)，啟動感應加熱電源32和激光器42，感應線圈31和激光束聚焦光斑41對待焊砂輪1表面進行耦合加熱，即旋轉(zhuǎn)運動使待焊砂輪1局部表面經(jīng)過感應預熱區(qū)因感應加熱達到預焊溫度，經(jīng)預熱的待焊砂輪1局部表面因旋轉(zhuǎn)運動繼續(xù)經(jīng)過激光束聚焦光斑41加熱釬焊區(qū)。位于激光束光斑41作用區(qū)內(nèi)的待焊砂輪1表面溫度快速從預焊溫度上升到釬焊溫度，在此溫度下位于光斑41作用區(qū)內(nèi)的活性結(jié)合劑11發(fā)生熔化、形成熔池后進而將位于熔池內(nèi)的磨粒12通過化學鍵合方式釬焊連接在砂輪基體13上。

旋轉(zhuǎn)軸2帶動待焊砂輪1相對感應加熱區(qū)和激光聚光光斑作用區(qū)旋轉(zhuǎn)完整一周時，即完成了對整個待焊砂輪1的感應預熱和激光釬焊，關(guān)閉激光器42和感應加熱電源32，冷卻至室溫后拆下得到所制備的磨粒砂輪，也可以在關(guān)閉激光器42后，通過旋轉(zhuǎn)軸2提高砂輪旋轉(zhuǎn)速度并繼續(xù)維持一段感應加熱電源32工作，使得砂輪按一定的降溫速度緩慢冷卻至室溫。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。