本發明專利技術公開了一種形成切屑導流毛細管的刀具及其用途、加工方法，涉及一種在切屑底部主動形成導流毛細管的刀具，屬于機械制造領域。本發明專利技術在切屑流向一側的刀具表面（1）設置織構陣列，所述織構陣列由微凸體（6）陣列和微溝槽（2）陣列復合構成，所述微凸體（6）陣列和微溝槽（2）陣列沿切屑流方向依次布置。本發明專利技術采用濕切削加工方式時，澆注或噴霧的方向對準毛細管或微溝槽方向。本發明專利技術刀具與切屑間的摩擦減小，切削液到達粘結區和滑動區，降低切削力和切削熱，延長刀具壽命。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種在切屑底部主動形成導流毛細管的刀具及其用途、加工方法，屬于機械制造領域。
技術介紹
金屬切削加工時，切屑與前刀面產生劇烈摩擦，切削熱在刀尖附近積累，導致刀具局部溫度急劇上升，冷卻潤滑液很難形成流體潤滑，到達前刀面或刀尖附近，從而使切削刃強度降低，造成崩刃；同時，在高塑性金屬材料切削過程中，“粘刀”形成積屑瘤，影響工件表面質量和尺寸精度。因此，刀具表面磨損與粘著關乎切削質量與刀具壽命。1958年Merchant等人（Thephysicalchemistryofcuttingfluidaction）用顯微鏡發現了刀-屑接觸區存在直徑約為0.2mm的毛細管，為毛細管理論的提出提供了實驗依據；1977年，Williams等人（TheActionofLubricantsinMetalCutting）提出了長×寬×高=l×ma×a的長方體毛細管模型，并認為液體進入毛細管后先是液相滲入，而后是氣相滲入或形成努森流；在國內，韓榮第等人（刀-屑接觸區摩擦潤滑的毛細管模型研究）提出一種新的毛細管模型，并對其進行了動力學分析，研究冷卻潤滑劑進入刀-屑接觸區的過程與作用機制，實驗結果表明，在刀-屑接觸的滑移區是“毛細管”存在區域，該區域刀-屑的相對運動產生泵吸作用，從而使冷卻潤滑劑滲入。上述“毛細管”的形成是由于刀具接觸面粗糙導致的，這種形成的“毛細管”雜亂，其寬度深度不能很好的控制，冷卻潤滑液不能最大限度的滲入到刀-屑粘結區和滑動區或刀刃附近，形成潤滑劑膜。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術在刀具前刀面加工出微凸體微凹槽，形成微凸體、微凹槽復合織構陣列，切削過程中在切屑底部形成，在刀-屑粘結區和滑動區或刀刃附近形成均勻、穩定的潤滑劑膜，在濕切削工況下，刀具與切屑間的摩擦減小，切削液到達粘結區和滑動區，降低切削力和切削熱，延長刀具壽命。本專利技術的技術方案為，在切屑流向一側的刀具表面設置織構陣列，所述織構陣列由微凸體陣列和微凹槽陣列復合構成，所述微凸體陣列和微凹槽陣列沿切屑流方向依次布置；所述織構形貌陣列由3-10組微凸體形貌陣列等間距分布構成，每組微凸體形貌陣列由1-5列微凸體形貌緊密排列構成，每列微凸體形貌由6-12個微凸體形貌等間距分布構成；所述微凹槽陣列由3-10列微凹槽構成。所述微凸體高度10-200微米，微凸體直徑20-300微米。所述微凹槽的寬度30-150微米，深度10-200微米，微凹槽間距50-300微米。所述微凸體陣列距離刀刃200微米-500微米，所述微凹槽陣列距離微凸體陣列200微米-500微米。相鄰所述每組微凸體形貌陣列間距300-1000微米，相鄰所述每組微凸體形貌陣列間距300-1000微米，相臨兩列所述微凸體形貌間距小于等于該兩列形貌半徑之和，所述微凸體形貌間距為微凸體形貌中心位置距離；所述每列微凸體形貌的相鄰微凸體間距為50-200微米。