[发明专利]一种刀具表面复合造型处理方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种刀具表面复合造型处理方法及实施这种加工方法的装置，在刀具的主要摩擦、磨损表面进行微织构复合形貌的主动处理，属于机械制造领域。

背景技术

机械加工大多离不开刀具且后者在机加工成本中占很大比重。在机械行业竞争日趋激烈的今天，刀具使用寿命的延长，切削质量的提高对提升企业竞争力有着显著的积极效果。

 在切削加工中，尤其是高速重载的切削条件下，热量在刀具切削刃上聚集造成刀具局部温度急剧上升，同时切屑高速流出。在高温、高压和强烈摩擦的共同作用下，前刀面极易磨损，形成所谓的月牙洼。月牙洼的宽度和深度逐渐增大，并向刃口铺展，当铺展到刃口边缘时，使切削刃的强度降低，极易导致崩刃的现象发生。另一方面，在加工塑性好的金属材料时，金属材料在刀刃粘附，逐渐在刀具的刀尖处形成积屑瘤。积屑瘤影响工件表面的加工质量和尺寸精度，所以应竭力避免积屑瘤的产生。

 目前，已有多种技术用以提高刀具性能：采用高压射流冷却润滑系统，延长刀具的使用寿命达50%；刀具表面涂层技术，提高刀具表面的耐磨性与抗粘结能力；超细晶粒硬质合金材料的使用大大增加了刀具的硬度和耐磨性。

从传统意义上讲，为了减小摩擦，必须要使得相互接触的表面尽可能光滑，粗糙度越小越好，这是从机械啮合理论来分析摩擦机理的；随着摩擦学研究进入微观领域，人们发现表面太光滑，摩擦系数反而增加，这是从分子间作用力的角度来考虑的。在此基础上，科研工作者发现在摩擦副表面设置一定形状和分布的微观织构，对存在相对运动的物体表面主要有以下作用：（1）相互平行的摩擦表面间产生动压润滑效应；（2）减少摩擦表面的摩擦因素，从而减小摩擦力和摩擦力矩；（3）提高承载能力；（4）微孔（槽）可以作为储油槽，为边界润滑或为刚启动的摩擦表面提供润滑油；（5）微孔（槽）可以用作储屑槽，容纳因边界润滑或干摩擦产生的磨屑，从而减少磨损，延长使用寿命。上世纪末，随着将表面技术引入刀具的研制，刀具的性能得到了进一步的提高。中国专利：CN201010124734，公开了具有表面微造型的抗粘结、耐磨损刀具/刀片，在易发生磨损的区域，如靠近切削刃附近的前、后刀面上，分布了一些微坑阵列结构，这些微坑阵列结构是采用电化学加工或激光加工等微细制造技术加工而成，能够改善切削加工时刀具与切屑、工件的接触状况，抑制粘刀现象。虽然该专利中在易发生磨损的区域进行微造型，但是易发生磨损的区域往往都是冷却液难以进入的区域，使得微坑阵列结构的动压润滑效果得不到充分的发挥，并且微坑阵列结构没有防止材料粘附的效果。

本发明主要技术思想是在刀具主要摩擦、磨损表面进行复合微织构的主动设计制造，微织构形貌具体有：微凹腔、微凸起、微沟槽。三种微尺度结构各自有其有益效果且又相互影响，相辅相成，显著改善刀具的表面性能，提高刀具润滑冷却性能，延长刀具寿命。在外圆车刀应用后的实验表明，采用本专利技术的外圆车刀在同等切削时间和工况的对比实验中，其磨损量减少了30%，切削力减少了15%，在对铝合金塑性材料的切削过程中未出现积削瘤现象。

刀具的种类很多，但是它们切削部位的几何形状却有共通之处。外圆车刀是比较简单的一种，其余刀具都可以看成是外圆车刀的组合或演变，如铣刀有许多个刀齿，每个刀齿相当于外圆车刀的刀头。本专利随后在对技术特征叙述时，都是以外圆车刀为描述对象，但是技术特征能够扩展至所有的机加工刀具。

发明内容

本发明针对刀具易磨损、崩刃、加工质量不高、冷却液失效问题，提出一种全面提升刀具性能的表面复合造型处理方法，其利于切屑与刀具强制分离，减少了切屑瘤的生成，进而避免了切屑瘤造成的震动，提高了切屑质量；利于排屑，减少了切屑对刀具的磨损；在刀具表面形成强动压润滑效应；利于切屑液的扩散和吸收切削生热；在微造型区域形成类似钉扎强化的效果，使该区域材料硬度、耐磨性增加，延长刀具使用寿命；复合造型处理后的刀具更美观，磨损程度更容易判断。

本发明的一种刀具表面复合造型处理方法所采取的技术方案是：确定刀具的易磨损部位；主动设计针对上述易磨损部位的复合微造型方案；在刀具上形成上述方案的造型；判定造型质量。

实施本发明的一种刀具表面复合造型处理方法的装置所采取的技术方案是，结合表面检测技术、微造型技术、毛化技术和数控技术、机器人技术在刀具易磨损部位完成主动的复合微造型。