CN109967804A - 一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，属于刀具技术领域，本发明通过纳秒脉冲激光与微细电火花的复合加工手段，首先利用纳秒脉冲激光器在微型车刀表面加工微织构，然后在微细电火花加工装置下对激光加工后的刀具试样进行安装，按照设定形状对微细电火花电极进行修整，利用修整后电极对刀具表面的微织构进行边缘倒圆处理，获得具有边缘光滑过渡的微织构，在实际的微切削加工中有效避免传统微织构带来的衍生切削效应。与未经处理的微织构车刀相比，在微切削加工中可改善切削过程波动，降低切削力，改变切屑形态，改善切屑在微坑的流入流出状态，进一步提高微织构的减摩效果。

Description

一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法
技术领域
本发明属于刀具技术领域，特别是涉及到一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法。
背景技术
衍生切削效应是在切削过程中，微织构作为切削刃对工件或切屑进行切削的现象，也称为二次切削。由于微织构边缘的锋利性，在切削过程中，切屑及已加工表面与微织构接触时，衍生切削效应造成瞬时切削力波动，加工平稳性下降，微织构逐渐磨损，最终失效，导致已加工表面质量降低。
目前大量研究表明通过在刀具表面合理布置微织构，在切削过程中可以降低切削力和切削热，减少积屑瘤粘附，从而降低刀具磨损，提高刀具耐用度,同时刀具表面微织构在加工过程中可以减少刀屑/刀工接触，降低了切削刃磨损速率，有助于改善已加工表面粗糙度，但另一方面微织构对切屑表面和已加工表面的衍生切削效应仍不可忽略，对于微切削来说，如何设计微织构参数、减小衍生切削效应、保持加工平稳性方面面临新的难题。
刀具表面织构的传统制造方法有激光诱导制造法、微磨削法、刻蚀法、微细电加工、水射流加工、聚焦粒子束加工等。对于衍生切削而言，主要是由微织构边缘的锋利性决定的，在制造表面织构时，采用复合加工工艺，考虑对微织构边缘区进行局部修整，既能保证微织构的减摩耐磨作用，同时减小加工过程中的衍生切削。因此一种适合于微型刀具表面织构的衍生切削抑制处理方法的提出就具有重要的工程意义和实用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，采用激光加工和微细电火花加工复合加工工艺，对刀具表面微织构的边缘进行圆弧修整，实现减小加工过程中衍生切削效应的作用。
一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
步骤一、利用纳秒激光加工在刀具前刀面制备微结构；
步骤二、利用微细电火花加工在刀具前刀面微结构边缘进行圆弧倒角修整。
所述步骤一刀具前刀面微结构的制备包括以下步骤，
A、将微型车刀试样进行超声波清洗并吹干后放置于纳秒激光加工装置加工平台上的3R卡具上，并调整激光加工头高度到刀具前刀面对焦位置；
B、设置激光器功率、激光出光频率、加工重复次数以及加工路径；
C、根据设计的微织构加工路径，控制激光器出光和加工平台运动，在刀具前刀面刻蚀出微织构。
所述步骤二对刀具前刀面微结构边缘进行圆弧倒角修整包括以下步骤，
A、将激光加工后的微型车刀试样的3R卡具与放置于微细电火花加工装置的加工平台上3R底座进行配合；
B、采用图像观测模块对刀具的主副切削刃进行离散观测，其中图像观测模块与电极装卡主轴为同轴安装，图像观测模块中有十字标识板，通过每一次调整微细电火花加工装置的工作平台位置，使十字标识板的十字中心落在主副切削刃上，记录当前的工作平台位置坐标，获得一系列坐标点；
C、对所述步骤B中所记录的工作平台位置的一系列坐标点分别进行主副切削刃拟合，主副切削刃拟合线的交叉点为刀尖位置；
D、在线将电极形状修整为T形，将修整后的电极安装在加工轴上，按照所述步骤一中所述的加工路径，利用步骤C获得的刀尖位置，获得预定加工路径与刀尖位置的偏置，控制微细电火花加工装置的加工平台运动，对所述步骤一制备的微织构进行边缘圆弧修整处理。
所述刀具的材质为钨钴类硬质合金。
所述纳秒激光加工装置的激光波长为1064nm。
所述T形电极的直径过渡处为圆弧形。
所述主副切削刃拟合采用的算法为加权迭代最小二乘法。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，实现了微型刀具表面织构加工过程中考虑微织构衍生切削效应的影响，在利用激光加工技术在刀具表面加工表面织构后，采用微细电火花加工技术对表面织构边缘进行圆弧平滑修整，降低微织构边缘锋利性，保证微织构的减摩耐磨作用的同时降低加工过程中对切屑和已加工表面的衍生切削作用。
进一步的，本发明的有益效果在于，也适用于其他类型刀具表面织构的处理。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明微型车刀前刀面表面织构加工过程中的衍生切削示意图。
图2为本发明刀具表面微织构的边缘圆弧过渡示意图。
图3为本发明一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法流程示意框图。
图4为本发明修整后的T形电极示意图。
具体实施方式
一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削，如图1所示，其中图中箭头左侧为切削仿真中织构对切屑的衍生切削作用，图中箭头右侧为实际切削过程中织构对切屑表面由于衍生切削作用产生的划伤，
因此本发明提出一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，
如图3所示，包括以下步骤，
步骤一、将微型车刀试样进行超声波清洗并吹干；
步骤二、将微型车刀试样放置于纳秒激光加工装置的加工平台上，其中，激光器功率8w、激光出光频率20KHZ、加工重复次数20次，激光扫描速度 300mm/s；按照设定的微织构加工路径控制纳秒激光加工装置进行动作，在微型车刀表面加工出微织构，微织构为微孔织构，微孔深度20μm，微孔直径50μm，微孔中心间隔100μm；
步骤三、将激光加工后的微型车刀试样放置于微细电火花加工装置的加工平台上，具体操作为将激光加工后的微型车刀试样的3R卡具与放置于微细电火花加工装置的加工平台上3R底座进行配合；利用图像观测模块对刀具的主副切削刃进行离散观测，其中图像观测模块与电极装卡主轴为同轴安装，图像观测模块中有十字标识板，通过每一次调整微细电火花加工装置的工作平台位置，使得十字标识板的十字中心落在主副切削刃上，记录当前的工作平台位置坐标，获得一系列坐标点；
步骤四、对步骤三中所记录的工作平台位置的一系列坐标点分别进行主副切削刃的拟合，主副切削刃的拟合线的交叉点即为刀尖位置，拟合算法采用加权迭代最小二乘法；
步骤五、在线修整电极形状为T形，如图4所示，T形电极的直径过渡处为圆弧形，圆弧R为30μm，H为微孔深度，D为微孔直径；将修整后的电极安装在加工轴上，按照步骤二所述的预先设定加工路径，利用步骤四获得的刀尖位置，获得预定加工路径与刀尖位置的偏置，控制微细电火花加工装置的加工平台运动，对步骤二所述的经激光加工后的微织构进行边缘圆弧修整处理，如图2 所示。
将处理后的微型车刀试样进行超声波清洗并吹干，得到最终加工的表面微织构刀具试样。

