CN106956172A - 一种原位成型不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具制备方法 - Google Patents
一种原位成型不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种原位成型不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具制备方法，其刀具制备技术要点包括以下步骤：一、设计刀具表面微织构形貌尺寸特征，采用原位成型法制备端面附有微织构的陶瓷饼状基体；二、将饼状基体切割成4个刀片粗坯；三、对刀片粗坯粗磨并加工倒角和负倒棱；四、对粗磨后的刀片坯体精磨；五、抛光成型。本发明将原位成型微织构刀具这一理论工艺运用到刀具的实际加工中，总结出了一种效率高、废品率低、精度控制准确的原位成型微织构陶瓷刀具切割、粗磨、精磨和抛光等工艺方法，证实了原位成型法制备微织构自润滑陶瓷刀具的可行性，为微织构刀具的理论和试验研究提供了新的研究基础。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，具体涉及一种原位成型不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具制备方法。
背景技术
山东大学的邓建新及日本的Kawasegi N等人研究表明：在刀具前刀面垂直于流屑方向激光加工微织构能够一定程度上减小切削力、切削温度以及前刀面磨损，提高切削性能。分别见邓建新.Performance of carbide tools with textured rake-face filledwith solid lubricants in dry cutting processes[J].山东大学，2011和Kawasegi N,Sugimori H, Morimoto H, Morita N, Hori I. Development of cutting tools withmicroscale and nanoscale textures to improve frictional behavior[J].Precision Engineering 2009,33:248–54。
中国专利“申请号：CN201210003617.X”报道了一种微池石墨自润滑陶瓷刀具的制备工艺。该工艺是在微池石墨压头加工出一定尺寸凸起，通过热压烧结制备出具有自润滑功能的微池陶瓷刀具。基于此工艺，以原位成型法制备出不同形貌微织构陶瓷饼状基体，通过切割、研磨、精磨和抛光等工艺制备自润滑功能微织构陶瓷刀具。
目前，对于原位成型微织构自润滑陶瓷刀具只是在理论上证实可行，并没有实际应用，对原位成型微织构自润滑陶瓷饼状基体烧结、切割、研磨、精磨和抛光等工艺的研究尚为空白。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，探究原位成型微织构自润滑陶瓷饼状基体烧结、切割、研磨、精磨和抛光等工艺特点，提供了效率高、精度控制准确、废品率低的切割、研磨、精磨和抛光方法。
技术方案：
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
首先，设计刀具表面微织构的形貌特征和分布，通过对刀具前刀面刀-屑接触方向和磨损位置进行测定，在与切削刃呈30°和120°方向，陶瓷刀具距主副切削刃0.2mm的1mm×1mm区域面积内，设置与流屑方向近似垂直的横向织构（如图1），与流屑方向近似平行的纵向织构（如图2），其中微织构尺寸为：深0.1mm，宽0.1mm，间距0.1mm；刀具标准依据SNGN120408，尺寸为12.7mm×12.7mm×4.8mm。
进一步的，采用原位成型法热压烧结制备微织构陶瓷饼状基体结构，成型后基体尺寸为：直径42mm×厚6mm，饼状基体的单侧端面附有16个微织构单元，微织构单元分布如图1所示。
进一步的，采用内圆切片机将制备的微织构饼状基体切割，切割时要保证粗坯的每个刀尖的主、副切削刃均与正方形微织构单元的边界保持平行，并且两者之间的距离要保持在1mm - 1.5mm之间，切割后的刀片粗坯尺寸为：长15mm×宽15mm×厚6mm。
进一步的，将切割分离的刀具粗坯采用磨床粗磨，需要粗磨的面共有5个，微织构的面除外；粗磨采用对面相互校正的方式进行，即：以一个面为定位基准，对另一个面进行粗磨加工校正，然后再以校正后的面为基准，对另一个面进行粗磨校正；粗磨顺序为：不含微织构的底面，一对侧面，另一对侧面；粗磨过程中手动进给，每次进给0.005mm，研磨进程为0.1mm时，轮换到下一个面，待磨的5个面以每次0.1mm的进程向内推进，并随时采用40倍显微镜观察，直到每个刀尖的主、副切削刃均与正方形微织构单元的边界保持平行，并且两者之间的距离为0.2mm，刀片厚度为5mm时，停止粗磨。
进一步的，对粗磨坯体进行倒角和负倒棱，其中倒角半径为0.8mm，负倒棱宽0.2mm，与前刀面呈20°。
