本發(fā)明涉及機(jī)械加工，具體涉及一種超硬磨料成型砂輪超聲振動(dòng)輔助釬焊裝置及其操作方法。

背景技術(shù)：

1、普通高頻感應(yīng)釬焊目前是超硬磨具磨料焊接的常用制造方法之一，但是該方法由于其加熱區(qū)域集中，加熱時(shí)間短，但保溫效果不好的特點(diǎn)，容易導(dǎo)致釬焊后磨具表面磨粒分布不均勻，從而降低磨粒的把持強(qiáng)度與出露高度等。此外，在成形磨具加工方面，由于成形磨具較為復(fù)雜的表面結(jié)構(gòu)，釬焊過程中釬料的不規(guī)則流動(dòng)會(huì)加劇釬焊后磨具表面的不規(guī)則性，同時(shí)，由于釬焊成型磨具過程中的溫度分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致釬焊過程中更為嚴(yán)重的冶金反應(yīng)，影響成型磨具表面磨粒結(jié)強(qiáng)度的穩(wěn)定性。

2、超聲振動(dòng)輔助釬焊是利用超聲波在液態(tài)釬料中產(chǎn)生的空化和聲流效應(yīng)所引起的局部的高溫高壓以及微射流的作用來實(shí)現(xiàn)材料連接的一種釬焊方式，其中空化效應(yīng)是指周期性變化的超聲波，導(dǎo)致液態(tài)釬料中的壓力場會(huì)在正壓和負(fù)壓之間不斷交替，當(dāng)處于負(fù)壓時(shí)，液態(tài)釬料中的微小氣泡會(huì)被拉伸，當(dāng)處于正壓時(shí)，氣泡會(huì)被壓潰，在這一過程中，氣泡所在的局部位置會(huì)出現(xiàn)高溫高壓以及微射流現(xiàn)象。釬焊過程中的超聲空化效應(yīng)能夠有效鋪展磨具表面的釬料，改善釬焊過程中磨具表面出現(xiàn)焊縫、釬料分布不均勻、導(dǎo)致對(duì)磨粒的把持力不足以及磨粒等高性差等問題。針對(duì)成型砂輪的高頻釬焊采用特定的超聲振型可以獲得更佳的磨削性能效果。

3、西南交通大學(xué)申請(qǐng)的公開號(hào)為cn113539866a的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種超聲輔助釬焊制備憶阻器的方法，首先采用“一步”陽極氧化制備中間介質(zhì)層，對(duì)純鈦片進(jìn)行前處理，之后配置電解液，以鉑片作為陰極,以鈦片為陽極,在60?v直流電壓下氧化2?h,以獲得氧化鈦納米管。之后進(jìn)行超聲輔助釬焊制備頂電極將純sn釬料置于al片一端,整體加熱到280?℃;當(dāng)純sn釬料融化時(shí),在al片另一側(cè)施加超聲波,超聲頻率20?khz,功率700?w,振幅2μm,首次施加超聲時(shí)間為0.1?s,第二次施加超聲時(shí)間為2?s,施加多次超聲直至釬料填充縫，基于超聲輔助釬焊的方式實(shí)現(xiàn)了頂電極/tio2/ti的憶阻器器件制備,操作簡單,具有憶阻器特有的阻變特性。

4、重慶理工大學(xué)申請(qǐng)的公開號(hào)為cn109759741a的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種超聲輔助釬焊用釬焊粉及釬焊方法。該發(fā)明提供了超聲輔助釬焊用釬焊粉及釬焊方法,釬焊粉由錫銅粉或錫銀銅粉,或錫銅粉與錫銀銅粉混合的粉末,與直徑在1-1?000?nm范圍中的活性納米顆粒的鎳粉、鈷粉、銅粉、錫粉、鈦粉的任一種,或任兩種,或任三種,或任四種,或五種,按不超過20%的質(zhì)量比均勻混合。本發(fā)明的超聲輔助釬焊用釬焊粉及釬焊方法,焊接時(shí)溫度低,采用活性納米顆粒,通過超聲發(fā)生裝置的振蕩生熱,促使焊料或納米顆粒與母材發(fā)生冶金反應(yīng),實(shí)現(xiàn)無鉛焊料全固相或半固態(tài)的低溫互連,焊接溫度較傳統(tǒng)液相互連低30℃以上;通過超聲發(fā)生裝置產(chǎn)生的振蕩活化和摩擦,促使焊接母材表面氧化膜破裂,達(dá)到去膜的效果,降低了焊接助焊劑產(chǎn)生的氣體污染,焊接污染少、接頭質(zhì)量高。

