[发明专利]一种具有微结构冷却功能的金刚石涂层刀具

说明书

一种适用于钛合金加工的具有微结构冷却功能的金刚石涂层刀具，它利用激光刻蚀以及微细电火花的方法在刀具的刀尖附近及月牙洼区域制备微纹路。通过CVD沉积金刚石涂层，在沉积过程微沟槽边缘会对甲基形成捕捉、吸附作用，形成一个上宽下窄的袋状开口式的管道系统，切削液进入储液池后经过冷却管道从出口流出，将热量带出，有助于形成刀具的深层冷却，防止切削液蒸发，减少切削液用量，改善刀具冷却效果，减小基‑膜体系产生的热应力的产生，同时切削液进入刀具的切削区域，形成润滑膜，减小刀具切削力同时起到减少铁、钛及合金与金刚石反应的概率的作用，并且构槽对金刚石涂层形成“扎根作用”，有利于提高涂层附着力。

技术领域

本发明涉及一种刀具，尤其是一种CVD金刚石刀具，具体地说中一种适用于钛合金加工的具有微结构冷却功能的金刚石涂层刀具。

背景技术

CVD金刚石涂层刀具是一种应用广泛的刀具，对加工有色金属、碳纤维及一些高硬度材料具有显著优势，但是由于金刚石在高温下与Fe、Ti等元素发生化学反应形成FeC和TiC等碳化物，极易对金刚石涂层造成破坏，所以金刚石涂层刀具不能广泛应用于铁、钛及合金的加工。

其次，在切削加工中，切削液的用量十分巨大，不管从经济成本和环境保护上都需要对刀具结构进行优化，提高切削液的利用效率，提高刀具使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对CVD金刚石涂层刀具在进行钛合金切削时，高温下会与Fe、Ti等元素发生化学反应形成FeC和TiC等碳化物进面影响刀具寿命的问题，发明一种适用于钛合金加工的具有微结构冷却功能的金刚石涂层刀具，以减少金刚石刀具切削区域的温度及提供化学屏障的方式减小刀具金刚石涂层的失效概率。

本发明的技术方案之一是：

一种适用于钛合金加工的具有微结构冷却功能的金刚石涂层刀具制备方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，用激光刻蚀或微细电火花加工技术在刀具的刀尖附近及月牙洼区域制备微纹路，所述的微纹路包括储液池、冷却槽以及切削液出口；

其次，将刀具表面进行去钴处理，然后利用乙醇或丙酮溶液清洗，将加工完的刀具放入金刚石粉末丙酮悬浮液中，利用超声清洗机超声植晶20分钟，然后利用乙醇或丙酮溶液清洗；

第三，利用CVD技术生长金刚涂层；由于CH₄在高温下被分解产生活性离子，形成sp3杂化的C-C键，制备出金刚石涂层；当活性离子经过冷却槽时，极易被冷却槽的边缘捕捉、吸附形成优先生长的金刚石涂层，随着沉积时间增加，冷却槽上方宽度逐步变窄到200nm-2μm，上窄下宽的袋状管道结构；袋状管道结构对金刚石涂层形成宏观“扎根作用”，有利于提高涂层附着力。

采用高品质切削液和微润滑系统，将切削液喷入刀具表面，储液池会对切削液进行存储，随后切削液进入冷却槽管道，流入月牙洼区域和刀尖附近，实现深度冷却，最后从出液口流出，完成热交换，减小膜-基热应力，降低涂层失效概率，同时对刀具的切削区域实现润滑作用和化学屏障作用，减少金刚石和铁、钛及合金的反应。

所述的冷却槽宽度为5-50μm左右，深宽比＞1。

切削液通过冷却槽进入刀尖附近及月牙洼切削区域，实现刀具切削区域冷却。

所述的金刚石涂层的厚度为3-20μm。

所述的储液池的直径为2mm左右，且与多条冷却槽相连通。

本发明的技术方案之二是：

一种适用于钛合金加工的具有微结构冷却功能的金刚石涂层刀具，其特征刀具的刀尖附近及月牙洼区域制备有微纹路，微纹路上沉积有金刚石涂层，所述的微纹路包括储液池、冷却槽以及切削液出口； 储液池与至少一个冷却槽相连通，各冷却槽之间相互连通，切削液出口设置在前、后刀面上并与冷却槽相连通；所述的冷却槽为上窄下宽的袋状管道结构。