所述微凸體形貌的列方向與主切削刃方向垂直或傾斜一定角度。所述微凹槽的方向與切屑方向平行或垂直。本專利技術刀具的用途為，采用濕切削加工方式時，濕切削加工方式為澆注式或噴霧式；澆注或噴霧的方向對準毛細管或微凹槽方向；澆注或噴霧的方向對準微凹槽方向時，切削液或霧化的切削液顆粒快速進入為凹槽中，并存儲在為凹槽中，切屑底部形成毛細管與刀具表面產生泵吸力使凹槽中切削液或切削液顆粒沿著毛細管到達織構陣列，形成穩定、均勻的潤滑劑膜。所述濕切削方式采用噴霧式時，霧化后的冷卻切削液顆粒尺寸≤2微米。采用澆注式時，由于進給量較大，所述微凸體（6）陣列由2-4列單列微凸體形貌緊密排列構成，所述微凸體（6）高度100-200微米，微凸體（6）直徑100-300微米，切屑底部形成毛細管寬度200-800微米，深度100-200微米。實施本專利技術刀具的加工方法，具體步驟為，步驟A，刀具表面進行預處理；對刀具上待織構加工面進行拋光處理，使其表面測粗糙度Ra小于0.3微米；步驟Ｂ，對金屬切削刀具工作面進行激光加工處理，加工出微凸體形貌陣列和微溝槽陣列；所述微凸體列陣的激光加工參數為：波長為532nm或1064nm，電流1-20A，脈沖次數1-5次，重復頻率為1-10000Hz，輔助氣體為氮氣，氮氣壓強為0-1MPa；所述微凹槽的激光加工參數為：波長為532nm或1064nm，電流1-20A，脈沖次數1-7次，重復頻率1-10000Hz，輔助氣體為氮氣，氮氣壓強0-1MPa，掃描速度5-20mm/s，輔助氣體為氮氣，氮氣壓強0.2MPa，掃描速度10mm/s；步驟C，除去熔渣后經超聲清洗。所述刀具在切削工件過程中，形成切屑，切屑先經過微凸體陣列，并發生塑型形變，在切屑底部形成微溝槽狀可控毛細管，與刀具表面所構成的腔體內部為真空狀態，產生泵吸力，將冷卻切削液或切削顆粒沿著上述毛細管吸入刀具與切屑接觸界面，起到冷卻潤滑作用，降低切削力和切削熱，改善工件質量，延長刀具壽命。所述微凹槽具有儲存冷卻液切削液或切削顆粒的作用；切屑底部形成毛細管與刀具表面產生泵吸力使凹槽中切削液或切削液顆粒持續不斷的沿著毛細管到達主切削刃附近或滑動區和粘結區，形成穩定、均勻的潤滑劑膜。所述槽狀毛細管在不同的切削工況下具有不同的最佳尺寸，可通過刀具表面織構陣列形貌排列和尺寸實現控制。獲得刀具表面復合形貌陣列主要可通過激光加工技術、電火花加工技術、光刻技術、微磨削技術中的一種或幾種。所述刀具在切削軟質材料時，切屑底部能完全復印織構陣列尺寸，形成最佳的毛細管，從而實現毛細管尺寸的可控；在切削硬質材料時，切屑經過織構陣列不易發生塑性形變，需改變織構陣列排布和尺寸使得切屑底部形成最佳毛細管。所述織構刀具在切削工件時形成切屑，在切屑底部形成毛細管，改變微凸體形貌陣列的排布以及形貌陣列中的微凸體高度和寬度，使切屑底部主動形成可控導流毛細管，切削液通過刀-屑間的泵吸作用，沿著導流毛細管進入刀-屑接觸面；與傳統濕切削過程相比，冷卻潤滑劑能到達刀-屑粘結區和滑動區或刀刃附近，儲存在刀具表面織構陣列中，形成均勻、穩定的潤滑劑膜，降低切削力和切削熱，延長刀具壽命。