專利名稱：帶有碳化鎢表層金屬工件的生產設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械加工設備，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設備。
2、 背景技術有些機械設備的金屬工件的工作環境要求其具有 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，但其生產成本較 高，用整體碳化鎢材料制作產品價格昂貴。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備有①采用化 學氣相沉淀硬質合金類表層的設備。用這種設備得到的表層厚度非常 小，只有數拾微米。②采用熱噴涂的設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，這種表層與金屬結合強度差，使用受 到限制。不能用在軋鋼機的精軋輥上。③采用局部鑲嵌的方法使工件 工作部位帶有碳化鎢鑲塊。生產碳化鎢鑲塊采用的燒結設備體形龐 大，工藝復雜，成木較高。④激光熔敷碳化鎢設備，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、 發明內容本實用新型的目的是提供一種帶有碳化鎢表層金 屬工件的生產設備，采用此設備生產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，接合強度高，表層厚度隨意，且可以多層 燒結，生產成本低。帶有碳化鎢表層金屬工件的生產設備的結構是 機架上有夾卡包敷著待燒結碳化鎢層金屬工件的可調速轉動的卡盤。 機架上還安裝有與被夾卡工件表面上水平母線平行的可調速轉動的 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給機構。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構方案，第一種方案是金屬輥外表 面包裹一圈內外分別涂有高導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。電源導線分別連接斷開間 隙兩側的銅板套。在金屬工件和銅板套上方裝有可調位置及方向的恒 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位的弧形架，在弧形 架上距離金屬輥由遠及近依次裝有①點火線圈、②恒磁裝置、③外形 帶凸棱的線圈，該線圈導線為空心，中間通有冷卻水，導線外面涂有 高導磁率絕緣陶瓷、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氣體或反應氣 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設備可以將碳化鎢表層與 基體金屬熔融在一起，結合強度好，厚度可大可小。可以將碳化鎢表 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成木大大降低。擠壓工件表層碳化鎢的金屬輥在 進給機構控制下，可以使工件得到精確的加工尺寸。
4、
圖l是設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設備的結構示意圖。圖2是設有第二種自熔融裝 置方案的帶有碳化鎢表層金屬工件的生產設備的結構示意圖。
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 設備的第一個實施例。機架上可調速轉動的卡盤4上夾卡了包敷著待燒結碳化鎢層5的回轉體金屬工件6。機架上還安裝有與金屬工件表 面上水平母線平行的可調速轉動的金屬輥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給機構，以便使金屬輥通過進給機構對金屬工件的包敷碳 化鎢層進行擠壓加工，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，其結構是金屬輥10外
表面包裹一周內外分別涂有高導磁率絕緣陶瓷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。電源導線ll、 12分別連接斷開間隙兩側的銅板套，在金屬工件和銅板套上方裝有 可調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 化勢表層產生感應電流和高溫，點燃碳化鴇配料中的燃燒劑，進行高 溫原位燒結，與接合面的金屬層熔融接合。銅質降溫輥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過程中進行內部反應和實施金屬輥的 擠壓加工。在金屬與碳化鎢接合層處于熔融狀態時，交變電流使熔融 層產生的交變磁場與恒磁裝置8產生磁震蕩，對熔融的金屬與碳化鎢 起攪拌作用，有利于熔融層內的氣體排出。同時金屬輥在進給機構作 用下對工件進行擠壓，擠壓與振蕩排氣結合，使碳化勢更加致密，并 達到精確的加工尺寸。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設備的第二個實施例。適 用于碳化鎢表層厚度較大的回轉體工件。設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構。碳化鎢及相鄰金屬層的自熔融
裝置的結構是在金屬輥10上方有一個中心對著被夾卡工件的可調
位的弧形架23，在弧形架上距離金屬輥由遠及近依次裝有①高壓點 火線圈25、②恒磁裝置16、③外形帶凸棱的線圈17，該線圈導線為空心，中間通有冷卻水、導線外面涂有高導磁率絕緣陶瓷、 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及保護氣體或反應氣體管道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，隨著工件的轉動，高壓點火線圈點燃碳化鎢配 料中的燃燒劑，進行高溫原位燒結，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生感應交變磁場，與恒磁裝置共同作用產生磁震 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，使熔融層產生一定頻率的反向感應磁場，這個磁場與線 圈磁場的電磁力對熔融層進行無模擠壓，完成在無模狀態下定型，并 在電磁力作用下進一步排除氣體。弧形板式線圈中央窗口安裝的測厚 儀探頭根據所測碳化鎢層厚度數據自動調整線圈的電壓、電流，控制 電磁力的強度。保護氣體或反應氣體管道21是氣相反應燒結時的供 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，細化結晶晶粒。金屬輥的擠壓最 終達到精確成型。非接觸性無損檢測儀24檢測工件的加工質量，保 證完工產品合格率，并對有缺陷產品及時補救。這種自熔融裝置綜合 使用了高溫原位燒結、電磁成型、超聲空化、半凝固精量無缺陷擠壓 成型等技術。
權利要求1、帶有碳化鎢表層金屬工件的生產設備包括工件的夾卡裝置和擠壓成型機構，其特征是機架上有夾卡包敷著待燒結碳化鎢層金屬工件(6)的可調速轉動的卡盤(4)；機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速轉動的金屬輥(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給機構；基座上還有碳化鎢及相鄰金屬層的自熔融裝置。
2、 如權利要求1所述的帶有碳化鎢表層金屬工件的生產設備， 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) 外表面包裹一周內外分別涂有高導磁率絕緣陶瓷(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 導線(11)、 (12)分別連接斷開間隙兩側的銅板套；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、 如權利要求1所述的帶有碳化鴇表層金屬工件的生產設備， 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)的可調位的弧形架(23)，在弧 形架上距離金屬輥(IO)由遠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)及保護氣體或反應氣體管道(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、 如權利要求3所述的帶有碳化鎢表層金屬工件的生產設備， 其特征是所述的外形帶凸棱的線圈(17)，其線圈導線為空心，中 間通有冷卻水，導線外面涂有高導磁率絕緣陶瓷。
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設備。機架上有夾卡包敷著待燒結的碳化鎢層金屬工件的卡盤。機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給機構。機架上還有碳化鎢及相鄰金屬層的自熔融裝置。這種生產設備可以將碳化鎢表層與基體金屬熔融在一起，結合強度好，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 優先權日2007年12月27日
發明者陳建國 申請人:陳建國