專利名稱：一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬塑性成形技術領域，適用于加工截齒等頭部需要焊接硬質(zhì)合金頭 的刀具、釬具。
背景技術：
眾所周知，中國是全世界已探明煤儲量和年開采量最大的國家，礦用截齒是采煤 及巷道掘進機械中最主要的易損件，受煤層及巖層硬度的影響，年消耗量極大；另外，隨著 中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，全國各地的交通道路建設都在如火如荼地展開，公路截齒是舊路面 破碎設備中最主要的易損件，每年的消耗量也非常可觀。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國2009年礦用 截齒和公路截齒的年總消耗量超過1億只，截齒為中國的能源開采和基礎建設做出了不可 磨滅的貢獻。目前，僅國內(nèi)生產(chǎn)截齒的廠家就有數(shù)百家，但所有國內(nèi)外著名截齒生產(chǎn)廠家(如 肯納金屬、山特維克、菲利普斯等)所生產(chǎn)的截齒產(chǎn)品，截齒體和硬質(zhì)合金頭的接合方式 100%都為焊接，即在截齒體頭部孔中加入硼砂焊劑和黃銅焊料，加熱截齒體至黃銅熔化 后，將硬質(zhì)合金頭裝進孔中，與焊料充分接觸后降溫，待焊料凝固，完成焊接。這種截齒與 硬質(zhì)合金頭的焊接工藝已沿用數(shù)十年，工藝陳舊且存在以下幾個嚴重的問題1、焊接需將 產(chǎn)品加熱至920°c以上后焊料才能充分熔化，電耗極大，能源浪費嚴重；2、焊接所使用的焊 料焊劑價格昂貴，成本較高，且焊接對焊料焊劑的化學成分構(gòu)成比例要求很高，不合格的焊 料焊劑或者錯誤的操作極易造成脫焊、氣泡等焊接報廢；3、焊接過程中，硼砂受高溫后會有 較多的粉塵和煙霧產(chǎn)生，不利于操作人員的身體健康；4、焊接加工過程緩慢，不利于產(chǎn)品大 批量生產(chǎn)；5、后期使用過程中一旦脫焊，硬質(zhì)合金頭將從截齒體中脫落，整個截齒將完全失 效，不再具有使用價值；6、焊接后，硬質(zhì)合金頭很難再從截齒體中取出，這樣大量的報廢截 齒中昂貴的硬質(zhì)合金頭就很難再次得到重復利用，嚴重地浪費了稀有礦物資源。經(jīng)過專利檢索，我們發(fā)現(xiàn)三種免焊接截齒的加工方法第一種，采用溫擠過盈配合方式固定硬質(zhì)合金頭。如“壓入式鎬型截齒”、“高耐磨 金剛石復合截齒”、“蘑菇型壓入式鎬型截齒”、“一種用于截齒的保徑方法及高耐磨復合截 齒”等，其壓合方式是無錐度的圓柱孔與圓柱體的壓合，壓合前，安裝孔直徑必須小于硬質(zhì) 合金頭直徑。由于截齒工作時，一直處于高頻率、高強度的震動狀態(tài)，因此在實際應用過程 中，固定效果不理想，很容易脫落。在壓合過程中，如果安裝孔底排氣不徹底，還會產(chǎn)生硬質(zhì) 合金頭底部與安裝孔底部不貼合或貼合不緊密的現(xiàn)象，造成截齒完全喪失應有的強度。專 利“一種礦用硬質(zhì)合金鉆齒及采用該鉆齒的截齒和鉆頭”中所公開的免焊接截齒加工方法 也屬于這一類型，為確保壓合過程中排氣順暢，申請人在硬質(zhì)合金頭側(cè)壁上設計了外螺紋， 該專利的缺陷是1、硬質(zhì)合金頭形狀復雜，不利于制造，強度也難以保證；2、硬質(zhì)合金頭設 有外螺紋，與截齒體內(nèi)螺紋為線型接觸，產(chǎn)品在使用過程中受沖擊后易松動脫落或致截齒 體磨損開裂。第二種，采用銷等固定件固定硬質(zhì)合金頭。如“一種采煤機截齒的固定裝置”等，這類固定是在溫擠或冷擠過盈配合固定的基礎上，為防止硬質(zhì)合金頭松動脫落，而采用銷、 鍵等固定件，對硬質(zhì)合金頭和截齒體安裝孔進行進一步鎖定。其缺陷是固定件雖然降低了 硬質(zhì)合金頭松動脫落的可能性，但同時也破壞了硬質(zhì)合金頭和截齒體的整體性，降低了截 齒自身的強度和抗沖擊、抗扭曲能力。第三種，依靠硬質(zhì)合金頭與截齒體配合部分的錐度及熱鍛方法固定硬質(zhì)合金頭。 如“一種截齒的生產(chǎn)工藝方法”。