專利名稱：帶有碳化鎢表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機(jī)械加工設(shè)備，特別是制作 帶有高硬度、高耐磨、耐高溫表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備。
2、 背景技術(shù)有些機(jī)械設(shè)備的金屬工件的工作環(huán)境要求其具有 耐沖擊、高硬度、高耐磨、耐高溫的性能，比如軋鋼機(jī)的軋輥。碳化 鎢是一種具有高硬度、高耐磨、耐高溫性能的材料，但其生產(chǎn)成本較 高，用整體碳化鎢材料制作產(chǎn)品價格昂貴。因此人們想辦法在金屬工 件表面加一層碳化鎢材料，以使金屬工件具備良好的性能，成本又比 較低。目前，在金屬工件表面增加類似碳化鎢層的設(shè)備有①采用化 學(xué)氣相沉淀硬質(zhì)合金類表層的設(shè)備。用這種設(shè)備得到的表層厚度非常 小，只有數(shù)拾微米。②采用熱噴涂的設(shè)備將碳化鎢微粒噴到工件表面， 可以得到2-3毫米的碳化鎢層，這種表層與金屬結(jié)合強(qiáng)度差，使用受 到限制。不能用在軋鋼機(jī)的精軋輥上。③采用局部鑲嵌的方法使工件 工作部位帶有碳化鎢鑲塊。生產(chǎn)碳化鎢鑲塊采用的燒結(jié)設(shè)備體形龐 大，工藝復(fù)雜，成木較高。④激光熔敷碳化鎢設(shè)備，將碳化鎢熔敷在 金屬工件表面，但是需要加工整形，因此限制了熔敷層的硬度不能太 高，影響其耐磨性能。
3、 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種帶有碳化鎢表層金 屬工件的生產(chǎn)設(shè)備，采用此設(shè)備生產(chǎn)的金屬工件其碳化鎢表層與基體 金屬的接合屬于冶金接合，接合強(qiáng)度高，表層厚度隨意，且可以多層 燒結(jié)，生產(chǎn)成本低。帶有碳化鎢表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)是 機(jī)架上有夾卡包敷著待燒結(jié)碳化鎢層金屬工件的可調(diào)速轉(zhuǎn)動的卡盤。 機(jī)架上還安裝有與被夾卡工件表面上水平母線平行的可調(diào)速轉(zhuǎn)動的 金屬輥，金屬輥中空并流通冷卻水。安裝金屬輥的基座上有使金屬輥 軸向和徑向移動的絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)。基座上還有碳化鎢及相鄰金屬層的自熔融裝置。自熔融裝置有兩種結(jié)構(gòu)方案，第一種方案是金屬輥外表 面包裹一圈內(nèi)外分別涂有高導(dǎo)磁率絕緣陶瓷的銅板套，銅板套有一條 軸向斷開間隙，斷開間隙被絕緣材料填充。電源導(dǎo)線分別連接斷開間 隙兩側(cè)的銅板套。在金屬工件和銅板套上方裝有可調(diào)位置及方向的恒 磁裝置。在恒磁裝置旁有與工件碳化鎢層相接的降溫輥。第二種方案 是在金屬輥上方有一個中心對著加卡工件的可調(diào)位的弧形架，在弧形 架上距離金屬輥由遠(yuǎn)及近依次裝有①點火線圈、②恒磁裝置、③外形 帶凸棱的線圈，該線圈導(dǎo)線為空心，中間通有冷卻水，導(dǎo)線外面涂有 高導(dǎo)磁率絕緣陶瓷、④紅外線測溫儀、⑤帶有冷卻水套的弧形板式線 圈，該線圈中央有一個窗口安裝著測厚儀的探頭及保護(hù)氣體或反應(yīng)氣 體管道、⑥超聲震動裝置。在點火線圈前面有降溫輥，在金屬輥下方 有非接觸性無損檢測儀。
這種帶有碳化鎢表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備可以將碳化鎢表層與 基體金屬熔融在一起，結(jié)合強(qiáng)度好，厚度可大可小?？梢詫⑻蓟u表 層限定在局部表面，也可以和基體金屬相間地多層粘合，使帶碳化鎢 表層的金屬工件生產(chǎn)成木大大降低。擠壓工件表層碳化鎢的金屬輥在 進(jìn)給機(jī)構(gòu)控制下，可以使工件得到精確的加工尺寸。
4、
