CN110666196A - 一种复合型微织构刀具 - Google Patents

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颜安
陈汪林
江信榕
王成勇
李炳新
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Abstract

本发明涉及刀具技术领域，更具体地，涉及一种复合型微织构刀具，包括有复合型微织构单元，复合型微织构单元包括有依次排列的线型凸起，线型凸起之间设有线型凹槽，线型凸起上设有槽体结构。本发明提供耐磨、刀具寿命高和切削效果好的刀具。

Description

一种复合型微织构刀具
技术领域
本发明涉及刀具技术领域，更具体地，涉及一种复合型微织构刀具。
背景技术
涂层刀具由于涂层具有良好的耐磨性，高的表面硬度以及性价比等性能而被广泛应用于切削刀具当中。但涂层刀具也有其局限性，一般硬质合金刀具干切削条件下，累积温度可达到1000℃以上。此时一般涂层刀具，例如TiN,AlCrN,AiTiN等涂层刀具不具有高温稳定性，涂层在高温下将失效，并且加剧刀具磨损。常规的车削加工实验中，人们常用浇注式冷却润滑液进行冷却润滑加工，但由于切削速度较快，浇注式切削液无法冷却到温度最集中的刀具刃口处进行冷却润滑，再加上工业使用的冷却润滑液成分特殊，加工后留在工件上后处理麻烦，处理成本高，所以不适合现在的高速切削加工。
微量润滑技术(MQL)是一种新的金属加工的润滑方式，指将压缩气体(空气、氮气、二氧化碳等)与极微量的润滑油混合汽化后，形成纳米级的液滴，喷射到加工区进行有效润滑的一种切削加工方法。这种润滑方式解决了传统浇注式润滑的弊端，同时又节能又环保大大提高了刀具的切削寿命。
微织构由于具有减磨，存储润滑剂，磨屑等作用，而被人们想起结合涂层刀具一起使用。
刀具切削时，工件与刀具接触，相互摩擦后刀面磨损，刀具存在着弹性和塑性变形；磨损发生在刀面与工件的小面积接触位置上，并且实际加工过程中，细小的切屑会堆积到刀具表面，从而造成刀具磨粒磨损。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的刀具磨粒磨损的问题，提供一种复合型微织构刀具，提供耐磨、刀具寿命高和切削效果好的刀具。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合型微织构刀具，其中，包括有复合型微织构单元，复合型微织构单元包括有依次排列的线型凸起，线型凸起之间设有线型凹槽，线型凸起上设有槽体结构。
在一个实施方式中，槽体结构为正四边形槽体。
在一个实施方式中，线型凹槽的方向垂直于刀具的切削刃。
在一个实施方式中，复合型微织构单元中距离切削刃最近的线型凸起与切削刃的距离为400um～600um，距离刃口0.5mm～1.2mm。
在一个实施方式中，复合型微织构刀具还包括有设于复合型微织构单元表面的硬涂层。
本发明与现有技术相比，具有以下特点：
刀具表面涂层是提高刀具性能的重要手段，可用极少量材料赋予刀具表面耐磨、耐热、耐腐蚀等性能，充分发挥基体材料与涂层材料的潜能，降低刀具生产成本。在刀具上加工出微织构结构，同时保证涂层的结合力。在数控车削时配合微量润滑，由于复合型的微织构可以很好的存储磨屑，传导润滑油，以及涂层的好的耐磨性，可以高效地提到刀具寿命和切削效果。
附图说明
图1是本发明实施例中复合型微织构单元结构示意图。
图2是本发明实施例中复合型微织构单元结构示意图。
图3是本发明实施例中带有复合型微织构单元结构的刀具磨损示意图。
图4是刀面磨损量随切削时间的变化图。
图5是现有技术的刀具磨损示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1：