這種方法存在如下嚴重缺陷1、由于鍛造溫度在1050 1150°C，過高的溫度會導致截齒體的品粒度和組織粗大、機體強度嚴重下降，嚴重時還會形 成過熱和過燒等致命缺陷，導致截齒體本身完全喪失應有的強度；2、熱鍛會形成極為嚴重 的表面脫碳現(xiàn)象，由于硬質(zhì)合金頭與截齒體之間有錐角差，在壓合之前兩者之間存在間隙， 加熱過程及熱鍛過程中，截齒體內(nèi)孔表面會形成嚴重脫碳，導致截齒體內(nèi)孔表面產(chǎn)生嚴重 的氧化層，同時導致后續(xù)熱處理無法達到理想的機體硬度，從而無法保證截齒體在使用過 程中的應用強度，在實際使用過程中，截齒體會很快開口，從而導致硬質(zhì)合金頭從截齒體中 脫落；3、截齒一般不使用低合金鋼作為機體材料，因為低合金鋼在淬火后的整體機械綜合 性能無法達到截齒使用環(huán)境的要求，該工藝之所以要強調(diào)使用低合金材料作為機體材料， 是因為低合金材料不像傳統(tǒng)的42CrMo那么容易脫碳，但即使這樣，低合金材料的脫碳現(xiàn)象 仍在所難免，更何況這種材料在實際使用過程中無法保證整體強度。鑒于上述原因，該工藝 多年來無法應用于實際生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種既能保證截齒體與硬質(zhì)合金頭的穩(wěn)固 接合，確保截齒在使用時的抗沖擊、抗扭曲能力，又回避了傳統(tǒng)的焊接工藝，從而徹底消除 了原始焊接所帶來的種種詬病的冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法。本發(fā)明的技術方案是一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，它 的工藝步驟包括1、加工截齒體，確保截齒體外形與冷擠縮徑壓合后的截齒體外形相似， 截齒體重量與冷擠縮徑壓合后的截齒體重量相等，截齒體尺寸留足冷擠縮徑壓合變形量； 2、加工安裝孔，在截齒體頭部端面上機加工安裝孔，安裝孔直徑比硬質(zhì)合金頭最大直徑大 0. 05 0. 15mm，形位公差與柄部同軸度小于0. 2mm，安裝孔底平面必須平整光滑；3、設計并 制造一種硬質(zhì)合金頭，其工作部分錐度為60° 120°，壓合部分錐度為1.0° 6.7° ； 4、設計并制造冷擠縮徑壓合模具，上模內(nèi)部形腔符合截齒成品要求；5、將硬質(zhì)合金頭放入 截齒體上的安裝孔內(nèi)，對冷擠縮徑壓合模具進行冷擠壓，使截齒體頭部安裝孔與硬質(zhì)合金 頭形成倒錐配合固定，當硬質(zhì)合金頭壓合部分和底平面部分與截齒體安裝孔完全貼合后回 程；6、機加工和熱處理。進一步地說，截齒體所用材料為42CrMo。進一步地說，硬質(zhì)合金頭與截齒體是通過冷擠縮徑壓合固定的。進一步地說，所述加工截齒體，應該確保截齒體頭部長度比冷擠縮徑壓合后的長 度短2 士 0. 2mm，頭部直徑比冷擠縮徑壓合后的直徑大1 士 0. 1mm，法蘭邊比冷擠縮徑壓合后 的長度長2 士 0. 2mm。進一步地說，所述加工截齒體，采用冷精鍛與機加工相結(jié)合的方式，其具體工藝 步驟為①選用直徑024 060mm的42CrMo圓鋼棒料；②下料重量為成品重量與制坯去皮的重量之和；③坯料采用井式真空控溫爐球化退火工藝，確保退火硬度HRB ( 80，晶粒 度6級以上，經(jīng)金相分析，組織球化率>90% ；④機加工截齒體制坯，尺寸為長度(50 200) 士0. 1_，外圓(024 060) °,。mm,表面無脫碳，坯料重量要求一致，誤差控制在士3g ； ⑤對坯料進行拋丸及磷皂化前處理加工；⑥對截齒體柄部進行扶正減徑擠壓，減徑入模角 24° 30°，減徑后直徑比冷擠縮徑壓合下模型腔尺寸小0. 1 0. 2mm,當減徑比彡83% 時，采用多次連續(xù)減徑擠壓的方法；⑦采用冷精鍛工藝，將截齒體預成形，預成形后的截齒 體外形與冷擠縮徑壓合后的截齒體外形相似，其尺寸差別在于截齒體頭部長度比冷擠縮徑 壓合后的長度短2 士 0. 2mm，頭部直徑比冷擠縮徑壓合后的直徑大1 士 0. 1mm，法蘭邊比冷擠 縮徑壓合后的長度長2 士 0. 2mm。進一步地說，所述加工截齒體，采用完全機加工的方式。