进一步的，对刀片坯体的6个面采用1000目的研磨玻璃进行精磨，去除各面在粗磨过程中形成的划痕；对倒角和负倒棱采用400目的砂纸手动精磨，去除在加工倒角和负倒棱过程中形成的微崩刃。
进一步的，对刀片坯体的6个面，倒角和负倒棱进行抛光处理。
有益效果：本发明通过对原位成型微织构自润滑陶瓷刀具工艺理论进行实际运用，总结出了一套适用于原位成型微织构陶瓷刀具的切割、粗磨、精磨和抛光等工艺方法，采用这些方法加工原位成型微织构刀具具有效率高、废品率低、精度控制准确等优点，同时证实了原位成型法制备微织构自润滑陶瓷刀具的可行性，为微织构刀具的理论和试验研究提供了新的研究基础。
附图说明：
图1为横向微织构陶瓷饼状基体的正三轴测图；
图2为纵向微织构陶瓷饼状基体的正三轴测图；
图3为横向织构陶瓷刀具正视图；
图4为纵向织构陶瓷刀具正视图；
图5为横向织构和纵向织构刀具左视图。
附图中：1.切割线，2.横向织构，3.纵向织构，4.倒角，5.负倒棱，6.负倒棱角度，7.负倒棱宽度。
具体实施方式：
实施例1：
本发明采用原位成型法热压烧结制备与流屑方向垂直的横向织构陶瓷饼状基体，如图1所示。
沿切割线（1）将饼状基体切割成4个长15mm×宽15mm×厚6mm的刀片粗坯。
将刀片粗坯的5个不含微织构的面进行粗磨，直到每个刀尖的主、副切削刃均与正方形微织构单元的边界保持平行，并且两者之间的距离为0.2mm，刀片厚度为5mm时，停止粗磨。
对粗磨坯体进行倒角（4）和负倒棱（5），其中倒角半径为0.8mm，负倒棱宽（7）为0.2mm，负倒棱角度（6）与前刀面呈20°。
对刀片坯体的6个面采用1000目的研磨玻璃手动精磨，对倒角和负倒棱采用400目的砂纸手动精磨。
对刀片坯体的6个面，倒角和负倒棱进行抛光处理，刀具成型，如图3所示。
实施例2：
本发明采用原位成型法热压烧结制备与流屑方向垂直的纵向织构陶瓷饼状基体，如图2所示。
沿切割线（1）将饼状基体切割成4个长15mm×宽15mm×厚6mm的刀片粗坯。
将刀片粗坯的5个不含微织构的面进行粗磨，直到每个刀尖的主、副切削刃均与正方形微织构单元的边界保持平行，并且两者之间的距离为0.2mm，刀片厚度为5mm时，停止粗磨。
对粗磨坯体进行倒角（4）和负倒棱（5），其中倒角半径为0.8mm，负倒棱宽（7）为0.2mm，负倒棱角度（6）与前刀面呈20°。
对刀片坯体的6个面采用1000目的研磨玻璃手动精磨，对倒角和负倒棱采用400目的砂纸手动精磨。
对刀片坯体的6个面，倒角和负倒棱进行抛光处理，刀具成型，如图4所示。
Claims (8)
1.一种原位成型不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具制备方法，其实特征在于：一、设计刀具表面微织构形貌尺寸，采用原位成型法制备端面附有微织构的陶瓷饼状基体；二、将饼状基体切割成4个刀片粗坯；三、对刀片粗坯粗磨并加工负倒棱和倒角；四、对粗磨后的刀片坯体精磨；五、抛光成型。
2.根据权利要求书1所述的刀具表面微织构形貌尺寸，其特征在于：在与切削刃呈30°和120°方向，陶瓷刀具距刀尖主副切削刃0.2mm的1mm×1mm区域面积内，设置与流屑方向近似垂直的横向织构（2），与流屑方向近似平行的纵向织构（3），其中微织构尺寸为：深0.1mm，宽0.1mm，间距0.1mm；刀具标准依据SNGN120408，尺寸为12.7mm×12.7mm×4.8mm。
3.根据权利要求书1所述的微织构陶瓷饼状基体，其特征在于：微织构陶瓷饼状基体是通过原位成型法热压烧结而成，尺寸为：直径42mm×厚6mm，饼状基体的单侧端面附有16个微织构单元，微织构单元分布如图1和图2所示。
4.根据权利要求书1所述的饼状基体切割，其特征在于：采用内圆切片机将制备的微织构饼状基体沿切割线（1）切割，切割时要保证粗坯的每个刀尖的主、副切削刃均与正方形微织构单元的边界保持平行，并且两者之间的距离要保持在1mm - 1.5mm之间，切割后的刀片粗坯尺寸为：长15mm×宽15mm×厚6mm。
5.根据权利要求书1所述的刀片坯体粗磨，其特征在于：采用磨床进行粗磨，需要粗磨的面共有5个，含微织构的面除外；粗磨采用对面相互校正的方式进行，粗磨顺序为：不含微织构的底面，一对侧面，另一对侧面；粗磨过程中手动进给，每次进给0.005mm，研磨进程为0.1mm时，轮换到下一个面，待磨的5个面以每次0.1mm的进程向内推进，并随时采用40倍显微镜观察，直到每个刀尖的主、副切削刃均与正方形微织构单元的边界保持平行，并且两者之间的距离为0.2mm，刀片厚度为5mm时，停止粗磨。
6.根据权利要求书1所述的倒角（4）和负倒棱（5），其特征在于：倒角半径为0.8mm，负倒棱与前刀面的角度（6）为20°，负倒棱宽（7）为0.2mm。
7.根据权利要求书1所述的刀片坯体精磨，其特征在于：对刀片坯体的6个面采用1000目的研磨玻璃手动精磨，对倒角和负倒棱采用400目的砂纸手动精磨。
8.根据权利要求书1所述的抛光，其特征在于：对刀片坯体的6个面，倒角和负倒棱进行抛光处理。
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