5、北京理工大學(xué)申請(qǐng)的公開號(hào)為cn113000967a的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種微小型超硬刀具超聲輔助高頻釬焊方法及裝置，焊接方法是首先對(duì)刀頭和刀柄精準(zhǔn)裝夾,然后打開測(cè)量裝置,接著啟動(dòng)超聲振動(dòng)子,并在超聲輔助作用下進(jìn)行高頻釬焊,最后關(guān)閉整個(gè)裝置并取下焊接完成的超硬刀具。微小型超硬刀具超聲輔助釬焊裝置由裝夾裝置、測(cè)量裝置、超聲輔助裝置和高頻釬焊裝置四部分組成,通過裝夾裝置對(duì)刀柄和刀頭進(jìn)行精準(zhǔn)裝夾,測(cè)量裝置進(jìn)行溫度和壓力實(shí)時(shí)測(cè)量,并利用超聲輔助下高頻釬焊技術(shù)來改善微小型超硬刀具釬焊質(zhì)量,其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,大大提高了微小型超硬刀具的焊接性能。

6、目前釬焊工藝廣泛應(yīng)用在各種超硬磨料的焊接，但是針對(duì)磨具加工的超聲振動(dòng)輔助感應(yīng)釬焊的相關(guān)方法和裝置較少，特別是針對(duì)成型砂輪的加工方法未見報(bào)道。針對(duì)單一振動(dòng)方向的超聲振動(dòng)輔助感應(yīng)釬焊裝置振型單一，對(duì)磨具的提升效果有效，且針對(duì)不同柄部直徑尺寸的磨頭需要頻繁的更換裝置，大大降低了加工效率，因此亟需開發(fā)一種針對(duì)成型砂輪的二維超聲振動(dòng)輔助感應(yīng)釬焊裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有普通釬焊和單一振動(dòng)方向超聲釬焊裝置對(duì)超硬磨料磨具磨削性能能力提升不足的問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種超硬磨料成型砂輪超聲振動(dòng)輔助釬焊裝置及其操作方法，該裝置組裝結(jié)構(gòu)簡單，感應(yīng)釬焊效能好，適用于多種成型砂輪的二維超聲振動(dòng)輔助釬焊。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、一種超硬磨料成型砂輪超聲振動(dòng)輔助釬焊裝置，包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)、高頻感應(yīng)釬焊系統(tǒng)以及針對(duì)成形砂輪的固定裝置，待釬焊的成型砂輪通過置于支撐底座中心圓柱形凹槽內(nèi)的彈簧夾頭固定在底座中心。

4、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由置于移動(dòng)導(dǎo)軌上的滑塊與控制其移動(dòng)的電機(jī)構(gòu)成，電機(jī)外接計(jì)算機(jī)的plc控制系統(tǒng)，可控制滑塊在導(dǎo)軌上上下移動(dòng)的速度與方向，從而保證釬焊過程中線圈保持合適的運(yùn)動(dòng)方向與速度。

5、超聲振動(dòng)系統(tǒng)包括兩個(gè)超聲振動(dòng)變幅桿，壓電陶瓷換能器，變幅桿支撐底座組成，兩個(gè)超聲振動(dòng)變幅桿分別連接于支撐底座的正向與側(cè)向，變幅桿支撐底座中心有凹槽，變幅桿通過法蘭盤與凹槽結(jié)合，變幅桿支撐底座通過螺栓連接于防振底板上，壓電陶瓷換能器通過螺栓與后蓋板與變幅桿大端連接。

6、前述的超聲振動(dòng)輔助高頻感應(yīng)釬焊超硬磨料成型砂輪裝置，支撐成型砂輪的底座兩個(gè)側(cè)面接有兩個(gè)螺紋套，壓電陶瓷超聲變幅桿小端處為對(duì)應(yīng)配合的螺紋，用以變幅桿與底座的連接。

7、前述的超聲振動(dòng)輔助高頻感應(yīng)釬焊超硬磨料成型砂輪裝置，支撐成型砂輪底座的中心開有連接于底部的圓柱形槽，圓柱形槽內(nèi)部底板加工出與彈簧夾頭匹配的錐形孔并存在一段凸出的圓柱段，外側(cè)帶有螺紋用于與螺帽配合對(duì)彈簧夾頭進(jìn)行固定；可通過調(diào)節(jié)彈簧夾頭去適應(yīng)各種尺寸的成型砂輪。

8、前述的超聲振動(dòng)輔助高頻感應(yīng)釬焊超硬磨料成型砂輪裝置，保護(hù)罩側(cè)面開有一對(duì)進(jìn)氣口31，外接氬氣管，在感應(yīng)釬焊過程中由進(jìn)氣口入氬氣保護(hù)氣，另一側(cè)開有一個(gè)出氣口32，用以氣體的排出與流通；在保護(hù)罩底部開有一對(duì)螺紋孔，借助該螺紋孔，保護(hù)罩可以通過螺栓與底座中心的圓形凹槽連接，從而固定在支撐底座上。保護(hù)罩頂部有螺紋，用以與保護(hù)蓋連接，保護(hù)蓋分為主保護(hù)蓋與尺寸更小的副保護(hù)蓋，在感應(yīng)釬焊過程中以適應(yīng)不同尺寸的成型砂輪。