進一步地說，所述加工截齒體，采用熱鍛與機加工相結(jié)合的方式。進一步地說，所述加工安裝孔，安裝孔的表面粗糙度< Ral. 6 μ m。進一步地說，硬質(zhì)合金頭壓合部分的錐度為1. 0 5. 6°。進一步地說，硬質(zhì)合金頭的底平面平整光滑，表面粗糙度< Ral. 6 μ m。進一步地說，在冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的過程中，冷擠縮徑壓合力為 400 600 噸。本發(fā)明為申請人歷經(jīng)兩年多時間研究成功的工藝方案，期間經(jīng)過許多失敗，耗費了 大量人力、物力和財力。比如1、在冷擠縮徑壓合固定硬質(zhì)合金頭前，截齒體一定要加工到 近似成品形狀，如果一邊冷擠縮徑壓合固定硬質(zhì)合金頭，一邊成形截齒體，冷擠縮徑壓合力過 大，容易造成硬質(zhì)合金頭脫離截齒體頭部孔的底平面，一旦硬質(zhì)合金頭懸空，截齒將不能保 證后續(xù)使用過程中的應有強度；2、硬質(zhì)合金頭安裝壓合部分的圓錐體錐角大小必須控制在 1. 0 6. 7°，如果錐角過大，截齒體孔根部易產(chǎn)生拉升應力，嚴重時產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象，導致淬火 后截齒體開裂，錐角過小則不利于硬質(zhì)合金頭與截齒體連接的穩(wěn)定性，當錐角在1. 0 5. 6° 時，可大幅提高成品率；3、當安裝孔的表面粗糙度< Ral. 6 μ m，硬質(zhì)合金頭的底平面光滑，表 面粗糙度< Ral. 6 μ m時，有利于金屬流動，提高硬質(zhì)合金頭安裝壓合部分所有表面與截齒體 頭部安裝孔所有內(nèi)表面緊密貼合的成品率；4、截齒體材料選用42CrMo，有利于保證截齒的整 體強度；5、在冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的過程中，冷擠縮徑壓合力為400 600噸， 既能保證硬質(zhì)合金頭安裝壓合部分所有表面與截齒體頭部安裝孔所有內(nèi)表面緊密貼合，又能 減小截齒體孔根部拉升應力，減少撕裂現(xiàn)象，降低硬質(zhì)合金頭懸空的可能性。本發(fā)明采用冷擠縮徑壓合工藝，使“帶正錐度的硬質(zhì)合金頭錐度自鎖固定在截齒 體前端”的固定方式得以工業(yè)化實現(xiàn)，并由此帶來積極效果如下1、由于硬質(zhì)合金頭設計成 錐角，而截齒體頭部安裝孔又與硬質(zhì)合金頭緊密貼合，保證截齒體與硬質(zhì)合金頭的穩(wěn)固接 合，確保了截齒在使用時的抗沖擊、抗扭曲能力；2、避免了傳統(tǒng)的焊接工藝，從而徹底消除 了原始焊接所帶來的種種詬??；3、在截齒使用報廢后，由于截齒體與硬質(zhì)合金刀頭之間沒 有結(jié)合劑，可以使用普通車床很方便地將硬質(zhì)合金刀頭從截齒體中取出，有利于稀缺資源 的再次利用。同時，此工藝可以普遍適用于各種需要孔內(nèi)焊接的刀具、釬具。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步說明。
圖1是本發(fā)明實施例工藝流程及產(chǎn)品形狀變化圖。圖2是本發(fā)明待加工截齒頭部示意圖。圖3是本發(fā)明待加工截齒頭部放大圖。圖4是本發(fā)明冷擠縮徑壓合工序示意圖。圖中1、硬質(zhì)合金頭，2、截齒體，3、上模，4、下模。
具體實施例方式產(chǎn)品開發(fā)時使用模具CAD/CAM和三維模擬成形軟件進行工藝成形和模具結(jié)構(gòu)設 計，并精確計算出截齒鍛件的準確重量和保證每道工序各部位準確尺寸，保證設計出合理 和成功的工藝。具體工藝步驟1、加工截齒體2。①選用直徑024 060mm的42CrMo圓鋼棒料；②下料重量為成 品重量與制坯去皮的重量之和；③坯料采用井式真空控溫爐球化退火工藝，確保退火硬度 HRB ( 80，晶粒度6級以上，經(jīng)金相分析，組織球化率> 90% ；④機加工截齒體制坯，尺寸為 長度(50 200) 士0. 1mm，外圓(024 060) ？