刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法，其包括S1根据刀具的加工参数确定阵列织构在刀具上的位置；S2基于刀具的形状确定刀具在磁场处理时的放置位置；S3根据刀具材料磁性选择脉冲磁场处理的强度与次数；S4根据刀具尺寸和脉冲磁场强度，计算脉冲磁场频率；S5对磁场处理完成后的刀具进行织构处表面磁感应强度测量，将其与刀具材料理论饱和磁感应强度的偏差控制在一定值。本发明专利技术解决了刀具切削过程中界面润滑条件恶劣以及散热差等问题，与现有技术相比，本发明专利技术方法更加清洁，迅速，同时对机床设备以及加工环境无任何要求，更加适用于现代工业生产。更加适用于现代工业生产。更加适用于现代工业生产。

【技术实现步骤摘要】
刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法


[0001]本专利技术属于机械加工的
，具体涉及一种刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法。

技术介绍

[0002]硬质合金刀具，氮化硼超硬刀具广泛用于切削中，但由于刀具
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切屑，刀具
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工件之间恶劣的摩擦条件以及散热条件等极易造成刀具在加工过程中的迅速磨损与失效，加工零件出现表面质量差，精度和形位公差不够等问题，造成严重的产能浪费。
[0003]目前针对刀具加工过程中的服役性能提升的方法从两方面出发：
[0004]一、提升刀具的材料强度，如深冷处理，热处理，表面喷丸处理等。
[0005]二、改善刀具切削区的散热条件，如MQL微量润滑技术，液氮冷却技术等。
[0006]就提升刀具材料强度的深冷技术与热处理而言，存在着影响刀具形状精度与处理周期长等问题。而改善刀具切削区散热条件的液氮冷却技术等则存在加工中经济性差，对机床与加工条件要求高等问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法，以解决现有刀具切削过程中界面润滑条件恶劣以及散热差的问题。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0009]一种刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法，其包括以下步骤：
[0010]S1、根据刀具的加工参数确定阵列织构在刀具上的位置；
[0011]S2、基于刀具的形状确定刀具在磁场处理时的放置位置；
[0012]S3、根据刀具材料磁性选择脉冲磁场处理的强度与次数；
[0013]S4、根据刀具尺寸和脉冲磁场强度，计算脉冲磁场频率；
[0014]S5、对磁场处理完成后的刀具进行织构处表面磁感应强度测量，判断测量的磁感应强度与刀具材料理论饱和磁感应强度之间的偏差是否在阈值范围内，若在阈值范围内则结束磁场处理；若不再阈值范围内则返回步骤S2，直至满足阈值范围为至。
[0015]进一步地，步骤S1具体包括：
[0016]对刀具进行无水乙醇超声清洗后，在离主切削刃、副切削刃以及刀尖距离在150
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200um的位置，进行阵列凹槽阵列织构。
[0017]进一步地，阵列织构间距为150
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200um，织构的宽度为80～100um，织构的宽深比在0.4～0.5；
[0018]织构的形式包括圆形阵列织构和直槽阵列织构，其中直槽阵列织构的起始段与末端为圆弧形。
[0019]进一步地，步骤S2具体包括：
[0020]对刀具进行脉冲磁场充磁，确保刀具在充磁过程中织构刀具几何中心的轴线与脉冲磁场设备几何中心的轴线重合。
[0021]进一步地，单头切削的刀具，确保刀具刃口的中心点与刀具几何形状中点的连线在磁处理设备中部区域的中线上；
[0022]双头切削的刀具，确保刀具刃口的中点连线的交点与刀具几何形状中心点连线的处于磁场处理设备中部区域的中线上。
[0023]进一步地，步骤S3具体包括：
[0024]硬质合金类刀具，脉冲磁场的强度为1.5T～2.5T，脉冲磁场处理次数为15～30次；
[0025]金刚石、立方氮化硼超硬刀具，以金属结合剂Co粘结的刀具，脉冲磁场的强度为1.0T～2.5T，脉冲磁场处理次数为20～40次；
[0026]以金属陶瓷结合剂粘结的刀具，脉冲磁场强度为0.5T～1.5T，脉冲磁场的处理次数为25～45次；
[0027]涂层类刀具，脉冲磁场强度为1.0T～2.5T，脉冲磁场处理次数为25～40次。
[0028]进一步地，步骤S4具体包括：
[0029]采用趋肤效应计算脉冲磁场的频率：
[0030][0031]δ＝0.6x