Claims (7)

1.一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
步骤一、利用纳秒激光加工在刀具前刀面制备微结构；
步骤二、利用微细电火花加工在刀具前刀面微结构边缘进行圆弧倒角修整。
2.根据权利要求1所述的一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，其特征是：所述步骤一刀具前刀面微结构的制备包括以下步骤，
A、将微型车刀试样进行超声波清洗并吹干后放置于纳秒激光加工装置加工平台上的3R卡具上，并调整激光加工头高度到刀具前刀面对焦位置；
B、设置激光器功率、激光出光频率、加工重复次数以及加工路径；
C、根据设计的微织构加工路径，控制激光器出光和加工平台运动，在刀具前刀面刻蚀出微织构。
3.根据权利要求1所述的一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，其特征是：所述步骤二对刀具前刀面微结构边缘进行圆弧倒角修整包括以下步骤，
A、将激光加工后的微型车刀试样的3R卡具与放置于微细电火花加工装置的加工平台上3R底座进行配合；
B、采用图像观测模块对刀具的主副切削刃进行离散观测，其中图像观测模块与电极装卡主轴为同轴安装，图像观测模块中有十字标识板，通过每一次调整微细电火花加工装置的工作平台位置，使十字标识板的十字中心落在主副切削刃上，记录当前的工作平台位置坐标，获得一系列坐标点；
C、对所述步骤B中所记录的工作平台位置的一系列坐标点分别进行主副切削刃拟合，主副切削刃拟合线的交叉点为刀尖位置；
D、在线将电极形状修整为T形，将修整后的电极安装在加工轴上，按照所述步骤一中所述的加工路径，利用步骤C获得的刀尖位置，获得预定加工路径与刀尖位置的偏置，控制微细电火花加工装置的加工平台运动，对所述步骤一制备的微织构进行边缘圆弧修整处理。
4.根据权利要求1所述的一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，其特征是：所述刀具的材质为钨钴类硬质合金。
5.根据权利要求2所述的一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，其特征是：所述纳秒激光加工装置的激光波长为1064nm。
6.根据权利要求3所述的一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，其特征是：所述T形电极的直径过渡处为圆弧形。
7.根据权利要求3所述的一种微型车刀前刀面表面织构衍生切削抑制处理方法，其特征是：所述主副切削刃拟合采用的算法为加权迭代最小二乘法。
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