iemm，表面無脫碳，坯料重量要求一致，誤差控 制在士3g ；⑤對坯料進行拋丸及磷皂化前處理加工；⑥對截齒體柄部進行扶正減徑擠壓， 減徑入模角24° 30°，減徑后直徑比冷擠縮徑壓合下模型腔尺寸小0.1 0.2mm，當減徑 比> 83%時，采用多次連續(xù)減徑擠壓的方法；⑦采用冷精鍛工藝，將截齒體預成形，預成形 后的截齒體外形與冷擠縮徑壓合后的截齒體外形相似，其尺寸差別在于截齒體頭部長度比 冷擠縮徑壓合后的長度短2 士 0. 2mm，頭部直徑比冷擠縮徑壓合后的直徑大1 士 0. 1mm，法蘭 邊比冷擠縮徑壓合后的長度長2 士 0. 2mm。2、機加工截齒體2上的硬質(zhì)合金頭1安裝孔。裝夾截齒體柄部，數(shù)控加工安裝孔， 安裝孔直徑比硬質(zhì)合金頭最大直徑大0. 05 0. 15mm，深度與硬質(zhì)合金頭壓合部分高度相 等，表面粗糙度< Ral. 6 μ m，形位公差與柄部同軸度小于0. 2mm，安裝孔底平面必須平整光滑。3、根據(jù)產(chǎn)品要求設計并制造硬質(zhì)合金頭1。所述硬質(zhì)合金頭工作部分錐度為 60° 120°，壓合部分錐度為1.0° 5.6°，最大直徑為015 025mm，硬質(zhì)合金頭的底 平面必須平整光滑，表面粗糙度< Ral. 6 μ m。4、設計并制造截齒體預成形模具和冷擠縮徑壓合模具各一套。每套模具分為 上模和下模，模具材料應選用冷擠壓專用模具材料，如Crl2MoV、65Nb、YXR3，熱處理硬度 HRC59 61，粗糙度彡 RaO. 04 μ m。5、冷擠縮徑壓合。硬質(zhì)合金頭1與截齒體2是通過冷擠縮徑壓合固定的。將硬質(zhì) 合金頭1放入預成形截齒體2上的安裝孔內(nèi)，預成形截齒體2柄部放入冷擠縮徑壓合模具 的下模4內(nèi)，利用壓力機對冷擠縮徑壓合成形上模3和下模4之間擠壓，使截齒體2頭部安 裝孔孔形部分產(chǎn)生縮徑與硬質(zhì)合金頭1錐度形狀吻合，形成倒錐配合固定。當硬質(zhì)合金頭 1壓合部分和底平面部分與截齒體2安裝孔完全貼合后壓力機滑塊回程；冷擠縮徑壓合力 在400 600噸。6、根據(jù)產(chǎn)品型號，對截齒體2需機加工部分進行機加工，如大外圓、卡簧槽、柄部 端面。7、按產(chǎn)品技術要求對產(chǎn)品進行熱處理加工。
上述實施例僅為本發(fā)明技術解決方案的一個具體操作實例，本發(fā)明技術解決方案 在實際應用時可以演化出眾多具體實施方案。比如截齒體2的加工，上述實施例采用的是 冷精鍛加機加工方式，在實際應用時可以完全采用機加工方式完成或熱鍛造加機加工的方 式完成；硬質(zhì)合金頭1壓合部分的圓錐體錐角還可以選擇5. 6° 6. 7°。
權(quán)利要求
一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，其特征在于它的工藝步驟包括①加工截齒體，確保截齒體外形與冷擠縮徑壓合后的截齒體外形相似，截齒體重量與冷擠縮徑壓合后的截齒體重量相等，截齒體尺寸留足冷擠縮徑壓合變形量；②加工安裝孔，在截齒體頭部端面上機加工安裝孔，安裝孔直徑比硬質(zhì)合金頭最大直徑大0.05～0.15mm，形位公差與柄部同軸度小于0.2mm，安裝孔底平面必須平整光滑；③設計并制造一種硬質(zhì)合金頭，其工作部分錐度為60°～120°，壓合部分錐度為1.0°～6.7°；④設計并制造冷擠縮徑壓合模具，上模內(nèi)部形腔符合截齒成品要求；⑤將硬質(zhì)合金頭放入截齒體上的安裝孔內(nèi)，對冷擠縮徑壓合模具進行冷擠壓，使截齒體頭部安裝孔與硬質(zhì)合金頭形成倒錐配合固定，當硬質(zhì)合金頭壓合部分和底平面部分與截齒體安裝孔完全貼合后回程；⑥機加工和熱處理。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，其特征在 于截齒體所用材料為42CrMo。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，其特征在 于硬質(zhì)合金頭與截齒體是通過冷擠縮徑壓合固定的。
