[发明专利]一种超疏水仿生数控加工刀具制备方法

说明书

本发明涉及一种超疏水仿生数控加工刀具制备方法。其特征是刀具前刀面和后刀面具备微突起和微凹槽组成的两段式微观形态、刀尖圆弧半径处拥有锯齿状纳织构、并超音速火焰喷涂硬质颗粒包覆固体润滑剂涂层；采用纳秒激光加工技术在刀具前刀面和后刀面制备由微突起和微凹槽组成的两段式微观形态，以减小刀‑屑接触面积、减轻刀具与切屑之间的摩擦，收纳硬质磨粒；同时，为使刀尖切入工件更加平缓无阻力，采用飞秒激光加工技术在刀尖圆弧半径处加工间距约为300‑400nm，深度约为100‑150nm锯齿状纳织构；然后采用超音速火焰喷涂技术将硬质颗粒包覆固体润滑剂粉末配置成悬浮液涂覆于刀具微观形态表面，达到超疏水与减摩双重效应。

技术领域

本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别涉及一种超疏水仿生数控加工刀具制备方法。

背景技术

金属切削加工作为机械制造业的关键部分，其发展的总趋势是高速高效、高精度、高柔性、智能和绿色化。在切削加工中使用切削液对提高加工效率和改善工件表面质量具有重要作用，但切削液在制造、使用、处理和排放对环境、操作者有一定负面影响；高速干切削技术的诞生无疑在源头上解决了切削液负面影响问题，刀具性能对切削加工的效率、精度和表面质量有着决定性的影响。虽然采用高速干切削技术已成为现代制造业发展的必然途径，但由于实际高速干切削加工中缺少切削液的润滑和冷却作用，导致刀具与工件的摩擦加剧、切削温度升高、排屑不畅，极易引起刀具寿命下降及工件加工表面质量恶化；因此开发性能优异、高可靠性、高寿命的新型干切削刀具成为重要而亟待解决的难题。

近年来，摩擦学与仿生学研究表明，表面织构 (Surface Texturing) 可以减小摩擦、抗粘结和提高耐磨性，这给切削刀具减摩抗磨带来了新的研究方向。荷叶“出淤泥而不染”、露珠在玫瑰花瓣表面极易滚落，蜻蜓等昆虫的复眼上布满水珠等这些现象都引起了科研工作者的广泛关注，为此人们对其进行了长时间的大量、深入研究，以便在工业生产中实现仿生表面的研发和大规模制备及应用，在模仿自然的基础上超越自然。

金属切削过程中，刀具与工件材料之间发生着强烈的摩擦接触作用，形成了刀具前刀面-切屑(刀-屑) 和后刀面-工件已加工表面 (刀-工) 两个方面的摩擦。切削中的摩擦对切削加工过程有着重要影响，尤其是在高速切削难加工材料时，刀-屑间的摩擦更加剧烈，切削区温度更高，对切削过程影响更大。这种剧烈的摩擦不仅导致刀具寿命降低、更换刀具费时费力，同时也会降低工件已加工表面质量。因此，目前迫切需要设计一种可以有效减少和降低刀具与工件之间摩擦接触的刀具结构。一种可行的设计方法就是在刀具前刀面和后刀面加工两段式超疏水微观形态并充分利用具有润滑作用的涂层以达到降低刀-屑、刀-工两个摩擦副摩擦系数和磨损的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种超疏水仿生数控加工刀具制备方法。

本发明通过以下方式实现：

一种超疏水仿生数控加工刀具，其特征是刀具前刀面和后刀面具备微突起和微凹槽组成的两段式微观形态、刀尖圆弧半径处拥有锯齿状纳织构、并超音速火焰喷涂硬质颗粒包覆固体润滑剂涂层；采用纳秒激光加工技术在刀具前刀面和后刀面制备由微突起和微凹槽组成的两段式微观形态，以减小刀-屑接触面积、减轻刀具与切屑之间的摩擦，收纳硬质磨粒；同时，为使刀尖切入工件更加平缓无阻力，采用飞秒激光加工技术在刀尖圆弧半径处加工间距约为300-400nm，深度约为100-150nm锯齿状纳织构；然后采用超音速火焰喷涂技术将硬质颗粒包覆固体润滑剂粉末配置成悬浮液涂覆于刀具微观形态表面，达到超疏水与减摩双重效应。

制备上述超疏水仿生数控加工刀具的工艺步骤为。

(1) 选择刀具材料包括：SG4陶瓷车刀 (成分为重量百分比45%氧化铝+55 %TiC)、YT15硬质合金车、铣刀 (成分为重量百分比79%WC+15%TiC+6%Co )、YG6硬质合金车、铣刀 (成分为重量百分比94%WC +6%Co )等。