一种激光钎焊单层金刚石工具的方法技术

本发明专利技术涉及激光钎焊单层金刚石工具的方法，包括如下步骤：提供金刚石工具的基体；在所述金刚石工具基体的表面涂覆钎料，制得金刚石工具毛坯；提供喷射系统，喷射系统包括料斗和与料斗相连的喷枪；提供金刚石磨粒，将金刚石磨粒置于料斗中；提供激光钎焊系统，激光钎焊系统包括激光发生器与激光钎焊工作头；将激光钎焊工作头与喷枪对准工具毛坯表面；启动激光钎焊系统和喷射系统，并且激光钎焊工作头与喷枪同步移动，使激光钎焊工作头产生的聚焦激光束在前直接辐照到预置的钎料表面从而熔化钎料，在激光光斑后面采用喷枪喷射金刚石磨粒到钎焊熔池中。本发明专利技术采用旁轴喷射金刚石磨粒来进行激光钎焊，避免了钎焊时金刚石磨粒烧损氧化和石墨化。

Method for laser soldering single-layer diamond tool

The invention relates to a method for laser brazing diamond tool, which comprises the following steps: providing a matrix of diamond tools; on the surface of the diamond tool matrix solder coating, prepared rough diamond tools; provide injection system, injection system comprises a hopper and connected with the hopper of the spray gun; provide the diamond abrasive particles, the diamond abrasive particles at the hopper provide; laser soldering system, laser soldering system includes a laser generator and laser soldering; laser brazing head and gun alignment tool blank surface; start the laser soldering system and injection system, and the laser brazing head and gun work move simultaneously, make the laser brazing head of focused laser beam in the first direct exposure to the preset solder surface to melt the solder in the laser spot behind the spray to diamond grits Brazing bath. The invention adopts the side jet diamond abrasive grains to carry out laser brazing, so as to avoid the burning, oxidation and graphitization of the diamond abrasive grains when brazing.