9、前述的超聲振動(dòng)輔助高頻感應(yīng)釬焊超硬磨料成型砂輪裝置，高頻感應(yīng)釬焊系統(tǒng)主要由與高頻釬焊機(jī)相連的釬焊頭、感應(yīng)線圈組成，感應(yīng)線圈通過錫焊連接在釬焊頭上，釬焊頭通過出伸的倆個(gè)螺紋孔通過螺栓固定在導(dǎo)軌可移動(dòng)滑塊上的支撐平板上，線圈內(nèi)部中空，通過釬焊頭與外部冷卻水循環(huán)系統(tǒng)相連。

10、基于上述超聲振動(dòng)輔助高頻感應(yīng)釬焊超硬磨料成型砂輪裝置的超聲振動(dòng)輔助釬焊超硬磨料成型砂輪的方法，步驟如下：

11、（1）啟動(dòng)與電機(jī)相連的plc控制系統(tǒng)，設(shè)置在感應(yīng)釬焊過程中合適的電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向與速度。

12、（2）開啟外部水泵，使冷卻水在感應(yīng)線圈內(nèi)完成循環(huán)若干分鐘，直至冷卻水循環(huán)順暢。

13、（3）在支撐底座中心用彈簧夾頭固定待釬焊的成型砂輪，同時(shí)開啟與超聲振動(dòng)系統(tǒng)相連的超聲電源，壓電陶瓷換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)后，帶動(dòng)變幅桿振動(dòng)，變幅桿通過小端將振動(dòng)傳達(dá)至支撐底座平臺(tái)上，從而使釬焊過程中的成型砂輪產(chǎn)生相應(yīng)振動(dòng)。根據(jù)釬焊的振型需求，可選擇性開啟對(duì)應(yīng)的一個(gè)或兩個(gè)超聲變幅桿相連的超聲電源。

14、（4）經(jīng)過保護(hù)罩進(jìn)出氣口持續(xù)通入高純度氬氣若干分鐘，直至排進(jìn)保護(hù)罩內(nèi)部原始空氣，通過plc控制系統(tǒng)，控制感應(yīng)線圈進(jìn)入保護(hù)罩合適釬焊位置，開啟高頻感應(yīng)釬焊機(jī)，持續(xù)增加釬焊電流，保持冷卻水循環(huán)，待釬料融化后，利用plc控制系統(tǒng)升起感應(yīng)線圈，避免釬焊過程中溫度過熱的情況。保護(hù)罩內(nèi)的密封墊圈可以起到良好密封作用。

15、有益效果

16、（1）本發(fā)明提供的裝置中，高頻感應(yīng)釬焊頭安裝在可移動(dòng)滑塊上，滑塊帶動(dòng)釬焊頭沿著移動(dòng)臺(tái)導(dǎo)軌移動(dòng)，且滑塊通過與plc系統(tǒng)相連的電機(jī)控制，可以實(shí)現(xiàn)在感應(yīng)釬焊過程中的掃描釬焊的方式，減小了由于釬焊溫度過于集中，冷卻不及時(shí)導(dǎo)致的釬焊后成型砂輪表面釬料流失，把持力降低等缺陷。

17、（2）本發(fā)明提供的裝置中，成型砂輪由固定于支撐底座中心的可調(diào)節(jié)彈簧夾頭夾持，通過彈簧夾頭的可調(diào)節(jié)性，能夠適應(yīng)夾持不同尺寸的成型砂輪，避免了由于釬焊成型砂輪的尺寸變動(dòng)而頻繁的更換相適應(yīng)的裝置。

18、（3）本發(fā)明提供的裝置中，通過壓電陶瓷超聲變幅桿，對(duì)支撐平臺(tái)施加超聲振動(dòng)，配合掃描感應(yīng)釬焊的方式，能夠增加釬料在釬焊過程中的流動(dòng)性，減小釬料受熱不均勻的情況，通過超聲振動(dòng)的空化效應(yīng)，減少釬焊后釬料與基體結(jié)合時(shí)內(nèi)部的氣泡，提高釬料的鋪展性，進(jìn)而提高釬焊后成型砂輪的加工性能。

19、（4）本發(fā)明提供的裝置中，通過連接于正面與側(cè)面的兩個(gè)壓電陶瓷超聲變幅桿，實(shí)現(xiàn)在感應(yīng)釬焊過程中可改變的超聲振型，根據(jù)感應(yīng)釬焊成型砂輪的結(jié)構(gòu)不同，可選擇啟用一個(gè)壓電陶瓷超聲變幅桿實(shí)現(xiàn)一維縱向振動(dòng)或啟用倆個(gè)壓電陶瓷超聲變幅桿實(shí)現(xiàn)二維橢圓振動(dòng)，提高了整體超聲振動(dòng)系統(tǒng)的適用性。