磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法，其采用设置有微织构的织构刀具切削加工，其中，所述织构刀具的刀工接触区设置有所述的微织构；采用磁性纳米流体作为切削液；采用通电线圈，对所述通电线圈通电使其产生磁场力而引导所述磁性纳米流体朝向所述刀工接触区及所述微织构处流动，从而能够抑制微织构刀具在切削时的衍生切削现象，延长微织构刀具的使用寿命，以进一步提升微织构刀具的切削性能；同时，磁性纳米颗粒在微织构的表面形成一层能够持久存在的润滑膜，该润滑膜不仅能够防止切屑划伤刀具表面，增加刀具使用寿命，还能够减少切削力，减少刀工之间的摩擦力，减少切削温度，从而改善加工工件的表面质量。

The method of improving machining accuracy by using magnetic nanofluid and texturing tool

【技术实现步骤摘要】
磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法
本专利技术涉及微织构刀具切削领域，属于先进切削加工领域，尤其涉及一种磁场下磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法。
技术介绍
表面微织构刀具是通过光刻加工、电火花加工、激光加工等技术在刀具的前刀面或后刀面上制备出一定形状、尺寸、规则的织构形貌。织构表面具有良好的润滑性能，织构刀具能够通过显著降低切削力和切削温度以及刀具表面的摩擦和材料转移来有效地提高相关合金的切削性能。此外，织构刀具还能够影响切屑的形态，从而改善加工工件的表面质量。然而，在用微织构车刀干车削时，表面微织构远离主切削刃的边缘会参与到切削的过程中，衍生切屑会从边缘流入微织构，从而切屑的底边会产生额外的切削，即衍生切削。衍生切削会增大刀-屑接触面之间的摩擦力、切削力、硬度及切屑的变形，导致切削性能大幅下降。特别是对于一些难加工材料，这些材料的塑性大、韧性高，在切削过程中会产生大量的切削热；并且高温时的硬度和强度都很大，从而切削力比较大，容易造成刀尖部分的严重磨损。磁性纳米流体具有修复作用，磁性纳米流体由磁性纳米颗粒、去离子水、切削液和油酸组成，其中油酸的作用是防止磁性纳米颗粒的团聚。织构刀具上的微织构会促进磁性纳米流体渗入刀-屑接触区，从而能够修复工件表面质量；磁性纳米流体具有抛光作用，即在加工过程中将切屑带离工件表面；磁性纳米流体的修复作用和抛光作用会改善工件加工表面质量。因此，使用磁性纳米流体渗入到刀-屑接触区以抑制微织构刀具在切削过程的衍生切削现象成为提高切削加工精度的关键问题。然而，目前，磁性纳米流体通过刀具表面微织构进入刀-屑接触区取决于“毛细管作用”，在没有外力的情况下，刀具表面微织构通过毛细管作用输送磁性纳米流体至刀-屑接触区的效果并不显著，刀具磨损及切削加工精度的改善并不明显。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法，采用设置有微织构的织构刀具切削加工，其中，所述织构刀具的刀工接触区设置有所述的微织构；采用磁性纳米流体作为切削液；采用通电线圈，对所述通电线圈通电使其产生磁场力而引导所述磁性纳米流体朝向所述微织构处流动。优选地，所述通电线圈的中心始终对准所述刀工接触区，且所述通电线圈的中心距离所述织构刀具的刀尖40～50mm。优选地，所述通电线圈中还穿设有铁芯，所述铁芯与所述通电线圈同轴心线地设置。进一步地，所述通电线圈通电电流大小为1～6A。进一步地，所述通电线圈通电时其表面中部位置的磁场强度大于210Gs。优选地，所述微织构设置在所述织构刀具的前刀面上，且所述微织构距离所述织构刀具的刀尖0.05mm～0.5mm。优选地，所述微织构的长度延伸方向与所述织构刀具的主切削刃相互垂直或者相互平行。优选地，所述通电线圈的磁场大小和/或方向可调整地设置。进一步地，所述刀具安装在刀架上，所述通电线圈安装位置和/或方向可调整地安装在所述刀架上。优选地，所述磁性纳米流体以质量百分数计，包括1.28%～3.77%的磁性纳米颗粒、1～2%的表面活性剂油酸、88～91%的去离子水，以及6～6.5%的水基切削液。优选地，所述磁性纳米流体的磁性纳米颗粒粒径为10～50nm，磁性纳米颗粒的体积分数0.25～0.75%。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术提出的一种磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法，其将刀具表面微织构技术、磁性纳米流体作为切削液与毕奥-萨伐尔定律相结合，通过对通电线圈通电产生磁场而更好地引导磁性纳米流体进入微织构和刀工接触区，可抑制微织构刀具在切削时的衍生切削现象，延长微织构刀具的使用寿命，从而进一步提升微织构刀具的切削性能；同时，磁性纳米颗粒在微织构的表面形成一层能够持久存在的润滑膜，该润滑膜不仅能够防止切屑划伤刀具表面，增加刀具使用寿命，还能够减少切削力，减少刀工之间的摩擦力，减少切削温度，从而改善加工工件的表面质量。