圖l是設(shè)有第一種白熔融裝置方案的帶有碳化鎢 表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是設(shè)有第二種自熔融裝 置方案的帶有碳化鎢表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖1所示是帶有碳化鎢表層的金屬工件生產(chǎn) 設(shè)備的第一個實施例。機(jī)架上可調(diào)速轉(zhuǎn)動的卡盤4上夾卡了包敷著待燒結(jié)碳化鎢層5的回轉(zhuǎn)體金屬工件6。機(jī)架上還安裝有與金屬工件表 面上水平母線平行的可調(diào)速轉(zhuǎn)動的金屬輥10，金屬輥中空并流通冷 卻水15。隨著工件表面形狀不同，金屬輥的方向可以調(diào)整，或者更 換不同外形的金屬輥。安裝金屬輥的基座上有使金屬輥軸向和徑向移動的絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以便使金屬輥通過進(jìn)給機(jī)構(gòu)對金屬工件的包敷碳 化鎢層進(jìn)行擠壓加工，并控制工件的加工尺寸。在金屬輥的基座上還 安裝有碳化鎢及相鄰金屬層的自熔融裝置，其結(jié)構(gòu)是金屬輥10外
表面包裹一周內(nèi)外分別涂有高導(dǎo)磁率絕緣陶瓷14的銅板套9，銅板 套有一條軸向斷開間隙13，斷開間隙被絕緣材料填充。電源導(dǎo)線ll、 12分別連接斷開間隙兩側(cè)的銅板套，在金屬工件和銅板套上方裝有 可調(diào)位置及方向的恒磁裝置8，這個恒磁裝置可以是永磁鐵或者電磁 鐵。在恒磁裝置旁有與工件碳化鎢層相接的降溫輥7，降溫輥中空并 流通冷卻水。
電源導(dǎo)線以大電流接通后，電流通過金屬輥外的銅板套，可使碳 化勢表層產(chǎn)生感應(yīng)電流和高溫，點燃碳化鴇配料中的燃燒劑，進(jìn)行高 溫原位燒結(jié)，與接合面的金屬層熔融接合。銅質(zhì)降溫輥7使與其接觸 的碳化鎢層降溫停止燃燒，控制碳化鎢層燃燒范圍向前蔓延。以便使 金屬輥附近的碳化鎢層在燒結(jié)過程中進(jìn)行內(nèi)部反應(yīng)和實施金屬輥的 擠壓加工。在金屬與碳化鎢接合層處于熔融狀態(tài)時，交變電流使熔融 層產(chǎn)生的交變磁場與恒磁裝置8產(chǎn)生磁震蕩，對熔融的金屬與碳化鎢 起攪拌作用，有利于熔融層內(nèi)的氣體排出。同時金屬輥在進(jìn)給機(jī)構(gòu)作 用下對工件進(jìn)行擠壓，擠壓與振蕩排氣結(jié)合，使碳化勢更加致密，并 達(dá)到精確的加工尺寸。上述實施例適合在工件的碳化鴇表層厚度不大 時使用。
圖2是帶有碳化鎢表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備的第二個實施例。適 用于碳化鎢表層厚度較大的回轉(zhuǎn)體工件。設(shè)備中夾卡工件的卡盤和金 屬輥與第一個實施例具有相同的結(jié)構(gòu)。碳化鎢及相鄰金屬層的自熔融
裝置的結(jié)構(gòu)是在金屬輥10上方有一個中心對著被夾卡工件的可調(diào)
位的弧形架23，在弧形架上距離金屬輥由遠(yuǎn)及近依次裝有①高壓點 火線圈25、②恒磁裝置16、③外形帶凸棱的線圈17，該線圈導(dǎo)線為空心，中間通有冷卻水、導(dǎo)線外面涂有高導(dǎo)磁率絕緣陶瓷、 紅外線測溫儀18、⑤帶有冷卻水套的弧形板式線圈19，該線圈中央有一個 窗口安裝著測厚儀的探頭20及保護(hù)氣體或反應(yīng)氣體管道21、⑥超聲 震動裝置22。在點火線圈前面有帶冷卻水的降溫輥7，在金屬輥下方 有非接觸性無損檢測儀24。
工件加工過程中，隨著工件的轉(zhuǎn)動，高壓點火線圈點燃碳化鎢配 料中的燃燒劑，進(jìn)行高溫原位燒結(jié)，使碳化鎢與相接的金屬層熔融。 降溫輥7控制碳化鎢層燃燒范圍向下方蔓延。外形帶凸棱的線圈中的 交變電流使熔融層產(chǎn)生感應(yīng)交變磁場，與恒磁裝置共同作用產(chǎn)生磁震 蕩，對熔融層起攪拌促使排氣作用。紅外線測溫儀檢測工件表層溫度， 并控制點火線圈工作。如果工件表層溫度達(dá)到了使碳化鎢與金屬熔融 的溫度，則使點火線圈停止工作。如果溫度不夠，說明燃燒劑沒有完 全充分燃燒，需要點火線圈繼續(xù)工作。帶有冷卻水套的弧形板式線圈 接通電源后，使熔融層產(chǎn)生一定頻率的反向感應(yīng)磁場，這個磁場與線 圈磁場的電磁力對熔融層進(jìn)行無模擠壓，完成在無模狀態(tài)下定型，并 在電磁力作用下進(jìn)一步排除氣體。弧形板式線圈中央窗口安裝的測厚 儀探頭根據(jù)所測碳化鎢層厚度數(shù)據(jù)自動調(diào)整線圈的電壓、電流，控制 電磁力的強(qiáng)度。