一种梯度润湿刀具及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种梯度润湿刀具及其制备方法和应用，属于机械切削刀具技术领域。本发明专利技术的梯度润湿刀具上设置有亲液微织构，亲液微织构包括主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽，向内辐射梯形微沟槽的宽端与主体梯形沟槽的窄端区域连接，主体梯形沟槽的宽端设置在梯度润湿刀具的刀屑接触区域，且主体梯形沟槽的宽端中点与梯度润湿刀具的切削刃之间的距离为1～200μm。使用梯度润湿刀具时，切削液会在向内辐射梯形微沟槽和切削液液滴的表面张力共同作用下迅速自动地汇集至主体梯形沟槽，在主体梯形沟槽和切削液液滴的表面张力共同作用下，切削液被定向输送至刀屑接触区域，从而能够减小刀‑工界面及刀‑屑界面的摩擦力，为刀具减摩降磨提供保障。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度润湿刀具及其制备方法和应用
本专利技术涉及机械切削刀具
，尤其涉及一种梯度润湿刀具及其制备方法和应用。
技术介绍
随着各行各业对材料强度、耐蚀性及硬度的要求越来越高，如今，难加工材料已占到工件材料总量的40％以上。在难加工材料的切削加工过程中，刀-屑界面多处于紧密接触状态，外部的切削液只能依靠毛细渗透等方式进入摩擦副接触界面的边缘区域，无法发挥其润滑效果，导致刀具磨损快、表面质量差、加工精度及加工效率低等问题极易出现，这极大地制约了难加工材料的应用范围。因此，发展针对难加工材料的高性能切削刀具是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种梯度润湿刀具及其制备方法和应用。本专利技术提供的梯度润湿刀具能够实现切削液的定向输送，有利于减小刀-工界面及刀-屑界面的摩擦力，为刀具减摩降磨提供保障。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种梯度润湿刀具，包括刀具基体和设置在所述刀具基体表面的疏液层，所述疏液层的部分表面上设置有亲液微织构，所述亲液微织构包括主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽，其中，所述向内辐射梯形微沟槽的宽端与主体梯形沟槽的窄端区域连接，所述主体梯形沟槽的宽端设置在梯度润湿刀具的刀屑接触区域，所述主体梯形沟槽的宽端中点与梯度润湿刀具的切削刃之间的距离为1～200μm。优选地，所述亲液微织构的面积占疏液层总面积的5～50％。优选地，所述向内辐射梯形微沟槽与主体梯形沟槽形成的夹角≤90°。优选地，所述主体梯形沟槽呈阵列分布，阵列周期为2μm～6mm。优选地，单个所述主体梯形沟槽的楔角为1°～10°，深度为1～100μm，长度为0.1～10mm，沟槽宽度为1μm～3mm；所述主体梯形沟槽与切屑流出方向夹角为5°～175°。优选地，所述向内辐射梯形微沟槽的楔角为1°～10°，深度为1～100μm，长度为0.1～5mm，沟槽宽度为1μm～3mm。本专利技术提供了上述技术方案所述梯度润湿刀具的制备方法，包括以下步骤：在刀具基体的表面制备疏液层，在所述疏液层的部分表面加工包括主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽的亲液微织构，得到梯度润湿刀具。优选地，加工所述亲液微织构的方法包括激光加工法，操作条件包括：激光波长为1060nm，激光功率为5～30W。本专利技术提供了上述技术方案所述梯度润湿刀具或上述技术方案所述制备方法制备得到的梯度润湿刀具在高速切削加工或难加工材料切削加工中的应用。本专利技术提供了一种梯度润湿刀具，包括刀具基体和设置在所述刀具基体表面的疏液层，所述疏液层的部分表面上设置有亲液微织构，所述亲液微织构包括主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽，其中，所述向内辐射梯形微沟槽的宽端与主体梯形沟槽的窄端区域连接，所述主体梯形沟槽的宽端设置在梯度润湿刀具的刀屑接触区域，所述主体梯形沟槽的宽端中点与梯度润湿刀具的切削刃之间的距离为1～200μm。在本专利技术中，所述疏液层处于超疏水状态，主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽形成的亲液微织构处于超亲液状态，其中，向内辐射梯形微沟槽的宽端与主体梯形沟槽的窄端区域连接，使用时切削液会在向内辐射梯形微沟槽和切削液液滴的表面张力共同作用下迅速自动地汇集至主体梯形沟槽，在主体梯形沟槽和切削液液滴的表面张力共同作用下，切削液被定向输送至刀屑接触区域，从而能够减小刀-工界面及刀-屑界面的摩擦力，为刀具减摩降磨提供保障。本专利技术提供的梯度润湿刀具可广泛应用于高速切削加工和难切削材料切削加工，能够提高刀具耐用度、加工质量和精度。进一步地，本专利技术通过调节向内辐射梯形微沟槽和主体梯形沟槽的尺寸参数，有利于促进切削液在切削液滴加区域与切削刃之间的输送，可主动调控并改善切削区域的润滑状态。附图说明图1为本专利技术中梯度润湿刀具表面主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽的宏观形貌示意图；图2为本专利技术中梯度润湿刀具表面主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽的位置关系图；图3为本专利技术中梯度润湿刀具表面改善润滑状态的原理图；图4为本专利技术中梯度润湿刀具的制备流程图；图5为本专利技术中梯度润湿刀具上切削液的动态过程图。