CN103031521B - 一种抗粘着微切削刀具制造方法 - Google Patents

一种抗粘着微切削刀具制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗粘着微切削刀具制造方法，包括涂层刀具制造方法和未涂层刀具制造方法，涂层刀具制造方法为模板PVD物理气相沉积技术，包括：将工件前刀面与模板紧密粘接后，与沉积材料同放于真空室中，用电子束加热沉积材料，使材料按设定的切削厚度迅速熔化蒸发而形成原子或分子，得到所需的纹理特征；未涂层刀具制造方法包括：在对刀具纳米粉末颗粒进行热烧结时，放入石墨配料器后石墨模板覆盖其上，压紧；再放入高温烧结炉内，烧结后按设定的切削厚度磨制成前刀面具有纹理特征的刀具。本发明采用本方法制造微切削刀具，可有效减小实际刀具-工件接触面积，降低微切削摩擦力，提高加工表面精度。

Description

一种抗粘着微切削刀具制造方法
技术领域
本发明涉及一种抗粘着微切削刀具制造方法，属于新材料加工工艺技术领域。
背景技术
微小型化产品因其体积微小，能降低材料与能源的消耗，且便于运输和存放，有些还具有特殊功能，已成为一种发展趋势。随着现代科学技术的不断发展，微小型化产品在国防、高科技电子产品、生物医学、精密仪表、通信等领域具有广阔应用前景。
在微小型化产品加工过程中，其犁切、粘着效应的存在会增大刀具-工件的实际接触面积，增大摩擦力。粘着效应的存在会导致刀具或已加工表面上有效材料组织被错误去除，出现刀具破损或已加工表面粗糙度提高。
微切削工艺因加工效率高、成本低、三维加工能力强成为微细产品主要加工方式。最新研究表明，在微切削加工过程中，由于切削厚度微小，与切削刃口圆弧半径数量级相当，刃口圆弧半径引起的犁切效应、粘着效应对微切削过程有重要影响。
已有的微切削加工研究多为切削过程中的犁切力及刀具磨损的预测算法，针对于微切削刀具设计的研究较少。现有的微切削刀具制造工艺也与常规尺度切削刀具相同，是常规尺度切削刀具的尺度上的缩小，不能满足降低犁切、粘着作用的目的。本案由此产生。
发明内容
为解决现有技术的上述技术问题，本发明提供了一种抗粘着微切削刀具制造方法，主要用于装夹刀片和整体硬质合金刀具的微切削加工，在前刀面上加工出特定的纹理，以减小接触面积，降低切削摩擦系数，减小微切削过程中的粘着和犁切效应。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抗粘着微切削刀具制造方法，包括涂层刀具制造方法和未涂层刀具制造方法，
（1）、所述的涂层刀具制造方法为模板PVD物理气相沉积技术，包括如下步骤：将工件前刀面与模板紧密粘接后，与沉积材料同放于真空室中，用电子束加热沉积材料，使材料按设定的切削厚度迅速熔化蒸发而形成原子或分子，得到所需的纹理特征；
（2）、所述的未涂层刀具制造方法包括如下步骤：在对刀具纳米粉末颗粒进行热烧结时，放入石墨配料器后石墨模板覆盖其上，压紧。再放入高温烧结炉内，烧结后按设定的切削厚度磨制成前刀面具有纹理特征的刀具。
所述的沉积材料为TiC、TiN或TiC-TiN的一种。
所述的纹理特征为条型纹理特征、凸点型纹理特征或凹点型纹理特征的一种。
所述的纹理特征的纹理间隔为10-50um，纹理深度与切削厚度显著相关，实验研究最佳选择为刀具最小切削厚度的0.3-0.5。
所述的凸点型纹理特征为圆形凸点型纹理特征或方形凸点型纹理特征。根据研究，为了达到最小已加工表面粗糙度，所述纹理几何特征，例如圆形的半径和方形的边长与切削参数成比例关系，随着切削厚度和切削深度的增加而增大。
所述的凹点型纹理特征为圆形凹点型纹理特征或方形凹点型纹理特征。根据研究，为了达到最小已加工表面粗糙度，所述纹理几何特征，例如圆形的半径和方形的边长与切削参数成比例关系，随着切削厚度和切削深度的增加而增大。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、采用本方法制造微切削刀具，可有效减小实际刀具-工件接触面积，降低微切削摩擦力；
2、采用本方法制造微切削刀具，可显著降低切削温度、减少微切削刀具的磨损；
3、采用本方法制造微切削刀具，可以有效降低微切削加工过程中的刀具-切屑-已加工表面间的粘着现象，提高加工表面精度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例一
本实施例一为涂层刀具制造方法：其为模板PVD物理气相沉积技术，包括如下步骤：在模板上涂表面活性剂溶液(CF2-CF2)n-F和胶粘剂，使工件前刀面与模板紧密粘接，与沉积材料TiC同放于真空室中，用500-800mA电子束加热沉积材料，在温度为1600℃以上加热沉积材料TiC，使材料迅速熔化蒸发而形成原子或分子，得到所需的纹理特征，最后脱模；得到的纹理特征为凸点型纹理特征。纹理间隔为10um，纹理深度为切削厚度的0.3倍。
凸点型纹理特征为圆形凸点型纹理特征，圆形的半径为切削厚度的0.3倍。
