一种基于表面微坑磁性吸附的拉刀及其拉削方法技术

本发明专利技术公开了一种基于表面微结构和磁性吸附的拉刀及其拉削方法。拉削过程中产生的细小切削会对拉刀及工件产生严重磨损。本发明专利技术一种基于表面微结构和磁性吸附的拉刀，包括刀柄和刀齿部分。刀齿部分包括粗拉段和精拉段。粗拉段和精拉段的刀齿上均开设有分屑槽。分屑槽将所述刀齿上的后刀面分割为多个分后刀面。各分后刀面均设置有微织构区域。所有微织构区域内的表面微坑的底部均设置有磁性涂层。本发明专利技术利用磁性涂层吸附在拉削过程中所产生的细微磨粒，避免这些细微磨粒在已加工表面和后刀面之间形成损伤。本发明专利技术的后刀面与已加工表面的高压情况下能够更好的形成差异性气体回流作用，进而提高对磨损产生的细小铁屑进行收纳的效率。

A Broach Based on Surface Micropit Magnetic Adsorption and Its Broaching Method

The invention discloses a broach based on surface microstructures and magnetic adsorption and a broaching method thereof. Fine cutting in broaching process will cause serious wear and tear to Broaches and workpieces. The invention provides a broach based on surface microstructures and magnetic adsorption, which comprises a handle and a tooth part. The cutter tooth part includes rough drawing section and fine drawing section. The cutter teeth of both rough and fine drawing segments are provided with chip grooves. The chip dividing groove divides the flank surface of the cutter teeth into several flank dividing surfaces. The micro-texture areas are arranged on each split flank. Magnetic coatings are arranged at the bottom of surface pits in all micro-texture regions. The invention utilizes the fine abrasives generated by the magnetic coating adsorbing in the broaching process to avoid the damage of these fine abrasives between the machined surface and the flank face. The differential gas reflux effect can be better formed between the rear cutter face and the machined surface under high pressure, thereby improving the efficiency of collecting fine iron chips produced by wear.