保護(hù)氣體或反應(yīng)氣體管道21是氣相反應(yīng)燒結(jié)時的供 氣通道。超聲震動裝置22的超聲波使熔融層中剩余氣泡壓縮、爆破， 爆破的翻攪作用限制了熔融層的相分離，強(qiáng)化了熔融層與基體的冶金 接合。同時使熔融層溫度急速下降，細(xì)化結(jié)晶晶粒。金屬輥的擠壓最 終達(dá)到精確成型。非接觸性無損檢測儀24檢測工件的加工質(zhì)量，保 證完工產(chǎn)品合格率，并對有缺陷產(chǎn)品及時補(bǔ)救。這種自熔融裝置綜合 使用了高溫原位燒結(jié)、電磁成型、超聲空化、半凝固精量無缺陷擠壓 成型等技術(shù)。
權(quán)利要求1、帶有碳化鎢表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備包括工件的夾卡裝置和擠壓成型機(jī)構(gòu)，其特征是機(jī)架上有夾卡包敷著待燒結(jié)碳化鎢層金屬工件(6)的可調(diào)速轉(zhuǎn)動的卡盤(4)；機(jī)架上還裝有與被夾卡金屬工件表面上水平母線平行的可調(diào)速轉(zhuǎn)動的金屬輥(10)，金屬輥中空并流通冷卻水(15)，安裝金屬輥的基座上有使金屬輥軸向和徑向移動的絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)；基座上還有碳化鎢及相鄰金屬層的自熔融裝置。
2、 如權(quán)利要求1所述的帶有碳化鎢表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備， 其特征是所述的碳化鎢及相鄰金屬層的自熔融裝置是金屬輥(10) 外表面包裹一周內(nèi)外分別涂有高導(dǎo)磁率絕緣陶瓷(14)的銅板套(9)， 銅板套有一條軸向斷開間隙(13)，斷開間隙被絕緣材料填充，電源 導(dǎo)線(11)、 (12)分別連接斷開間隙兩側(cè)的銅板套；在金屬工件和銅 板套上方裝有恒磁裝置(8)，在恒磁裝置旁有與工件碳化鎢層相接的 降溫輥(7)。
3、 如權(quán)利要求1所述的帶有碳化鴇表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備， 其特征是:所述的碳化鎢及相鄰金屬層的自熔融裝置是在金屬輥(IO) 上方有一個中心對著被夾卡工件(6)的可調(diào)位的弧形架(23)，在弧 形架上距離金屬輥(IO)由遠(yuǎn)及近依次裝有點火線圈(25)、恒磁裝置(16)、外形帶凸棱的線圈(17)、紅外線測溫儀(18)、帶有冷卻水 套的弧形版式線圈(19)，該線圈中央有一個窗口安裝著測厚儀的探 頭(20)及保護(hù)氣體或反應(yīng)氣體管道(21)、最后是超聲震動裝置(22); 在點火線圈前面有與工件碳化鎢層相接的降溫輥(7)，在金屬輥下方 有非接觸性在線無損檢測儀(24)。
4、 如權(quán)利要求3所述的帶有碳化鎢表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備， 其特征是所述的外形帶凸棱的線圈(17)，其線圈導(dǎo)線為空心，中 間通有冷卻水，導(dǎo)線外面涂有高導(dǎo)磁率絕緣陶瓷。
專利摘要本實用新型公開了一種帶有高硬度、高耐磨、耐高溫碳化鎢表層金屬工件的生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)架上有夾卡包敷著待燒結(jié)的碳化鎢層金屬工件的卡盤。機(jī)架上還安裝有擠壓碳化鎢層的金屬輥，安裝金屬輥的基座上有使金屬輥軸向和徑向移動的絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)。機(jī)架上還有碳化鎢及相鄰金屬層的自熔融裝置。這種生產(chǎn)設(shè)備可以將碳化鎢表層與基體金屬熔融在一起，結(jié)合強(qiáng)度好，厚度可大可小。可以將碳化鎢表層限定在工件局部表面，還可以和基體金屬相間地多層接合，使帶碳化鎢表層金屬工件的制造成本大大降低。
文檔編號B22F7/02GK201179562SQ20072031220
公開日2009年1月14日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者陳建國 申請人:陳建國