一種鋒利刃口微刀具的制造方法技術

本發明專利技術涉及一種鋒利刃口微刀具的制造方法，包括：利用聚焦離子束對微刀具毛坯進行粗加工，加工出刀具前刀面；利用車削或拋光方法去除刀具前刀面因離子束加工產生的納米尺度非晶改性層，對刀具前刀面進行優化處理；將前刀面優化處理后的微刀具放進聚焦離子束真空樣品室內，依據刃口形狀和尺寸要求，利用聚焦離子束銑削精修，加工出微刀具的后刀面和側刀面，實現鋒利刃口刀具制造。本發明專利技術提出的方法精度高、可重復性強、適用于多種材料和不同刀具形狀。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種微刀具的制造方法，該方法加工的微刀具可用于超精密加工和微細加工領域中的復雜微納結構和器件的加工制造，也可用于納米級切削的機理研究應用中。
技術介紹
在超精密加工中要獲得零件形狀尺寸的高精度和加工表面的超光滑，除了必須擁有超精密的機床、高分辨率的檢測儀器和超穩定的加工環境條件以外，還須具備進行切削加工的高精度微型刀具。而刀具刃口半徑越小，切削加工中應力越集中，變形越容易，切削力越小，加工表面質量越好。刃口半徑對切削過程有較大影響，同時對切削力、切削溫度和切屑變形系數都有不同程度的影響。因此，減小刃口半徑，可減小刀具對金屬的擠壓力，使金屬的變形程度降低，減緩金屬的冷作硬化，有助于提高切削過程的穩定性，改善加工表面質量和延長刀具使用壽命。國內對刀具刃磨技術的研究起步較晚，還不能穩定達到高精度刀具的技術指標。如在刀具刃磨工藝方面，只能將直線刃金剛石刀具的切削刃鈍圓半徑刃磨到IOOnm左右。本專利技術首先利用聚焦離子束對刀具進行粗加工，然后采用車削或拋光方法去掉聚焦離子束粗加工中的非晶層，最后利用聚焦離子束精修技術降低微刀具刃口半徑，刃口圓弧半徑可小于20nm。與其他傳統方法相比，此方法具有精度高、可重復性強、適用于多種材料和刀具形狀等優點
技術實現思路
:本專利技術的技術解決問題是:克服了傳統加工方法很難實現的納米級刃口半徑和復雜刀具輪廓加工的缺點，提出一種獲得鋒利刃口刀具的新方法。本專利技術采用如下的技術方案:，通過以下步驟實現:(I)利用聚焦離子束對微刀具毛坯進行粗加工，加工出刀具前刀面；(2)利用車削或拋光方法去除刀具前刀面因離子束加工產生的納米尺度非晶改性層，對刀具前刀面進行優化處理；(3)將前刀面優化處理后的微刀具放進聚焦離子束真空樣品室內，依據刃口形狀和尺寸要求，利用聚焦離子束銑削精修，加工出微刀具的后刀面和側刀面，實現鋒利刃口刀具制造。作為優選實施方式，步驟(I)所述的聚焦離子束為5 50KeV、10 30nA的聚焦離子束；步驟(3)中所述的聚焦離子束銑削加工中所采用的聚焦離子束為I IOKeVU 5nA的聚焦離子束。本專利技術首先利用聚焦離子束對刀具進行粗加工，然后采用車削或離子束拋光的方法去掉粗加工中的非晶層，最后利用聚焦離子束精修技術降低微刀具刃口半徑，有效減小了獲得刀具切削刃時微觀崩刃等生成機率，獲得具有納米級的圓弧半徑刃口的鋒利刀具。附圖說明圖1刀具粗加工過程中非晶層形成示意圖，Ca)是俯視圖；(b)是側視圖。圖2 Ca)為刀具車削加工去掉非晶層過程示意圖；(b)為非晶層去除后的刀具形貌。圖3拋光加工前后刀具刃口變化示意圖，Ca)為拋光加工前的刀具刃口 ；(b)為為拋光加工后的刀具刃口。附圖標記說明如下:1-1離子束加工方向1-2 刀具1-3刀具表面非晶層2-1 刀具2-2刀具非晶層被去除2-3被加工材料2-4刀具切削方向3-1 刀具3-2粗加工中形成的非晶層3-3離子束拋光去除非晶層具體實施例方式本專利技術的基于鍍膜技術的降低刃口半徑的新方法，可以用于加工包括車、銑、鉆、磨、刨等各種微型刀具。微型刀具的材質可以是單晶金剛石、聚晶金剛石、立方氮化硼、硬質合金和高速鋼等典型刀具材料。主要包括下列步驟:首先在聚焦離子束真空樣品室內，利用高能量大束流聚焦離子束對微型刀具毛坯進行粗加工，加工出刀具前刀面。聚焦離子束可以是鎵離子、鈹離子、氬離子、氦離子、氖離子和氫離子束等典型應用離子束；第二步，利用金剛石車削或離子束拋光的處理方法，將粗加工后的刀具在有色金屬材料(如鋁或者黃銅)上進行車削加工或者離子束拋光加工。加工完畢后利用超聲清洗方法取掉表面金屬切屑和雜質。然后將優化后的微刀具放進聚焦離子束真空樣品室內，依據刃口形狀和尺寸等要求，將刀具前刀面背對離子束方向進行刀具的側刀面和后刀面聚焦離子束精修加工，實現高精度刃口的微型刀具制備。下面結合實施粒對本專利技術做進一步詳述。參見圖1 3，首先將待加工微刀具毛坯2安裝在聚焦離子束/掃描電鏡(FIB/SEM)雙束系統樣品平臺上。利用高能量5 50KeV大束流10 30nA聚焦離子束對微型刀具毛坯進行粗加工，根據設定位置首先加工出刀具前刀面；接著用金剛石車削的單晶銅材料，去掉金剛石表面由于離子注入引起的非晶層。加工完畢后利用超聲清洗方法取消表面金屬切屑和雜質。將優化處理后的刀具重新裝回聚焦離子束加工平臺上。將刀具毛坯末端的位置調整到離子束的工作距離19.5mm，然后旋轉樣品臺，使得刀具前刀面背對聚焦離子束方向，力口工刀具的側刀面和后刀面，刀具后角和側后角為7 12度。最后用I IOKeVU 5nA聚焦離子束銑削，獲得刃口圓弧半徑為5-20nm微型刀具制備。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋒利刃口微刀具的制造方法，通過以下步驟實現：（1）利用聚焦離子束對微刀具毛坯進行粗加工，加工出刀具前刀面；（2）利用車削或拋光方法去除刀具前刀面因離子束加工產生的納米尺度非晶改性層，對刀具前刀面進行優化處理；（3）將前刀面優化處理后的微刀具放進聚焦離子束真空樣品室內，依據刃口形狀和尺寸要求，利用聚焦離子束銑削精修，加工出微刀具的后刀面和側刀面，實現鋒利刃口刀具制造。

【技術特征摘要】
1.一種鋒利刃口微刀具的制造方法，通過以下步驟實現: (1)利用聚焦離子束對微刀具毛坯進行粗加工，加工出刀具前刀面； (2)利用車削或拋光方法去除刀具前刀面因離子束加工產生的納米尺度非晶改性層，對刀具前刀面進行優化處理； (3)將前刀面優化處理后的微刀具放進聚焦離子束真空樣品室內，依據刃口形狀和尺寸要求，利用聚焦離子束銑削精修，加工...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐宗偉，兀偉，房豐洲，李萬里，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：