【技术实现步骤摘要】
一种激光钎焊单层金刚石工具的方法
本专利技术涉及一种金刚石工具的加工方法，尤其涉及一种激光钎焊单层金刚石工具的方法。
技术介绍
在近些年来金刚石工具在工业生产中被广泛应用，新型金刚石工具多为单层钎焊金刚石工具，它利用高温使得钎料在金刚石磨粒、基体金属之间发生扩散、冶金化合反应，从而得到富含碳化物的过度层，解决了传统单层电镀或多层烧结金刚石工具金刚石磨粒只是被机械包裹的问题，提高了基体对金刚石颗粒的把持力，从根本上改善了磨料、结合剂、基体三者间的结合强度。与传统的单层电镀工具相比，钎焊工具在磨粒出露高度、磨削力、工具寿命等方面具有明显的优势。目前，单层钎焊金刚石工具的制造方法主要有真空炉钎焊、高频感应钎焊和激光钎焊。真空炉中钎焊对于尺寸较大的金刚石工具，基体整体加热时其变形量很难控制，且生产周期长，时间成本及能耗成本较高，金刚石磨粒长时间处于较高温度环境中，其热损伤的危险性加大。高频感应钎焊，设备成本低，加热、冷却速度快，可以使钎焊周期大为缩短，但其升温速度、加热范围受线圈形状影响，特别是对于大型、异型面磨料工具，其感应线圈的设计、制作也较复杂。随着近来高亮度、大光斑激光的研制成功，使得激光钎焊技术得到了广泛的应用，激光钎焊金刚石工具成为研究热点。激光钎焊是一种快速加热和快速冷却的焊接方法，可以有效控制基体在钎焊过程中的热变形量，有利于单层钎焊金刚石工具应用于高效精密磨削加工，极大缩短了金刚石工具的制作周期，激光钎焊弥补真空炉中钎焊和高频感应钎焊工艺中存在的问题。然而激光钎焊金刚石工具时，一般是预置金刚石在钎料中，激光扫描钎料和金刚石混合层，这会导致金刚石的石墨化甚至燃烧，严重影响钎焊层与金刚石之间的结合强度。并且，预置金刚石在钎料中，激光扫描钎料和金刚石混合层，难以实现对金刚石磨粒的有序排布。在2009年8月5日公开的，公开号为“CN101130213A”，专利技术名称为“一种镍基钎料激光钎焊金刚石磨粒的制造方法”的专利技术专利公开了一种镍基钎料激光钎焊金刚石磨粒的制造方法，解决了钎焊金刚石工具中金刚石与钎料的结合力小的问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：钎焊时金刚石表面钎料吸收激光，从而使得钎焊后金刚石存在不同形式的烧损氧化和石墨化；另外，金刚石磨粒没有实现有序排布。在2015年7月29日公开号为“CN102974910B”，专利技术名称为“金刚石砂轮感应钎焊装置及钎焊方法”的专利技术专利公开了一种金刚石砂轮感应钎焊装置及钎焊方法，解决了金刚石工具钎焊工艺存在的砂轮基体热变形量大和钎焊周期问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：异型面磨料工具感应线圈的设计制作较复杂，金刚石磨粒没有实现有序排布等问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种激光钎焊单层金刚石工具的方法，其能在激光钎焊金刚石工具过程中避免金刚石热损伤和石墨化，提高钎料与金刚石磨粒界面结合强度。本专利技术的技术方案是一种激光钎焊单层金刚石工具的方法，包括如下步骤。步骤1，提供金刚石工具基体。步骤2，在所述金刚石工具基体的表面涂覆钎料，制得金刚石工具毛坯。步骤3，提供喷射系统，喷射系统包括料斗和与料斗相连的喷枪。步骤4，提供金刚石磨粒，将金刚石磨粒置于料斗中。步骤5，提供激光钎焊系统，激光钎焊系统包括相互连接的激光发生器与激光钎焊工作头。步骤6，将激光钎焊工作头与喷枪对准工具毛坯表面。步骤7，启动激光钎焊系统和喷射系统，并且激光束与喷枪同步移动，使激光钎焊工作头产生的聚焦激光束在前直接辐照到预置的钎料表面从而熔化钎料，在激光光斑后面采用喷枪喷射金刚石磨粒到钎焊熔池中，然后快速冷却，形成钎焊缝。优选地，步骤1中，还包括对基体的表面进行除锈、抛光、打磨后，再用有机溶剂清洗。优选地，步骤4中，将金刚石磨粒置于料斗中之前，采用浓度为8%的稀硫酸对金刚石磨粒进行清洗并用去离子水漂洗后烘干。优选地，步骤6中，激光钎焊工作头倾斜布置，与竖直方向所成夹角α为10°~30°，喷枪与工具毛坯表面所成夹角β为30°~75°。优选地，步骤6中，喷枪与激光钎焊工作头相连，使得只需控制其中一个即能使两者同步移动。优选地，步骤3中提供的喷射系统在料斗与喷枪之间设有依次相连的送料器、负压室、输送管，其中，负压室还接有真空发生器，真空发生器还设有输送气体入口，喷枪还设有雾化气体入口，步骤7启动喷射系统的送料器后，料斗中金刚石磨粒输入送料器，输送气体由输送气体入口进入真空发生器，使负压室中产生负压将吸入送料器所输入的金刚石磨粒，同时金刚石磨粒在气流的作用下，通过输送管输送至喷枪，雾化喷射气体通过雾化气体入口进入喷枪，喷枪内产生正压喷射金刚石。优选地，步骤7中，激光钎焊系统采用矩形光斑扫描钎料，喷射系统配置多个喷射金刚石的喷枪，通过控制各喷枪喷射金刚石磨粒的时序，使得金刚石磨粒排布到金刚石工具表面的特定位置。优选地，金刚石磨粒喷射时序控制是通过数控装置来实现的。本专利技术还提供一种激光钎焊单层金刚石工具的方法，包括如下步骤。步骤1，利用机械加工的方法制备金刚石工具的基体，对基体的表面进行除锈、抛光、打磨后，再用有机溶剂清洗。步骤2，在所述金刚石工具基体的表面涂覆钎料，制得金刚石工具毛坯；步骤3，提供喷射系统，喷射系统包括依次相连的料斗、送料器、负压室、输送管、喷枪，其中，负压室还接有真空发生器，真空发生器还设有输送气体入口及控制输送气体进入输送气体入口的输送气体阀门，喷枪还设有雾化气体入口及控制雾化气体进入雾化气体入口的雾化气体阀门。步骤4，提供金刚石磨粒，采用浓度为8%的稀硫酸对金刚石磨粒进行清洗并用去离子水漂洗后烘干，将金刚石磨粒置于料斗中。步骤5，提供激光钎焊系统，激光钎焊系统包括相互连接的激光发生器与激光钎焊工作头。步骤6，将激光钎焊工作头与喷枪对准工具毛坯表面，激光钎焊工作头倾斜布置，与竖直方向所成夹角α为10°~30°，喷枪与激光钎焊工作头相连，与工具毛坯表面所成夹角β为30°~75°。步骤7，启动激光钎焊系统，激光束倾斜辐照金刚石工具毛坯表面，启动送料器，打开输送气体阀门，打开雾化气体阀门，金刚石磨粒经喷枪喷射到激光钎焊熔池，激光束与喷枪同步移动，使激光钎焊工作头产生的聚焦激光束在前直接辐照到预置的钎料表面从而熔化钎料，在激光光斑后面采用喷枪喷射金刚石磨粒到钎焊熔池中，完成钎焊过程。优选地，步骤7中，激光钎焊系统采用矩形光斑扫描钎料，喷射系统配置多个喷射金刚石的喷枪，通过数控装置控制各喷枪喷射金刚石磨粒的时序，使得金刚石磨粒排布到金刚石工具表面的特定位置。本专利技术的有益效果在于。（1）本专利技术的技术方案中，采用旁轴喷射金刚石磨粒进行激光钎焊（激光束在前直接辐照到预置的钎料表面从而熔化钎料，在激光光斑后面采用喷枪喷射金刚石磨粒到钎焊熔池中），避免了钎焊时预置的金刚石磨粒或其表面钎料对激光束的直接吸收而导致的金刚石磨粒严重烧损氧化和石墨化，提高钎料与金刚石磨粒界面结合强度。（2）本专利技术的技术方案中，采用旁轴喷射金刚石磨粒进行激光钎焊，与常规预置金刚石磨粒和钎焊粉相比，在同等钎料和金刚石供给的条件下，激光束熔化的材料层厚大大减小，因此，所需激光束能量大大减小，激光钎焊热输入也大大减小，减小了钎焊过程中金刚石磨粒和工具基体的热损伤。（3）本专利技术的技术方案中，采用激光束倾斜辐照金刚石工具毛坯表面，可以增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光钎焊单层金刚石工具的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，提供金刚石工具基体；步骤2，在所述金刚石工具基体的表面涂覆钎料，制得金刚石工具毛坯；步骤3，提供喷射系统，喷射系统包括料斗和与料斗相连的喷枪；步骤4，提供金刚石磨粒，将金刚石磨粒置于料斗中；步骤5，提供激光钎焊系统，激光钎焊系统包括相互连接的激光发生器与激光钎焊工作头；步骤6，将激光钎焊工作头与喷枪对准工具毛坯表面；步骤7，启动激光钎焊系统和喷射系统，并且激光束与喷枪同步移动，使激光钎焊工作头产生的聚焦激光束在前直接辐照到预置的钎料表面从而熔化钎料，在激光光斑后面采用喷枪喷射金刚石磨粒到钎焊熔池中，然后快速冷却，形成钎焊缝。

