整體硬質合金刀具銀焊工藝的開發
（1）整體合金刀具開發的背景。隨著製造業的高速發展，越來越多的高端刀具被使用，整體硬質合金刀具作為其中一種，得到越來越廣泛的應用。
圖1 進口整體硬質合金鑽頭
表1 整體硬質合金鑽頭採購價格表
（2）批量生產存在的問題。表2所示為試製成功的4種整體硬質合金刀具與進口刀具的價格對比，可見製作的整體硬質合金刀具的成本價格與國產刀具的銷售價格接近，因此在製造成本方面與國內同水準企業毫無競爭能力。
表2 整體硬質合金鑽頭價格對比
（3）解決方案。除了在原材料和設計結構上降低成本，另外著重分析了整體硬質合金刀具的整個加工工藝，其中電火花工序是整個加工過程中費用最高的，單只平均250元，為此工藝人員查閱大量相關資料，並組織參觀學習，最終找到了解決工藝成本的最佳方案——銀焊工藝。
銀基釺料通常是以銀或銀基固溶體為主的合金。這類釺料具有優異的工藝性能，熔點不高、潤濕性能及填縫性能良好，強度、塑性、導電及耐蝕等性能優異，可用來釺焊除鋁、鎂及其他低熔點金屬外的幾乎所有黑色金屬和有色金屬，因而得到廣泛的應用。
（1）銀焊材料。釺料俗稱焊絲，釺料是釺焊時使用的填充材料。
釺劑俗稱焊粉（見圖2），即釺焊時使用的溶劑，它本是一種粉狀物，使用時則需調製成溶劑。它的作用是清除釺料和母材表面的氧化物，並保護焊件和液態釺料在釺焊過程中免於氧化，改善液態釺料對焊件的潤濕性。釺劑在使用時要用金屬器皿盛裝，
圖2 焊粉
（2）焊接設備。焊炬：俗稱焊槍，可用通用焊炬，也可使用專用焊炬。為使焊件均勻加熱，可採用專用的多焰噴嘴或固定式多頭焊嘴。
氧氣瓶、乙炔瓶：“氧氣－乙炔”火焰釺焊是最常用的釺焊方法。要經常檢查是否有漏氣現象，使用時要避免回火以及發生爆炸等安全事故。
工裝夾具：硬質合金刀具相對較小，這就要求工裝夾具在保證其定位準確的前提下，更要能達到安全和高效率的目的。這需要從幾個方面去考慮：夾具的輕便性（夾具要簡單實用，不需太笨重）；一套夾具能同時定位多件同一產品（一般為5～6件為宜，很小且焊接簡單的產品可考慮10件或以上）；夾具在定位時能讓產品焊接面具有一定的角度，以利於釺料能夠在焊接面上更好的流布等。根據加工產品的特點，自主設計製作了加工V形接杆類整體合金鑽頭對焊工裝（見圖3）、整體合金焊工藝臍子鑽中心孔（取代原電火花工藝，單件降低成本230元）對焊工裝（見圖4）。
圖3 V形對焊工裝
圖4 焊工藝臍子工裝
（3）人力資源。銀基釺焊對操作者有嚴格要求，需有一年以上的釺焊實際操作經驗或經培訓達到一定的熟練程度，能夠熟練地調節焊炬和氣體，控制和掌握好火候。並對產品的品質要求有一定的瞭解，更要有責任心，能自覺地經常對產品自檢，這樣才能生產出高要求和高品質的產品（見圖5）。
圖5 焊接過程
（4）釺焊操作過程。在銀基釺焊工藝中，操作過程非常重要，其中火候的掌握更是重中之重，它更直接關係到生產效率和產品品質。
