（1）整体合金刀具开发的背景。随着制造业的高速发展，越来越多的高端刀具被使用，整体硬质合金刀具作为其中一种，得到越来越广泛的应用。然而现在我厂应用整体硬质合金刀具多为国外进口（见图1），进口整体硬质合金刀具价格昂贵，简单结构刀具要1 000多元一把，复合或大尺寸刀具要上万元一把；而一般国产刀具的价格为进口刀具价格的一半左右，刀具寿命为进口刀具的80%左右，刀具国产化效益明显。在严峻的市场形势下，降低刀具使用成本符合控制成本战略（见表1）。

图1 进口整体硬质合金钻头

表1 整体硬质合金钻头采购价格表

（2）批量生产存在的问题。表2所示为试制成功的4种整体硬质合金刀具与进口刀具的价格对比，可见制作的整体硬质合金刀具的成本价格与国产刀具的销售价格接近，因此在制造成本方面与国内同水平企业毫无竞争能力。

表2 整体硬质合金钻头价格对比

（3）解决方案。除了在原材料和设计结构上降低成本，另外着重分析了整体硬质合金刀具的整个加工工艺，其中电火花工序是整个加工过程中费用最高的，单只平均250元，为此工艺人员查阅大量相关资料，并组织参观学习，最终找到了解决工艺成本的最佳方案——银焊工艺。

银基钎料通常是以银或银基固溶体为主的合金。这类钎料具有优异的工艺性能，熔点不高、润湿性能及填缝性能良好，强度、塑性、导电及耐蚀等性能优异，可用来钎焊除铝、镁及其他低熔点金属外的几乎所有黑色金属和有色金属，因而得到广泛的应用。

（1）银焊材料。钎料俗称焊丝，钎料是钎焊时使用的填充材料。银基钎料主要是银铜和银铜锌等合金，其中含银成分为最主要因素，按成分含量不同而分多种规格牌号，对于常规的铜件产品，可选用含银量30%的银丝（BAg30Cu）。

钎剂俗称焊粉（见图2），即钎焊时使用的溶剂，它本是一种粉状物，使用时则需调制成溶剂。它的作用是清除钎料和母材表面的氧化物，并保护焊件和液态钎料在钎焊过程中免于氧化，改善液态钎料对焊件的润湿性。钎剂在使用时要用金属器皿盛装，它的调制很简单，只需用开水冲调成糊状即可，而且水和钎剂并不需要有很精确的比例。但在调制时需注意一定要调成糊状，浓度不能太稀，否则会影响焊接效果。可边冲水边搅拌，必要时可用微火加温以加快其溶解。经过对比试验，选择QJ102钎焊熔剂，其钎焊温度是650～750℃，钎焊溶剂用开水冲调成糊状，浓度不能太稀。

图2 焊粉

（2）焊接设备。焊炬：俗称焊枪，可用通用焊炬，也可使用专用焊炬。为使焊件均匀加热，可采用专用的多焰喷嘴或固定式多头焊嘴。

氧气瓶、乙炔瓶：“氧气－乙炔”火焰钎焊是最常用的钎焊方法。要经常检查是否有漏气现象，使用时要避免回火以及发生爆炸等安全事故。

工装夹具：硬质合金刀具相对较小，这就要求工装夹具在保证其定位准确的前提下，更要能达到安全和高效率的目的。这需要从几个方面去考虑：夹具的轻便性（夹具要简单实用，不需太笨重）；一套夹具能同时定位多件同一产品（一般为5～6件为宜，很小且焊接简单的产品可考虑10件或以上）；夹具在定位时能让产品焊接面具有一定的角度，以利于钎料能够在焊接面上更好的流布等。根据加工产品的特点，自主设计制作了加工V形接杆类整体合金钻头对焊工装（见图3）、整体合金焊工艺脐子钻中心孔（取代原电火花工艺，单件降低成本230元）对焊工装（见图4）。