【技术特征摘要】
1.一种激光钎焊单层金刚石工具的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，提供金刚石工具基体；步骤2，在所述金刚石工具基体的表面涂覆钎料，制得金刚石工具毛坯；步骤3，提供喷射系统，喷射系统包括料斗和与料斗相连的喷枪；步骤4，提供金刚石磨粒，将金刚石磨粒置于料斗中；步骤5，提供激光钎焊系统，激光钎焊系统包括相互连接的激光发生器与激光钎焊工作头；步骤6，将激光钎焊工作头与喷枪对准工具毛坯表面；步骤7，启动激光钎焊系统和喷射系统，并且激光束与喷枪同步移动，使激光钎焊工作头产生的聚焦激光束在前直接辐照到预置的钎料表面从而熔化钎料，在激光光斑后面采用喷枪喷射金刚石磨粒到钎焊熔池中，然后快速冷却，形成钎焊缝。2.根据权利要求1所述的激光钎焊单层金刚石工具的方法，其特征在于：步骤1中，还包括对基体的表面进行除锈、抛光、打磨后，再用有机溶剂清洗。3.根据权利要求1所述的激光钎焊单层金刚石工具的方法，其特征在于：步骤4中，将金刚石磨粒置于料斗中之前，采用浓度为8%的稀硫酸对金刚石磨粒进行清洗并用去离子水漂洗后烘干。4.根据权利要求1所述的激光钎焊单层金刚石工具的方法，其特征在于：步骤6中，激光钎焊工作头倾斜布置，与竖直方向所成夹角α为10°~30°，喷枪与工具毛坯表面所成夹角β为30°~75°。5.根据权利要求1所述的激光钎焊单层金刚石工具的方法，其特征在于：步骤6中，喷枪与激光钎焊工作头相连，使得只需控制其中一个即能使两者同步移动。6.根据权利要求1所述的激光钎焊单层金刚石工具的方法，其特征在于：步骤3中提供的喷射系统在料斗与喷枪之间设有依次相连的送料器、负压室、输送管，其中，负压室还接有真空发生器，真空发生器还设有输送气体入口，喷枪还设有雾化气体入口，步骤7启动喷射系统的送料器后，料斗中金刚石磨粒输入送料器，输送气体由输送气体入口进入真空发生器，使负压室中产生负压将吸入送料器所输入的金刚石磨粒，同时金刚石磨粒在气流的作用下，通过输送管输送至喷枪，雾化喷射气体通过雾化气体入口进入喷枪，喷枪内产生正压喷射金刚石。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：张明军，朱彬，胡永乐，唐昆，毛聪，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43