根據經驗所得，釺焊時焊炬需距焊件約30～40mm，同時要使火焰在待焊表面前後左右輕輕晃動，使火力稍分散，避免因火力集中而使焊件局部被熔化。在產品待焊表面均勻加熱到釺焊溫度後再加釺料，否則釺料將不能均勻地填充間隙。另據經驗，產品受熱後變紅，在產品待焊表面剛變成暗紅色時就需及時將釺料置於介面處的上方（經夾具定位後待焊面的上方），使其能夠迅速地沿著介面流布。若在產品變成暗紅色前或已變成深紅色後才放置釺料，都不會有很好的焊接效果，更會存在缺陷。
釺焊時加熱速度和冷卻速度也是重要的工藝參數。過快的加熱會使焊件內部溫度不均而產生內應力；加熱過慢又會造成某些有害過程，例如母材晶粒長大、釺料低沸點組元的蒸發、金屬的氧化及釺劑的分解等問題急劇發展。要在保證均勻加熱的前提下儘量縮短加熱時間。焊件的冷卻雖然處在釺焊過程之後，但其冷卻速度對接頭品質也有影響，過高的冷卻速度可能使焊件因形成過大的熱應力而產生裂紋，或因釺縫過速凝固使氣體來不及逸出而產生氣孔。
釺料和釺劑的用量並不是越多越好，使用的釺料量應保證能充分填滿間隙，並在其外沿形成圓滑的釺角。釺料量不足會使釺角成形不好，甚至不能填滿間隙。釺料量過多，除了造成浪費外，還會引起母材的熔蝕，焊件表面的汙損，焊件與夾具的粘連等問題。並且一處介面最好是一次就能釺焊成功，但如果一次不能完全焊接成功或有漏焊現象時必須補焊。另需注意的是：釺料的實際用量應大於按釺縫幾何尺寸求出的計算值，因為在釺焊加熱和填縫過程中不可避免地會有某些損耗。
釺焊時焊件接頭間都會有一定的間隙，而且釺縫間隙值對釺焊接頭的性能還有著直接的影響。在一定的間隙範圍內，釺焊的接頭具有最大的強度值，而且它往往還高於原始釺料的強度。銅和銅合金釺焊，當釺料為銀基時，釺縫間隙經驗值為0.05 ～0.2mm，大於或小於此間隙值時，接頭的強度均隨之降低。
（5）接頭缺陷及防止措施。在很多時候，釺焊接頭都可能存在一些缺陷。釺焊接頭的缺陷可分為間隙未填滿、釺縫氣孔、釺縫夾渣、母材裂紋及母材被熔蝕等，但這些缺陷都是可以避免的。缺陷產生的原因及防止措施如表3所示。
表3 釺焊接頭缺陷產生的原因及防止措施
圖6所示是近期試驗的3種採用銀焊工藝加工的硬質合金階梯鑽、槍鑽和鉸刀。
圖6 加工實例
4.整體硬質合金刀具銀焊工藝開發的意義隨著刀具廠家的日益增加，刀具價格的競爭潛力已成為各生產廠商優勝劣汰的關鍵因數。開發整體硬質合金刀具的銀焊工藝正是本著降低刀具製造成本這個宗旨開展的。
傳統工藝採用電火花鑽兩端中心孔作為定位基準磨削外圓，需2.5h，採用銀焊焊接工藝臍子的工藝方案只需0.65h。預計全年降低成本約28 560元。
進口硬質合金價格約為800 元/kg，採用銀焊V形接杆的工藝方案，只需焊接整體硬質合金的1/2左右的刀頭，柄部採用普通鋼材，可節約材料成本50%以上。預計全年降低成本25 000元。
參考文獻：
[1] 葉偉昌，程偉.超硬刀具材料的新進展[J].世界製造技術與裝備市場，2002（1）：67-69.
