一种混合型表面织构刀具制造技术

本发明专利技术公开了一种混合型表面织构刀具，包括前刀面，前刀面上的切削刃，在前刀面表面划分为织构区以及未织构区；所述的织构区靠近切削刃；所述的织构区设置有圆形凹坑、方形凹坑、微沟槽或者圆形凹坑、方形凹坑、微沟槽任意两种形态的组合；本发明专利技术通过刀具的在前刀面上，即与切屑发生挤压及摩擦的表面加工圆形凹坑、方形凹坑、微沟槽的混合织构，该混合型织构将有利于提高沿垂直于切屑运动方向的润滑膜速度，对于传统刀具边界润滑状态下润滑膜分布不均的状态起到了改善作用，降低了界面摩擦力，为刀具减磨提供了保障。

A hybrid surface texture tool

The invention discloses a mixed surface texturing tool, including the rake face, cutting edge on the rake face, the rake face is divided into surface texture and texture region; the texture region near the cutting edge; texture area is arranged in the circular pit, square pits, micro groove or circular pits, square pits, micro combination of two forms of arbitrary groove; the tool on the rake face, texture is mixed surface processing, extrusion and friction of the circular pit and chip square pits, micro channel, the hybrid texture will help to improve the speed in the direction perpendicular to the lubricating film the direction of movement of the chip, the lubrication state of traditional tool under the boundary lubrication of the uneven distribution of state to improve the role, reducing friction, grinding tool provides a guarantee for the reduction.