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面微坑磁性吸附的拉刀及其拉削方法
本专利技术属于拉削设备
，具体涉及一种基于表面微坑磁性吸附的拉刀及其拉削方法。
技术介绍
在非光滑表面利于减少摩擦，提高摩擦副寿命的相关理论提出后，越来越多的人开始了对这样的表面结构的研究。而在加工制造业里，去除材料的加工方式，是当前加工制造的主流。在这一加工过程中，会发生刀具与被加工工件的强烈相互摩擦作用。因此表面微结构的引入对于新型刀具的研究开辟了一块新的天地。而这些去除材料加工制造的方式中拉削作为一个低速重载(一般≥10KN)高效高精度的加工方式，其刀具-工件-切屑摩擦十分巨大，极易产生积屑瘤和切屑在刀齿的黏结粘连、后刀面磨粒二次磨损破坏交工质量的现象。这些问题是一直限制拉削加工向着更高效率精密度高效化方向发展的重要因素。如何探索研究适用于拉削刀具的表面微结构，降低拉削负载，减小拉刀的摩擦磨损，提高拉削过程的可靠性，是拉削加工行业中亟待解决的课题之一。因此，研制一种减小切削负载、耐磨损的新型表面微结构的拉削刀具，对拉削刀具行业的发展有着重要的意义。目前相关的刀具设计领域内存在一些相关的表面微结构的利用设计，如申请专利号为201610754709.X的专利公开了一种形成切屑导流毛细管的刀具及其用途、加工方法。在该车刀的前刀面开设了两种不同的表面结构，一种是较为接近刀刃处所设计的圆形微凸起整列，另一种是位于第一种阵列后的垂直于切屑流动方向的微沟槽结构。该刀具通过长方体毛细管模型设计了微凸体微沟槽结构形成微凸体、微凹槽符合织构阵列，从而达到在润湿切削工况下降低切削力和切削热，延长刀具寿命。申请专利号为201610508122.0的专利公开了一种固体润滑的金属切削刀具及其加工方法。该专利技术在刀具加工表面开设微结构形貌，并在形貌中填充固体润滑剂，并在所述表面形貌位于切屑流向的一侧设有凸坝进行防止切屑在刀刃上的粘附行为。然而上述的研究都是基于车刀刀具的前刀面。从根本上来讲，拉削加工和车削加工、铣削加工、磨削加工是完全不同的加工方式。拉削加工工况低速重载的特性，导致刀具后刀面和工件已加工表面会产生剧烈的摩擦磨损现象；同时由于拉刀刀面上设置有分屑槽，所以拉刀所去除的铁磁性材料在成屑过程中会发生断裂，从而形成细微切屑残留在后刀面的分屑槽中。这些细小的切屑会作为磨粒急剧的加大摩擦副两个表面磨损，一方面加剧刀具寿命的衰减，另一方面当细小的切屑无法及时排除时，更会刮伤已加工表面，出现一道道微小的沟槽和类似于车削加工振颤所形成的鱼鳞形加工表面，而上述对加工表面形成的损伤，最终会影响拉削加工的表面质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前各种拉削刀具加工过程效率低、负载过大、刀具磨损严重的情况，开发设计了一种基于表面功能微结构和磁性复合材料相互作用的智能拉削刀具以及其对应的拉削方法。本专利技术一种基于表面微坑磁性吸附的拉刀，包括刀柄和刀齿部分。所述的刀齿部分包括粗拉段和精拉段。所述粗拉段和精拉段的刀齿上均开设有分屑槽。分屑槽将所述刀齿上的后刀面分割为多个分后刀面。所述各分后刀面均设置有微织构区域。所述粗拉段上的所有微织构区域内均开设有第一微织构组。第一微织构组包括排列成x1行y1列的第一表面微坑。同一行第一表面微坑的排列方向平行于刀齿刃口，同一列第一表面微坑的排列方向垂直于刀齿刃口。所述精拉段上的所有微织构区域内均开设有第二微织构组。第二微织构组包括排列成x2行y2列的第二表面微坑。同一行第二表面微坑的排列方向平行于刀齿刃口，同一列第二表面微坑的排列方向垂直于刀齿刃口。所述第一表面微坑及第二表面微坑的深度均为h1；1≤h1≤1.5mm。所有第一表面微坑、第二表面微坑的底部均设置有磁性涂层。所有磁性涂层的外侧面到对应分后刀面的距离均在0.5mm～0.7mm之间。进一步地，同一个第一微织构组内的同一列第一表面微坑，沿着远离对应刀齿的方向，磁性涂层的厚度逐渐增大。同一个第二微织构组内的同一列第二表面微坑，沿着远离对应刀齿的方向，磁性涂层的厚度逐渐增大。进一步地，所述的粗拉段包括依次排列的粗拉刀齿。所述的精拉段包括依次排列的精拉刀齿。所述刀齿上均开设有三个或四个分屑槽。分屑槽将一个加工刀齿的后刀面分隔为四个或五个分后刀面。所述的粗拉刀齿及精拉刀齿上均开设有三个或四个分屑槽。分屑槽将的粗拉刀齿或精拉刀齿的后刀面分隔为四个或五个分后刀面。所述的刀齿部分还包括修光段。所述的修光段由依次排列的三到四个修光刀齿组成。进一步地，所述的微织构区域，呈长度边平行于刀齿刃口的矩形。所述微织构区域与对应刀齿刃口的间距为g1；g1＝0.02mm。微织构区域到对应分后刀面的两侧边缘的距离均为g2，g2＝0.02mm。相邻两行第一表面微坑的中心距(几何中心的间距)以及相邻两列表面微坑的中心距为d1；d1＝0.5mm；其中，为1+(l1-0.15)/d1的向下取整所得值；l2为微织构区域的长度。其中，为1+(l2-0.15)/d1的向下取整所得值。相邻两行第二表面微坑的中心距(几何中心的间距)以及相邻两列表面微坑的中心距为d2；d2＝0.25mm；其中，为1+(l1-0.15)/d2的向下取整所得值。其中，为1+(l2-0.15)/d2的向下取整所得值。进一步地，所述第一表面微坑的横截面为边长等于ld1的正方形；ld1＝0.2mm。第一表面微坑横截面的其中一条对角线与刃口平行，另一条对角线与刃口垂直。所述第二表面微坑的横截面为边长等于ld2的正方形；ld2＝0.1mm。第二表面微坑横截面的其中一条对角线与刃口平行，另一条对角线与刃口垂直。进一步地，所述表面微坑内添加磁性涂层的方法为通过激光-感应式复合熔覆。进一步地，所述磁性涂层的材料为磁性Ba-M型铁氧体。该基于表面微坑磁性吸附的拉刀的拉削方法具体如下：步骤一、用刀齿部分对工件进行拉削。拉削过程中，切屑断裂后在后刀面上产生磨粒。磨粒在刃口处产生后，受切削液流体和刀具运动共同作用，会被导向刀具后刀面，在磁性涂层的吸引下进入表面微坑内。步骤二、检测被填满的第一表面微坑、第二表面微坑个数。若被填满的第一表面微坑、第二表面微坑的个数占第一表面微坑、第二表面微坑微坑总个数的百分比大于a，40％≤a≤95％，则用磁性强于磁性涂层的电磁铁或永磁体靠近刀齿部分的后刀面，将第一表面微坑、第二表面微坑中的细微磨粒吸出。进一步地，检测被填满的第一表面微坑、第二表面微坑个数的方法具体如下：用摄像头拍摄加工后的粗拉段、精拉段，得到多张照片。将拍摄得到的多张照片进行冗余处理合成为完整的拉刀后刀面图像。对所得拉刀后刀面图像进行二值化处理；统计二值化处理所得图像中未被填充的第一表面微坑、第二表面微坑个数。本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术通过在表面微坑中设置磁性涂层的方式，利用磁性涂层吸附在拉削过程中所产生的细微磨粒，避免这些细微磨粒在已加工表面和后刀面之间形成损伤。2、本专利技术通过在拉刀表面开设具有特定功能的表面微结构的方法，在不加剧刀齿应力集中，改善刀齿应力分布的前提下，尽可能的减小工件-刀具接触面积，利用微结构存储液体的作用，将切削液引入摩擦表面，降低在实际拉削过程中后刀面与工件已加工表面的剧烈摩擦。3、本专利技术通过网格状表面凹坑微结构，在拉刀后刀面与已加工表面的高压情况下能够更好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于表面微结构和磁性吸附的拉刀，包括刀柄和刀齿部分；所述的刀齿部分包括粗拉段和精拉段；其特征在于：所述粗拉段和精拉段的刀齿上均开设有分屑槽；分屑槽将所述刀齿上的后刀面分割为多个分后刀面；所述各分后刀面上均设置有微织构区域；所述粗拉段上的所有微织构区域内均开设有第一微织构组；第一微织构组包括排列成x1行y1列的第一表面微坑；同一行第一表面微坑的排列方向平行于刀齿刃口，同一列第一表面微坑的排列方向垂直于刀齿刃口；所述精拉段上的所有微织构区域内均开设有第二微织构组；第二微织构组包括排列成x2行y2列的第二表面微坑；同一行第二表面微坑的排列方向平行于刀齿刃口，同一列第二表面微坑的排列方向垂直于刀齿刃口；所述第一表面微坑及第二表面微坑的深度均为h1；1≤h1≤1.5mm；所有第一表面微坑、第二表面微坑的底部均设置有磁性涂层；所有磁性涂层的外侧面到对应分后刀面的距离均在0.5mm～0.7mm之间。