如图1至如图4所示，本发明提供复合型微织构刀具，在刀具上设有复合型微织构单元，复合型微织构单元包括有在刀具上依次排列的线型凸起20，相邻的线型凸起20之间设有线型凹槽，在线型凸起20的表面上设有槽体结构10。
本实施例中，槽体结构10为正四边形槽体，在线型凸起20的表面上依次的设置槽体结构10，同时线型凹槽的方向垂直于刀具的切削刃，复合型微织构单元中距离切削刃最近的线型凸起20与切削刃的距离为400um～600um，距离刃口0.5mm～1.2mm。
复合型微织构刀具还设有设于复合型微织构单元表面的硬涂层，硬涂层搭配物料加工时压缩气体与极微量的润滑剂进行混合气化形成的微米级的液滴，可以达到提高微织构涂层刀具的切削寿命和切削效果的目的。
本实施例中，提供复合型微织构刀具的加工方法：
将光洁的待加工刀具用底座为水平的夹具夹持，放入到飞秒激光设备下，通过调节激光脉冲能量为20uj，频率为100Khz，扫描速率为50mm/s，线型凹槽加工次数为20次，正四边形凹槽加工5次，加工的线型凹槽宽度为70um～75um，深度为23um～24um，凹槽间距为150um，加工的正四边形凹槽对角线长140um～160um，深度为8um～10um，调节辅助光源是激光焦点对准硬质合金表面。实现在块体硬质合金表面制备复合型微织构。随后放入PVD炉内，制备成熟的涂层。
磨屑在进入凹陷区域后在润滑流体的挟裹下表现出沿环状沟槽运动的趋势，根据水流沉沙原理，磨屑易于沉积在弯曲的环状沟槽内，从而有效减小摩擦副间的犁沟效应，改善表面间的摩擦磨损状态，但磨屑容易堵塞，而线型凹槽不仅起到存储磨屑和润滑剂的作用，同时也疏导磨屑在凹槽间移动，单一深度的微织构存储磨屑的能力没有正四边形的好，所以将二者结合，发挥出更好的综合性能，表现出更长的切削寿命。本实施例中，槽体结构10也可以为正多边形、圆环形等。
如图3和如图5所示，从图中可以看到，普通刀具和微织构刀具的后刀面磨损不同，本发明提高了刀具的切削寿命。
实施例2：
本实施例与实施例1相似，不同之处在于，本实施例中，将光洁的硬质合金车刀用底座为水平的夹具夹持，后刀面正面对上，放入到飞秒激光设备下，通过调节激光脉冲能量为20uj，频率为100Khz，扫描速率为50mm/s，线型凹槽加工次数为20次，正四边形凹槽加工5次，加工的线型凹槽宽度为70um～75um，深度为23um～24um,凹槽间距为150um，加工的正四边形对角线长凹槽140um～160um，深度为8um～10um，调节辅助光源，使激光的焦点在刃口处一直对准刀具的表面，实现在硬质合金刀具后刀面上制备复合微米级微织构。随后放入PVD炉内，制备成熟的涂层。最后进行数控车削实验，配合微量润滑进行加工，车床参数设置为主轴进给速度为0.05mm/r，背吃深量为0.5mm，线切割速度为120m/min，微量润滑油排量为20ml/h，空气压缩强度为0.5～8MPa。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种复合型微织构刀具，其特征在于，包括有复合型微织构单元，所述复合型微织构单元包括有依次排列的线型凸起，所述线型凸起之间设有线型凹槽，所述线型凸起上设有槽体结构。
2.根据权利要求1所述的复合型微织构刀具，其特征在于，所述槽体结构为正四边形槽体。
3.根据权利要求1所述的复合型微织构刀具，其特征在于，所述线型凹槽的方向垂直于刀具的切削刃。
4.根据权利要求1所述的复合型微织构刀具，其特征在于，所述复合型微织构单元中距离切削刃最近的线型凸起与切削刃的距离为400um～600um，距离刃口0.5mm～1.2mm。
5.根据权利要求1所述的复合型微织构刀具，其特征在于，还包括有设于复合型微织构单元表面的硬涂层。
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