【技术实现步骤摘要】
一种混合型表面织构刀具
本专利技术属于机械切削刀具
，具体是指一种混合型表面织构刀具。
技术介绍
摩擦是关系到机械设备可靠性、耐久性的主要因素，有效减小摩擦可使机械设备处于良好的润滑状态。所以，减摩已成为保护环境、提高效率的迫切要求。传统的切削加工为了减轻刀具的磨损、降低切削温度，普遍采用大量浇注式供给切削液，切削液的润滑和冷却效果很多情况下不能满足加工要求还增加了制造成本，对人体和环境造成很大危害。而目前的切削加工领域，限制难加工材料切削速度的原因主要是切削区的剧烈摩擦和高切削温度导致的刀具磨损加剧。表面织构具有优异的降低摩擦、减小磨损和提高表面性能等特性，是一种改善表面接触状态和润滑状态的有效手段。因此在刀具表面设计合适的几何形状可以延长其使用寿命，对节约能源、保护环境具有重要的意义。刀具表面微织构的置入减小了刀—屑接触长度，刀具表面的润滑状态得到改善，减小了刀—屑界面的摩擦，降低切削力和切削温度。目前的研究表明，混合型表面织构在一定的混合方式和实验条件下，减摩效果优于单一表面织构。对单一织构类型而言，由于刀—屑界面通常处于边界润滑状态，刀具与切屑之间的润滑膜可能处于断续接触状态。因此需要研究一种混合型表面织构新技术，以改善刀—屑界面的边界润滑状态，提高刀具耐用度。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种混合型表面织构刀具，该刀具表面的混合织构同时具有微沟槽、圆形凹坑及方形凹坑三种形态中两种或三种的组合；通过在与切屑发生挤压及摩擦的表面加工混合织构以改善刀—屑界面的边界润滑状态，降低了界面摩擦力，提高刀具耐用度。本专利技术是这样实现的，本专利技术公开的一种混合型表面织构刀具，包括前刀面，前刀面上的切削刃，在所述的前刀面表面划分为织构区以及未织构区；所述的织构区靠近切削刃；在前刀面上，即与切屑发生挤压及摩擦的表面加工混合织构，所述的混合织构为圆形凹坑、方形凹坑、微沟槽的任意两种或者三种形态的组合；即在所述的织构区设置有圆形凹坑、方形凹坑、微沟槽或者圆形凹坑、方形凹坑、微沟槽任意两种形态的组合。进一步，所述的圆形凹坑的具体形貌几何参数为：直径∈[20,500]μm，深度∈[2,50]μm。进一步，所述的方形凹坑具体形貌几何参数为：边长∈[20,500]μm，深度∈[2,50]μm。进一步，所述的微沟槽的设置方向与切削刃平行；所述的微沟槽的具体形貌几何参数为：宽度∈[20,500]μm，深度∈[2,50]μm。进一步，所述的圆形凹坑与/或方形凹坑沿与切削刃平行或垂直方向呈行与列排布；所述的圆形凹坑、方形凹坑以及微沟槽之间的距离为20~400μm；即无论是任意两种形态的组合还是三种形态的组合，几种形态间的间距都为20~400μm。进一步，所述的织构区表面，在与切削刃由近至远方向依次分为重度磨损区、中度磨损区、轻度磨损区；混合织构只存在于靠近切削刃的前刀面织构区（3）上，织构区占整个前刀面的30%~70%，织构区距离切削刃的垂直距离为5~500μm。根据距离切削刃越远的区域磨损量越小。进一步，所述的重度磨损区的织构面积占有率为45%~60%，总面积为织构区的30%~35%；所述的中度磨损区的织构面积占有率为30%~45%，总面积为织构区的30%~35%；所述的轻度磨损区的织构面积占有率为15%~30%，总面积为织构区的30%~35%；其中面积占有率是指织构的总面积与织构区总面积的比值。本专利技术与现有技术的有益效果在于：本专利技术通过刀具的在前刀面上，即与切屑发生挤压及摩擦的表面加工圆形凹坑、方形凹坑、微沟槽的混合织构，该混合型织构将有利于提高沿垂直于切屑运动方向的润滑膜速度，对于传统刀具边界润滑状态下润滑膜分布不均的状态起到了改善作用，降低了界面摩擦力，为刀具减磨提供了保障。混合型织构设计及加工形貌达到微米级，可广泛应用于高速切削加工和难切削材料的切削加工，以提高刀具耐用度和加工精度。附图说明图1为本专利技术一种混合型表面织构刀具的前刀面的织构分区图；图2为本专利技术一种混合型表面织构刀具的实施例1中PCD刀具前刀面实例的织构排布示意图；图3为本专利技术一种混合型表面织构刀具的实施例2中YG8刀具前刀面实例的织构排布示意图。图中：1-前刀面，2-切削刃，3-织构区，4-未织构区，5-重度磨损区，6-中度磨损区，7-轻度磨损区，8-圆形凹坑，9-方形凹坑，10-微沟槽，11-主偏角，12-刀尖，13-被切削工件。具体实施方式本专利技术提供一种混合型表面织构刀具，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本专利技术进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术中织构加工方法可以是激光加工、电解加工、光刻加工、磨削加工，以及电火花加工等。本专利技术织构的参数的选取可以根据实际加工中的需求和设备的要求再进行精度确定。实施例1下面以PCD材质车刀，激光加工方法，选用YLP脉冲光纤激光器为例，结合图1和图2对本专利技术的具体实施进行说明。图1所示为加工时织构刀具与被切削工件13的相对运动关系图。主偏角11为切削刃2与进给运动方向之间的夹角。加工时，刀尖12以及切削刃2与被切削工件13接触。PCD车刀的具体参数：粒度10μm，前角0°，后角11°，刃倾角0°，刀尖圆弧半径0.5mm，硬度（HV）为800，尺寸为15×15mm。本专利技术实施例提供PCD车刀混合型表面织构设计及加工方法，包括如下步骤：步骤一，车刀的前刀面1进行激光加工之前需要经过前处理工艺，前处理使用金相砂纸打磨，使刀具表面达到激光加工的要求，表面粗糙度Ra≤0.4μm，然后在丙酮溶液中超声清洗5~15min。步骤二，车刀前刀面1混合型织构分区优化设计，如图1所示的刀具前刀面织构分区图。在刀具前刀面织构区3制作混合型表面织构，如图2刀具前刀面的织构排布示意图所示，织构区占整个前刀面的30~60%，织构区距离切削刃的垂直距离为5-500μm。根据区域与切削刃2的距离远近，与切削刃2相交的区域磨损最为严重，为重度磨损区5。其织构分布沿垂直于切削刃2方向的长度为2~3mm，织构总面积为织构区的30%~35%，混合型织构的具体参数为：圆形凹坑8直径为20~500μm，圆形凹坑8深度为2~50μm，方形凹坑9边长为20~500μm，方形凹坑9深度为2~50μm，微沟槽10宽度为20~500μm，微沟槽10深度为2~50μm，凹坑间距为20~400μm，面积占有率为45%~60%。混合织构的具体排布方式为：在与切削刃平行和垂直的方向，圆形凹坑8与方形凹9坑皆相邻交替排布；在与切削刃平行方向，每三列凹坑交替一列微沟槽10排布，交替三次。其中微沟槽10长度方向与切削刃2平行。与重度磨损区相邻的为中度磨损区6。其织构分布沿垂直于切削刃2方向的长度为2~3mm，织构总面积为织构区的30%~35%，混合型织构的具体参数为：圆形凹坑8直径为20~500μm，圆形凹坑8深度为2~50μm，方形凹坑9边长为20~500μm，方形凹坑9深度为2~50μm，微沟槽10宽度为20~500μm，微沟槽10深度为2~50μm，凹坑间距为20~400μm，面积占有率为30%~45%。混合织构的具体排布方式为：在与切削刃2平行和垂直的方向，圆形凹坑8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合型表面织构刀具，包括前刀面（1），前刀面（1）上的切削刃（2），其特征在于，在所述的前刀面（1）表面划分为织构区（3）以及未织构区（4）；所述的织构区（3）靠近切削刃（2）；所述的织构区（3）设置有圆形凹坑（8）方形凹坑（9）、微沟槽（10）或者圆形凹坑（8）、方形凹坑（9）、微沟槽（10）任意两种形态的组合。

【技术特征摘要】
1.一种混合型表面织构刀具，包括前刀面（1），前刀面（1）上的切削刃（2），其特征在于，在所述的前刀面（1）表面划分为织构区（3）以及未织构区（4）；所述的织构区（3）靠近切削刃（2）；所述的织构区（3）设置有圆形凹坑（8）方形凹坑（9）、微沟槽（10）或者圆形凹坑（8）、方形凹坑（9）、微沟槽（10）任意两种形态的组合。2.根据权利要求1所述的一种混合型表面织构刀具，其特征在于，所述的圆形凹坑（8）的具体形貌几何参数为：直径∈[20,500]μm，深度∈[2,50]μm。3.根据权利要求1所述的一种混合型表面织构刀具，其特征在于，所述的方形凹坑（9）具体形貌几何参数为：边长∈[20,500]μm，深度∈[2,50]μm。4.根据权利要求1所述的一种混合型表面织构刀具，其特征在于，所述的微沟槽（10）的设置方向与切削刃（2）平行；所述的微沟槽（10）的具体形貌几何参数为：宽度∈[20,500]μm，深度∈...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝秀清，李亮，陈馨雯，崔炜，肖思浓，何宁，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32