[0032]其中，δ为穿透深度，σ为电导率，u为磁导率，f为脉冲磁场频率，x为刀具三维尺寸中的最长尺寸。
[0033]本专利技术提供的刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法，具有以下有益效果：
[0034]本专利技术将刀具表面微结构与脉冲磁场相结合以提升刀具服役性能，且本专利技术绿色迅速便捷，在工业加工中，能大幅减少刀具改性技术所带来的额外经济消耗，且能大幅提高作为刀具市场主流的低端刀具的性能上限。
[0035]本专利技术对刀具表面进行织构后再进行磁场处理，在织构物理结构提升刀具润滑条件的基础上，利用磁场处理后刀具表面的剩磁减小切削过程中的液体浸润角，更小角度的液体浸润角具有更大的流体扩散区域，从而进一步提升刀具在切削过程中的润滑与换热优势。
[0036]本专利技术利用脉冲磁场对刀具进行处理，使刀具整体均匀被强化，避免了由于局部强化所引起的材料性能不均而造成的加工过程中冲击及疲劳对刀具的损害。
附图说明
[0037]图1为刀具表面织构示例图。
[0038]图2为刀具在脉冲磁场处理放置位置示意图。
[0039]图3为表面剩磁对不同浓度切削液浸润角影响的试验测量结果。
[0040]其中，1、脉冲磁场处理腔体；2、磁感应线圈；3、刀具。
具体实施方式
[0041]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0042]实施例1
[0043]参考图1和图2，本实施例的一种刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法，本专利技术利用磁场处理与表面微织构结合的方法改善刀具3切削工作时界面润滑，从而达到提高刀具3服役性能，减少刀具3磨损，延长刀具3使用寿命的目的，相较于现有的刀具3强化技术更加迅速便捷环保，其具体包括以下步骤：
[0044]步骤S1、根据刀具3的加工参数确定阵列织构在刀具3上的位置，本步骤根据刀具3切削参数确定阵列织构在刀具3上的具体位置，更有利于防止由于整列织构位置不合理等造成加工中的应力集中，其具体包括：
[0045]刀具3切削参数如切削深度，进给速度等；
[0046]在具体位置确定时，对刀具3进行无水乙醇超声清洗以后，在离主切削刃，副切削刃以及刀尖距离在150
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200um的位置，进行阵列凹槽阵列织构。
[0047]具体的，切深小的精加工刀具3在离主切削刃，副切削刃以及刀尖距离在150um处进行阵列织构，随着刀具3加工零件精度的减小，整列织构的距离在150um
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200um范围内增加，同时，阵列织构间距为150
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200um，织构的宽度为80～100um，织构的宽深比在0.4～0.5。
[0048]织构的形式主要为圆形阵列织构以及直槽阵列织构两种形式，其中直槽阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据刀具的加工参数确定阵列织构在刀具上的位置；S2、基于刀具的形状确定刀具在磁场处理时的放置位置；S3、根据刀具材料磁性选择脉冲磁场处理的强度与次数；S4、根据刀具尺寸和脉冲磁场强度，计算脉冲磁场频率；S5、对磁场处理完成后的刀具进行织构处表面磁感应强度测量，判断测量的磁感应强度与刀具材料理论饱和磁感应强度之间的偏差是否在阈值范围内，若在阈值范围内则结束磁场处理；若不再阈值范围内则返回步骤S2，直至满足阈值范围为至。2.根据权利要求1所述的刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：对刀具进行无水乙醇超声清洗后，在离主切削刃、副切削刃以及刀尖距离在150
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200um的位置，进行阵列凹槽阵列织构。3.根据权利要求2所述的刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法，其特征在于：阵列织构间距为150
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200um，织构的宽度为80～100um，织构的宽深比在0.4～0.5；织构的形式包括圆形阵列织构和直槽阵列织构，其中直槽阵列织构的起始段与末端为圆弧形。4.根据权利要求3所述的刀具表面微结构与脉冲磁场组合提升刀服役性能的方法，其特征在于，所述步骤S2具...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴明霞，李秋琴，李强，杨屹，刘剑，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：