[发明专利]一种刀具涂层和基体间结合面形状的仿生设计方法

摘要

本发明公开了一种刀具涂层和基体间结合面形状的仿生设计方法，其以人类健康牙齿的牙釉质与牙本质结合面为仿生对象，通过逆向工程获得牙釉质与牙本质结合面曲线离散数据，并获得拟合曲线，并将牙釉质与牙本质结合面形状结构类比到刀具涂层和基体的结合界面的设计上，以有限元分析方法对多组参数结合界面下刀具涂层和基体的结合强度进行了数值模拟，并获得了最优的结合面形状。本发明中刀具涂层和基体间结合面形状的仿生设计方法可提高其结合界面间的结合强度，延长刀具使用寿命，同时提高刀具切削性能和加工效率。

主权项

一种刀具涂层和基体间结合面形状的仿生设计方法，其特征在于，其设计步骤如下：(1)以人类健康牙齿的牙釉质与牙本质结合面形状为仿生设计的对象，在扫描电子显微镜下拍摄牙釉质和牙本质的结合面，获得样板图片；(2)使用图像数据化软件打开样板图片，设置默认坐标系，再采用描点法描绘釉牙本质界的曲线，输出点坐标的离散数据，并以表格存储；(3)用最小二乘法对步骤(2)所获得的离散数据进行曲线拟合，得到牙釉质与牙本质结合面的拟合曲线及拟合方程；(4)根据牙釉质与牙本质结合面的拟合曲线形状，为使建模和加工简单、有效，用正弦函数替代上述的拟合曲线，其正弦函数的表达式为y＝Asin(wx)，其中：A为正弦函数幅值，w为频率，正弦函数周期T＝2π/w；(5)建立硬质合金单涂层刀具的有限元模型，其刀具涂层和基体结合面的形状如上述表达式中的正弦曲线，并在不同的正弦函数幅值A和频率w参数下，对多组参数结合界面下的刀具涂层和基体结合强度进行数值模拟，计算过程中使用基体横向拉伸法作为膜‑基结合强度的检验方法，依此获得最优的膜‑基结合面形状，该最优的膜‑基结合面形状即为刀具涂层和基体间结合面形状。