【技术特征摘要】
1.一种基于表面微结构和磁性吸附的拉刀，包括刀柄和刀齿部分；所述的刀齿部分包括粗拉段和精拉段；其特征在于：所述粗拉段和精拉段的刀齿上均开设有分屑槽；分屑槽将所述刀齿上的后刀面分割为多个分后刀面；所述各分后刀面上均设置有微织构区域；所述粗拉段上的所有微织构区域内均开设有第一微织构组；第一微织构组包括排列成x1行y1列的第一表面微坑；同一行第一表面微坑的排列方向平行于刀齿刃口，同一列第一表面微坑的排列方向垂直于刀齿刃口；所述精拉段上的所有微织构区域内均开设有第二微织构组；第二微织构组包括排列成x2行y2列的第二表面微坑；同一行第二表面微坑的排列方向平行于刀齿刃口，同一列第二表面微坑的排列方向垂直于刀齿刃口；所述第一表面微坑及第二表面微坑的深度均为h1；1≤h1≤1.5mm；所有第一表面微坑、第二表面微坑的底部均设置有磁性涂层；所有磁性涂层的外侧面到对应分后刀面的距离均在0.5mm～0.7mm之间。2.根据权利要求1所述的一种基于表面微结构和磁性吸附的拉刀，其特征在于：同一个第一微织构组内的同一列第一表面微坑，沿着远离对应刀齿的方向，磁性涂层的厚度逐渐增大；同一个第二微织构组内的同一列第二表面微坑，沿着远离对应刀齿的方向，磁性涂层的厚度逐渐增大。3.根据权利要求1所述的一种基于表面微结构和磁性吸附的拉刀，其特征在于：所述的粗拉段包括依次排列的粗拉刀齿；所述的精拉段包括依次排列的精拉刀齿；所述刀齿上均开设有三个或四个分屑槽；分屑槽将一个加工刀齿的后刀面分隔为四个或五个分后刀面；所述的粗拉刀齿及精拉刀齿上均开设有三个或四个分屑槽；分屑槽将的粗拉刀齿或精拉刀齿的后刀面分隔为四个或五个分后刀面；所述的刀齿部分还包括修光段；所述的修光段由依次排列的三到四个修光刀齿组成。4.根据权利要求1所述的一种基于表面微结构和磁性吸附的拉刀，其特征在于：所述的微织构区域，呈长度边平行于刀齿刃口的矩形；所述微织构区域与对应刀齿刃口的间距为g1；g1＝0.02mm；微织构区域到对应分后刀面的两侧边缘的距离均为g2，g2＝0.02mm；相邻两行第一表面微坑的中心距(几何中心的间距)以及相邻两列表面微坑的中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙臻，任旭，张旗，倪敬，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33