具体实施方式本专利技术提供了一种梯度润湿刀具，包括刀具基体和设置在所述刀具基体表面的疏液层，所述疏液层的部分表面上设置有亲液微织构，所述亲液微织构包括主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽，其中，所述向内辐射梯形微沟槽的宽端与主体梯形沟槽的窄端区域连接，所述主体梯形沟槽的宽端设置在梯度润湿刀具的刀屑接触区域，所述主体梯形沟槽的宽端中点与梯度润湿刀具的切削刃之间的距离为1～200μm。本专利技术提供的梯度润湿刀具包括刀具基体。本专利技术对于所述刀具基体的具体形状及材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的刀具作为基体即可；在本专利技术的实施例中，具体是采用硬质合金刀具YT15或硬质合金刀具YG8作为刀具基体。本专利技术提供的梯度润湿刀具包括设置在所述刀具基体表面的疏液层。在本专利技术中，所述疏液层优选由微观结构阵列形成，所述微观结构阵列中微观结构的形状优选包括沟槽状、方坑状、三角形状和椭圆状中的一种或几种，更优选为沟槽状。本专利技术对于所述微观结构的尺寸、阵列间距以及阵列组数没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案即可；在本专利技术的实施例中，具体可以参照专利CN107283062(一种在液相中激光制备疏液表面的方法)设计微观结构阵列。本专利技术提供的梯度润湿刀具包括亲液微织构，所述亲液微织构设置在所述疏液层的部分表面上；在本专利技术中，所述亲液微织构的面积优选占疏液层总面积的5～50％，更优选为10～50％，进一步优选为20～50％。在本专利技术中，所述亲液微织构包括主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽，其中，所述向内辐射梯形微沟槽的宽端与主体梯形沟槽的窄端区域连接，所述主体梯形沟槽的宽端设置在梯度润湿刀具的刀屑接触区域；所述主体梯形沟槽的宽端中点与梯度润湿刀具的切削刃之间的距离为1～200μm，优选为1～100μm，进一步优选为20～50μm。在本专利技术中，所述向内辐射梯形微沟槽具体是设置在切削液喷射区域，通过主体梯形沟槽连接切削液喷射区域和刀屑接触区域，保证切削液被定向输送至刀屑接触区域，从而能够减小刀-工界面及刀-屑界面的摩擦力，为刀具减摩降磨提供保障。在本专利技术中，所述主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽对应的形状均为梯形，具体如图1所示(图1仅体现主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽对应的形状，并不限定尺寸大小)。在本专利技术中，所述向内辐射梯形微沟槽中“向内辐射”的含义具体是指该微沟槽的宽端与主体梯形沟槽的窄端区域连接，在使用梯度润湿刀具时，切削液会在该沟槽和切削液液滴表面张力共同作用下迅速自动地汇集至主体梯形沟槽中。在本专利技术中，所述向内辐射梯形微沟槽与主体梯形沟槽形成的夹角优选≤90°，更优选为20°～60°；在本专利技术中，所述向内辐射梯形微沟槽与主体梯形沟槽形成的夹角具体是指上述两个沟槽中心线的夹角，如图2所示。在本专利技术中，所述主体梯形沟槽优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度润湿刀具，其特征在于，包括刀具基体和设置在所述刀具基体表面的疏液层，所述疏液层的部分表面上设置有亲液微织构，所述亲液微织构包括主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽，其中，所述向内辐射梯形微沟槽的宽端与主体梯形沟槽的窄端区域连接，所述主体梯形沟槽的宽端设置在梯度润湿刀具的刀屑接触区域，所述主体梯形沟槽的宽端中点与梯度润湿刀具的切削刃之间的距离为1～200μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种梯度润湿刀具，其特征在于，包括刀具基体和设置在所述刀具基体表面的疏液层，所述疏液层的部分表面上设置有亲液微织构，所述亲液微织构包括主体梯形沟槽和向内辐射梯形微沟槽，其中，所述向内辐射梯形微沟槽的宽端与主体梯形沟槽的窄端区域连接，所述主体梯形沟槽的宽端设置在梯度润湿刀具的刀屑接触区域，所述主体梯形沟槽的宽端中点与梯度润湿刀具的切削刃之间的距离为1～200μm。


2.根据权利要求1所述的梯度润湿刀具，其特征在于，所述亲液微织构的面积占疏液层总面积的5～50％。


3.根据权利要求1所述的梯度润湿刀具，其特征在于，所述向内辐射梯形微沟槽与主体梯形沟槽形成的夹角≤90°。


4.根据权利要求1～3任一项所述的梯度润湿刀具，其特征在于，所述主体梯形沟槽呈阵列分布，阵列周期为2μm～6mm。


5.根据权利要求4所述的梯度润湿刀具，其特征在于，单个所述主体梯形沟槽的楔角为1°～10°，深度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝秀清，孙鹏程，李汉龙，牛宇生，李亮，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