4.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法， 其特征在于所述加工截齒體，應該確保截齒體頭部長度比冷擠縮徑壓合后的長度短 2 士0. 2mm，頭部直徑比冷擠縮徑壓合后的直徑大1 士0. 1mm，法蘭邊比冷擠縮徑壓合后的長 度長 2 士 0. 2mm。
5.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，其特 征在于所述加工安裝孔，安裝孔的表面粗糙度< Ral. 6 μ m。
6.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，其特 征在于硬質(zhì)合金頭壓合部分的錐度為1.0 5. 6°。
7.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，其特 征在于硬質(zhì)合金頭的底平面平整光滑，表面粗糙度< Ral. 6 μ m。
8.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，其特 征在于在冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的過程中，冷擠縮徑壓合力為400 600噸。
9.據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，其 特征在于所述加工截齒體，采用冷精鍛與機加工相結(jié)合的方式，其具體工藝步驟為①選 用直徑024 060mm的42CrMo圓鋼棒料；②下料重量為成品重量與制坯去皮的重量之和； ③坯料采用井式真空控溫爐球化退火工藝，確保退火硬度HRB ( 80，晶粒度6級以上，經(jīng) 金相分析，組織球化率彡90% ；④機加工截齒體制坯，尺寸為長度(50 200) 士0. 1mm，外 圓(024 060) ^mm,表面無脫碳，坯料重量要求一致，誤差控制在士3g ；⑤對坯料進行拋 丸及磷皂化前處理加工；⑥對截齒體柄部進行扶正減徑擠壓，減徑入模角24° 30°，減 徑后直徑比冷擠縮徑壓合下模型腔尺寸小0. 1 0. 2mm,當減徑比彡83%時，采用多次連 續(xù)減徑擠壓的方法；⑦采用冷精鍛工藝，將截齒體預成形，預成形后的截齒體外形與冷擠縮 徑壓合后的截齒體外形相似，其尺寸差別在于截齒體頭部長度比冷擠縮徑壓合后的長度短 2士0. 2mm，頭部直徑比冷擠縮徑壓合后的直徑大1 士0. 1mm，法蘭邊比冷擠縮徑壓合后的長 度長 2 士 0. 2mm。
10.據(jù)權(quán)利要求3所述的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，其特征在于所述加工截齒體，采用完全機加工的方式。
11.據(jù)權(quán)利要求3所述的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法，其特征 在于所述加工截齒體，采用熱鍛與機加工相結(jié)合的方式。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種冷擠縮徑壓合截齒體與硬質(zhì)合金頭的工藝方法涉及金屬塑性成形技術領域，適用于加工截齒等頭部需要焊接硬質(zhì)合金頭的刀具、釬具。它的工藝步驟包括加工截齒體、加工安裝孔、設計并制造一種硬質(zhì)合金頭、設計并制造冷擠縮徑壓合模具、冷擠縮徑壓合、機加工和熱處理。本發(fā)明的優(yōu)點是采用冷擠縮徑壓合工藝，使“帶正錐度的硬質(zhì)合金頭錐度自鎖固定在截齒體前端”的固定方式得以工業(yè)化實現(xiàn)，既能保證截齒體與硬質(zhì)合金頭的穩(wěn)固接合，確保截齒在使用時的抗沖擊、抗扭曲能力，又回避了傳統(tǒng)的焊接工藝，從而徹底消除了原始焊接所帶來的種種詬病。
文檔編號B23P17/00GK101920442SQ201010260319
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月20日
發(fā)明者陳澤 申請人:大豐市中德精鍛件有限公司