附图说明附图1为本专利技术实施例1的车削加工装置的结构示意图；附图2为实施例1中采用的织构刀具上微织构的示意图；附图3为实施例1中线圈夹具的结构示意图；附图4为实施例1中微织构处磁场及磁性纳米颗粒的分布示意图；附图5为实施例1中磁性纳米颗粒的受力分析示意图；附图6为本专利技术实施例2的车削加工装置的结构示意图；附图7为实施例2中采用的织构刀具上微织构的示意图；附图8为实施例2中线圈夹具的结构示意图；附图9为实施例2中微织构处磁场及磁性纳米颗粒的分布示意图；附图10为实施例2中磁性纳米颗粒的受力分析示意图；附图11为实施例2中有外界磁场下采用织构刀具与磁性纳米流体协同切削时刀具磨损照片；附图12为有外界磁场下采用传统刀具与磁性纳米流体协同切削时刀具磨损照片；附图13为无外界磁场下采用织构刀具与磁性纳米流体协同切削时刀具磨损照片；其中：1、织构刀具；11、织构槽；2、车刀刀杆；3、刀架（转塔刀架）；4、通电线圈；5、线圈夹具；51、固定座；52、第一调整座；53、第二调整座；54、第三调整座；5a、第一腰型孔；5b、第一螺杆；5c、第二腰型孔；5d、第二螺杆；5e、安装槽；5f、旋转螺杆；6、切削液喷头；10、待加工棒料。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例来对本专利技术的技术方案作进一步的阐述。实施例1本实施例中刀具采用金属陶瓷刀片DNGA150404NS520，车刀前刀面加工了微织构。具体按照如下步骤准备刀具：（1）将刀片的表面进行打磨、抛光处理，并在酒精中用超声波清洗10min，清洁刀片表面；（2）制备刀具表面微织构。刀片的前刀面刀尖处使用飞秒激光打标机，采用回字形的填充方式加工微织构，激光加工参数为：激光功率30W，扫描速度25mm/s，频率30kHz，脉冲宽度6μs，扫描次数8次，电流1A，加工出和主切削刃相垂直的微织构，参见图2所示，微织构的织构槽11宽度s2、深度均为0.05mm，微织构中织构槽之间的间距s1为0.1mm，微织构距离刀尖L为0.34mm，该微织构面积占整个刀片的0.97%。本实施例中，待加工工件为难加工材料不锈钢316L材质的棒料10。本实施例中，将磁性纳米流体作为切削液，并通过机床上的切削液喷头6喷出而参与切削加工。此处作为切削液的磁性纳米流体按照如下方式配置：磁性纳米流体中各组分的配比如下：磁性纳米颗粒粒径30nm，磁性纳米颗粒的体积分数0.5vol.%，磁性纳米颗粒的质量分数为2.54wt.%，表面活性剂油酸的质量分数为2wt.%，去离子水质量分数为89.1wt.%，水基切削液质量分数为6.36wt.%，将上述各组分用机械搅拌机搅拌15min后再超声分散20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法，其特征在于：采用设置有微织构的织构刀具切削加工，其中，所述织构刀具的刀工接触区设置有所述的微织构；/n采用磁性纳米流体作为切削液；/n采用通电线圈，对所述通电线圈通电使其产生磁场力而引导所述磁性纳米流体朝向所述微织构处流动。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法，其特征在于：采用设置有微织构的织构刀具切削加工，其中，所述织构刀具的刀工接触区设置有所述的微织构；
采用磁性纳米流体作为切削液；
采用通电线圈，对所述通电线圈通电使其产生磁场力而引导所述磁性纳米流体朝向所述微织构处流动。


2.根据权利要求1所述的磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法，其特征在于：所述通电线圈的中心始终对准所述刀工接触区，且所述通电线圈的中心距离所述织构刀具的刀尖40～50mm。


3.根据权利要求1所述的磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法，其特征在于：所述通电线圈中还穿设有铁芯，所述铁芯与所述通电线圈同轴心线地设置。


4.根据权利要求2或3所述的磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法，其特征在于：所述通电线圈通电时其表面中部位置的磁场强度大于210Gs。


5.根据权利要求1所述的磁性纳米流体与织构刀具协同切削提高加工精度的方法，其特征在于：所述微织构设置在所述织构刀具的前刀面上，且所述微织构距离所述织构刀具的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭旭红，黄强，张克栋，张靓，张昱平，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32