本实施例的凸点型纹理特征还可以为方形凸点型纹理特征，方形的边长为切削厚度的0.4倍.
实施例二
本实施例二为涂层刀具制造方法：其为模板PVD物理气相沉积技术，包括如下步骤：在模板上涂表面活性剂溶液(CF2-CF2)n-F和热塑胶粘剂，使工件前刀面与模板紧密粘接，与沉积材料TiC-TiN同放于真空室中，用500-800mA电子束加热沉积材料，在温度为1600℃以上TiC-TiN，使材料按设定的切削厚度迅速熔化蒸发而形成原子或分子，得到所需的纹理特征，最后脱模，得到的纹理特征为凹点型纹理特征。纹理间隔为35um，纹理深度为切削厚度的0.3倍。
凹点型纹理特征为圆形凹点型纹理特征，圆形的半径为切削厚度的0.5倍。
本实施例的凹点型纹理特征还可以为方形凹点型纹理特征，方形的边长为切削厚度的0.4倍。
实施例三
本实施例三为涂层刀具制造方法：其为模板PVD物理气相沉积技术，包括如下步骤：在模板上涂表面活性剂溶液(CF2-CF2)n-F和热塑胶粘剂，使工件前刀面与模板紧密粘接，，与沉积材料TiN同放于真空室中，，用500-800mA电子束加热沉积材料TiN，在温度为1600℃以上使材料迅速熔化蒸发而形成原子或分子，得到所需的纹理特征，最后脱模；得到的纹理特征为条型纹理特征。纹理间隔为50um，纹理深度为切削厚度的2倍。
实施例四
本实施例四为未涂层刀具制造方法：在对过筛后的纳米粉末颗粒进行热烧结时，放入石墨配料器后，以制有纹理特征的石墨模板覆盖其上，压紧。再放入高温烧结炉内，在温升速率为70℃/min，压力为35MPa下，温度为1700℃，保温1小时，烧结后制成前刀面具有纹理特征的刀具；得到的纹理特征为条型纹理特征；纹理间隔为20um，纹理深度为切削厚度的0.3。
实施例五
本实施例五为未涂层刀具制造方法：在对过筛后的纳米粉末颗粒进行热烧结时，放入石墨配料器后，以制有纹理特征的石墨模板覆盖其上，压紧。再放入高温烧结炉内，在温升速率为70℃/min，压力为32MPa下，温度为1700℃，保温30分钟，烧结后制成前刀面具有纹理特征的刀具；得到的纹理特征为凸点型纹理特征；纹理间隔为40um，纹理深度为切削厚度的0.3。
凸点型纹理特征为圆形凸点型纹理特征，圆形的半径为切削厚度的0.4。
本实施例的凸点型纹理特征还可以为方形凸点型纹理特征，方形的边长为切削厚度的0.3.
实施例六
本实施例六为未涂层刀具制造方法：在对过筛后的纳米粉末颗粒进行热烧结时，放入石墨配料器后，以制有纹理特征的石墨模板覆盖其上，压紧。再放入高温烧结炉内，在温升速率为70℃/min，压力为40MPa下，温度为1600℃，保温1.5小时，烧结后制成前刀面具有纹理特征的刀具；得到的纹理特征为凹点型纹理特征；纹理间隔为30um，纹理深度为切削厚度的0.3。
凹点型纹理特征为圆形凹点型纹理特征，圆形的半径为切削厚度的0.4。
本实施例的凹点型纹理特征还可以为方形凹点型纹理特征，方形的边长为切削厚度的0.5。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种抗粘着微切削刀具制造方法，包括涂层刀具制造方法和未涂层刀具制造方法，其特征在于：
（1）、所述的涂层刀具制造方法为模板PVD物理气相沉积技术，包括如下步骤：在模板上涂表面活性剂溶液(CF2-CF2)n-F和热塑胶粘剂，使工件前刀面与模板紧密粘接，与沉积材料同放于真空室中，用500-800mA电子束加热沉积材料，在温度为1600℃以上，迅速熔化蒸发而形成原子或分子，得到所需的纹理特征；真空氛围为真空度在0.001Pa以下；
（2）、所述的未涂层刀具制造方法包括如下步骤：在对刀具纳米粉末颗粒进行高温热烧结时，烧结温度在1600℃－1700℃放入石墨配料器后石墨模板覆盖其上，压紧；再放入高温烧结炉内，烧结后按设定的切削厚度磨制成前刀面具有纹理特征的刀具。
2.如权利要求1所述的抗粘着微切削刀具制造方法，其特征在于：所述的沉积材料为TiC、TiN或TiC-TiN的一种。
3.如权利要求1所述的抗粘着微切削刀具制造方法，其特征在于：所述的纹理特征为条型纹理特征、凸点型纹理特征或凹点型纹理特征的一种。
4.如权利要求1或3所述的抗粘着微切削刀具制造方法，其特征在于：所述的纹理特征的纹理间隔为10-50um，纹理深度为切削厚度的0.3。
5.如权利要求3所述的抗粘着微切削刀具制造方法，其特征在于：所述的凸点型纹理特征为圆形凸点型纹理特征或方形凸点型纹理特征；所述纹理几何特征，圆形的半径和方形的边长与切削参数成比例关系，随着切削厚度和切削深度的增加而增大。
6.如权利要求3所述的抗粘着微切削刀具制造方法，其特征在于：所述的凹点型纹理特征为圆形凹点型纹理特征或方形凹点型纹理特征，所述纹理几何特征，圆形的半径和方形的边长与切削参数成比例关系，随着切削厚度和切削深度的增加而增大。
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