图3 V形对焊工装

图4 焊工艺脐子工装

（3）人力资源。银基钎焊对操作者有严格要求，需有一年以上的钎焊实际操作经验或经培训达到一定的熟练程度，能够熟练地调节焊炬和气体，控制和掌握好火候。并对产品的质量要求有一定的了解，更要有责任心，能自觉地经常对产品自检，这样才能生产出高要求和高品质的产品（见图5）。

图5 焊接过程

（4）钎焊操作过程。在银基钎焊工艺中，操作过程非常重要，其中火候的掌握更是重中之重，它更直接关系到生产效率和产品质量。

根据经验所得，钎焊时焊炬需距焊件约30～40mm，同时要使火焰在待焊表面前后左右轻轻晃动，使火力稍分散，避免因火力集中而使焊件局部被熔化。在产品待焊表面均匀加热到钎焊温度后再加钎料，否则钎料将不能均匀地填充间隙。另据经验，产品受热后变红，在产品待焊表面刚变成暗红色时就需及时将钎料置于接口处的上方（经夹具定位后待焊面的上方），使其能够迅速地沿着接口流布。若在产品变成暗红色前或已变成深红色后才放置钎料，都不会有很好的焊接效果，更会存在缺陷。

钎焊时加热速度和冷却速度也是重要的工艺参数。过快的加热会使焊件内部温度不均而产生内应力；加热过慢又会造成某些有害过程，例如母材晶粒长大、钎料低沸点组元的蒸发、金属的氧化及钎剂的分解等问题急剧发展。要在保证均匀加热的前提下尽量缩短加热时间。焊件的冷却虽然处在钎焊过程之后，但其冷却速度对接头质量也有影响，过高的冷却速度可能使焊件因形成过大的热应力而产生裂纹，或因钎缝过速凝固使气体来不及逸出而产生气孔。

钎料和钎剂的用量并不是越多越好，使用的钎料量应保证能充分填满间隙，并在其外沿形成圆滑的钎角。钎料量不足会使钎角成形不好，甚至不能填满间隙。钎料量过多，除了造成浪费外，还会引起母材的熔蚀，焊件表面的污损，焊件与夹具的粘连等问题。并且一处接口最好是一次就能钎焊成功，但如果一次不能完全焊接成功或有漏焊现象时必须补焊。另需注意的是：钎料的实际用量应大于按钎缝几何尺寸求出的计算值，因为在钎焊加热和填缝过程中不可避免地会有某些损耗。

钎焊时焊件接头间都会有一定的间隙，而且钎缝间隙值对钎焊接头的性能还有着直接的影响。在一定的间隙范围内，钎焊的接头具有最大的强度值，而且它往往还高于原始钎料的强度。铜和铜合金钎焊，当钎料为银基时，钎缝间隙经验值为0.05 ～0.2mm，大于或小于此间隙值时，接头的强度均随之降低。

（5）接头缺陷及防止措施。在很多时候，钎焊接头都可能存在一些缺陷。钎焊接头的缺陷可分为间隙未填满、钎缝气孔、钎缝夹渣、母材裂纹及母材被熔蚀等，但这些缺陷都是可以避免的。缺陷产生的原因及防止措施如表3所示。

表3 钎焊接头缺陷产生的原因及防止措施

图6所示是近期试验的3种采用银焊工艺加工的硬质合金阶梯钻、枪钻和铰刀。

图6 加工实例

随着刀具厂家的日益增加，刀具价格的竞争潜力已成为各生产厂商优胜劣汰的关键因子。开发整体硬质合金刀具的银焊工艺正是本着降低刀具制造成本这个宗旨开展的。

传统工艺采用电火花钻两端中心孔作为定位基准磨削外圆，需2.5h，采用银焊焊接工艺脐子的工艺方案只需0.65h。预计全年降低成本约28 560元。

进口硬质合金价格约为800 元/kg，采用银焊V形接杆的工艺方案，只需焊接整体硬质合金的1/2左右的刀头，柄部采用普通钢材，可节约材料成本50%以上。预计全年降低成本25 000元。

参考文献：

[1] 叶伟昌，程伟.超硬刀具材料的新进展[J].世界制造技术与装备市场，2002（1）：67-69.

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