本專利技術的有益效果在于：1、通過對刀具工作表面織構處理，形成表面微凸體陣列與微凹槽陣列的復合織構陣列，通過改變微凸體陣列的排布以及形貌陣列中的微凸體高度和寬度來實現毛細管寬度和深度的可控；2、本專利技術適應于各種濕切削方式，切削液能夠最大限度的到達主切削刃附近或滑動區和粘結區，降低切削力和切削熱；3、本專利技術刀具中微凹槽陣列具有儲存冷卻切削液的功能，儲存的切削液通過刀-屑間的泵吸作用，持續不斷的沿著導流毛細管進入刀-屑接觸面，形成穩定、均勻的潤滑劑膜，降低切削力和切削熱；4、本專利技術適用于不同刀具材料：如高速鋼、硬質合金、陶瓷刀具、涂層刀具以及PCBN刀具。附圖說明圖1是刀具表面復合織構陣列示意圖。圖2是經過微凸體時切屑底部的毛細管的示意圖。圖中：1，刀具表面；2，微溝槽；3，切削刃；4，每列相鄰微凸體形貌間距；5，每組形貌陣列間距；6，微凸體；7，刀具；8，毛細管；9，切屑；10，工件。具體實施方式下面給出本專利技術其中兩個最佳的實施例：實施例1本實施例中，刀具選用高速鋼刀具，切削材料為鋁合金，切削方式為澆注式。本實施方式首選二極管泵浦YAG激光器，通過對高速鋼刀具材料工作面本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種形成切屑導流毛細管的刀具，其特征在于，在切屑流向一側的刀具表面（1）設置織構陣列，所述織構陣列由微凸體（6）陣列和微凹槽（2）陣列復合構成，所述微凸體（6）陣列和微凹槽（2）陣列沿切屑流方向依次布置；所述織構形貌陣列由3?10組微凸體（6）形貌陣列等間距分布構成，每組微凸體（6）形貌陣列由1?5列微凸體（6）形貌排列構成，每列微凸體（6）形貌由6?12個微凸體形貌等間距分布構成；所述微凹槽（2）陣列由3?10列微凹槽（2）構成。
【技術特征摘要】
1.一種形成切屑導流毛細管的刀具，其特征在于，在切屑流向一側的刀具表面（1）設置織構陣列，所述織構陣列由微凸體（6）陣列和微凹槽（2）陣列復合構成，所述微凸體（6）陣列和微凹槽（2）陣列沿切屑流方向依次布置；所述織構形貌陣列由3-10組微凸體（6）形貌陣列等間距分布構成，每組微凸體（6）形貌陣列由1-5列微凸體（6）形貌排列構成，每列微凸體（6）形貌由6-12個微凸體形貌等間距分布構成；所述微凹槽（2）陣列由3-10列微凹槽（2）構成。2.根據權利要求1所述的刀具，其特征在于，所述微凸體（6）高度10-200微米，微凸體（6）直徑20-300微米。3.根據權利要求1或2所述的刀具，其特征在于，所述微凹槽（2）寬度30-150微米，深度10-200微米，微凹槽間距50-300微米。4.根據權利要求3所述的刀具，其特征在于，所述微凸體（6）陣列距離刀刃200微米-500微米，所述微凹槽（2）陣列距離微凸體陣列200微米-500微米。5.根據權利要求3所述的刀具，其特征在于，相鄰所述每組微凸體（6）形貌陣列間距（5）300-1000微米，相臨兩列所述微凸體（6）形貌間距小于等于該兩列形貌半徑之和，所述微凸體（6）形貌間距為微凸體形貌中心位置之間距離；所述每列微凸體（6）形貌的相鄰微凸體（6）間距為50-200微米。6.根據權利要求3所述的刀具，其特征在于，所述微凸體（6）形貌的列方向與主切削刃方向垂直。7.根據權利要求3所述的刀具，其特征在于，所述微凹槽（2）的方向與切屑方向平行或垂直。8.根據權利要求1—7中任意一項刀具的用途，其特征在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：符永宏，鄒國文，康正陽，鄭峰，王浩，華希俊，紀敬虎，符昊，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。