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圖2 焊粉
（2）焊接設備。焊炬：俗稱焊槍，可用通用焊炬，也可使用專用焊炬。為使焊件均勻加熱，可採用專用的多焰噴嘴或固定式多頭焊嘴。
氧氣瓶、乙炔瓶：“氧氣－乙炔”火焰釺焊是最常用的釺焊方法。要經常檢查是否有漏氣現象，使用時要避免回火以及發生爆炸等安全事故。
工裝夾具：硬質合金刀具相對較小，這就要求工裝夾具在保證其定位準確的前提下，更要能達到安全和高效率的目的。這需要從幾個方面去考慮：夾具的輕便性（夾具要簡單實用，不需太笨重）；一套夾具能同時定位多件同一產品（一般為5～6件為宜，很小且焊接簡單的產品可考慮10件或以上）；夾具在定位時能讓產品焊接面具有一定的角度，以利於釺料能夠在焊接面上更好的流布等。根據加工產品的特點，自主設計製作了加工V形接杆類整體合金鑽頭對焊工裝（見圖3）、整體合金焊工藝臍子鑽中心孔（取代原電火花工藝，單件降低成本230元）對焊工裝（見圖4）。
圖3 V形對焊工裝
圖4 焊工藝臍子工裝
（3）人力資源。銀基釺焊對操作者有嚴格要求，需有一年以上的釺焊實際操作經驗或經培訓達到一定的熟練程度，能夠熟練地調節焊炬和氣體，控制和掌握好火候。並對產品的品質要求有一定的瞭解，更要有責任心，能自覺地經常對產品自檢，這樣才能生產出高要求和高品質的產品（見圖5）。
圖5 焊接過程
（4）釺焊操作過程。在銀基釺焊工藝中，操作過程非常重要，其中火候的掌握更是重中之重，它更直接關係到生產效率和產品品質。
根據經驗所得，釺焊時焊炬需距焊件約30～40mm，同時要使火焰在待焊表面前後左右輕輕晃動，使火力稍分散，避免因火力集中而使焊件局部被熔化。在產品待焊表面均勻加熱到釺焊溫度後再加釺料，否則釺料將不能均勻地填充間隙。另據經驗，產品受熱後變紅，在產品待焊表面剛變成暗紅色時就需及時將釺料置於介面處的上方（經夾具定位後待焊面的上方），使其能夠迅速地沿著介面流布。若在產品變成暗紅色前或已變成深紅色後才放置釺料，都不會有很好的焊接效果，更會存在缺陷。
釺焊時加熱速度和冷卻速度也是重要的工藝參數。過快的加熱會使焊件內部溫度不均而產生內應力；加熱過慢又會造成某些有害過程，例如母材晶粒長大、釺料低沸點組元的蒸發、金屬的氧化及釺劑的分解等問題急劇發展。要在保證均勻加熱的前提下儘量縮短加熱時間。焊件的冷卻雖然處在釺焊過程之後，但其冷卻速度對接頭品質也有影響，過高的冷卻速度可能使焊件因形成過大的熱應力而產生裂紋，或因釺縫過速凝固使氣體來不及逸出而產生氣孔。
釺料和釺劑的用量並不是越多越好，使用的釺料量應保證能充分填滿間隙，並在其外沿形成圓滑的釺角。釺料量不足會使釺角成形不好，甚至不能填滿間隙。釺料量過多，除了造成浪費外，還會引起母材的熔蝕，焊件表面的汙損，焊件與夾具的粘連等問題。並且一處介面最好是一次就能釺焊成功，但如果一次不能完全焊接成功或有漏焊現象時必須補焊。另需注意的是：釺料的實際用量應大於按釺縫幾何尺寸求出的計算值，因為在釺焊加熱和填縫過程中不可避免地會有某些損耗。
釺焊時焊件接頭間都會有一定的間隙，而且釺縫間隙值對釺焊接頭的性能還有著直接的影響。在一定的間隙範圍內，釺焊的接頭具有最大的強度值，而且它往往還高於原始釺料的強度。銅和銅合金釺焊，當釺料為銀基時，釺縫間隙經驗值為0.05 ～0.2mm，大於或小於此間隙值時，接頭的強度均隨之降低。
（5）接頭缺陷及防止措施。在很多時候，釺焊接頭都可能存在一些缺陷。釺焊接頭的缺陷可分為間隙未填滿、釺縫氣孔、釺縫夾渣、母材裂紋及母材被熔蝕等，但這些缺陷都是可以避免的。缺陷產生的原因及防止措施如表3所示。
表3 釺焊接頭缺陷產生的原因及防止措施
圖6所示是近期試驗的3種採用銀焊工藝加工的硬質合金階梯鑽、槍鑽和鉸刀。
圖6 加工實例
4.整體硬質合金刀具銀焊工藝開發的意義隨著刀具廠家的日益增加，刀具價格的競爭潛力已成為各生產廠商優勝劣汰的關鍵因數。開發整體硬質合金刀具的銀焊工藝正是本著降低刀具製造成本這個宗旨開展的。
傳統工藝採用電火花鑽兩端中心孔作為定位基準磨削外圓，需2.5h，採用銀焊焊接工藝臍子的工藝方案只需0.65h。預計全年降低成本約28 560元。
進口硬質合金價格約為800 元/kg，採用銀焊V形接杆的工藝方案，只需焊接整體硬質合金的1/2左右的刀頭，柄部採用普通鋼材，可節約材料成本50%以上。預計全年降低成本25 000元。
參考文獻：
[1] 葉偉昌，程偉.超硬刀具材料的新進展[J].世界製造技術與裝備市場，2002（1）：67-69.
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