本發(fā)明專利技術公開了一種刀具表面抗粘減摩微鑲嵌復合織構的制備方法，屬于機械切削刀具制造技術領域。先用激光進行刀具工作表面毛化及微腔/槽復合織構加工，然后將固體潤滑劑壓填嵌入到刀具表面的相關微腔/槽織構中。本發(fā)明專利技術克服了以往刀具織構方法的單一性，提高刀具前刀面的抗粘結性能，阻止積屑瘤的產生，又發(fā)揮毛化及微腔/槽織構對切削液存儲輸送和刀具的冷卻潤滑作用,達到提高刀具耐用度和切削效率,保證工件表面加工質量的目的。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及機械切削刀具制造
，特指一種刀具表面抗粘減摩微鑲嵌復合織構及其制備方法，用于解決高速切削、干切削以及難加工材料加工過程中刀具耐用度和切削效率較低的問題。
技術介紹
金屬切削加工過程中，刀具與工件、切屑之間的劇烈摩擦及其與切削熱的共同作用將引起刀具磨損并降低加工質量。特別是對于難加工材料，如鈦合金、高溫合金、超高強度鋼等，以及在干切削條件下，刀具的快速磨損已成為制約切削效率進一步提高的關鍵難題。研究表明，刀具表面織構對于刀-屑接觸面摩擦、潤滑及磨損和加工表面質量有著十分重要的影響。申請?zhí)枮镃N200810189022的中國授權專利技術專利公開了一種用于水潤滑的織構化類金剛石復合薄膜的制備方法。該方法采用激光表面微造型技術，能夠在工件表面獲得微織構形貌造型，然后通過磁控濺射沉積技術在工件表面獲得類金剛石薄膜。薄膜大大提高了常規(guī)類金剛石薄膜在水潤滑條件下的穩(wěn)定性和減摩抗磨性能，摩擦系數(shù)降低高達40%，耐磨性提高I 3倍。適用用水環(huán)境下的機械密封環(huán)、推力軸承以及其他機械傳動摩擦副的表面防護與強化。該專利未涉及刀具表面的復合織構處理。申請?zhí)枮镃N201010299372的中國申請專利技術專利公開了一種具有優(yōu)異納米摩擦學表現(xiàn)的規(guī)則微、納織構金表面的加工方法，該方法包括利用等離子體刻蝕復制模塑法和表面化學修飾法相結合，實現(xiàn)在金表面上構筑多種類型的規(guī)則微、納織構。該專利未涉及金屬切削刀具材料表面的復合織構處理。申請?zhí)枮镃N200910117691的中國申請專利技術專利公開了一種多尺度仿生織構表面的加工方法。該方法結合表面復型法和電沉積方法，在金屬表面上微加工出具有生物表面高精度仿生織構電鍍層。但考慮到電鍍層的硬度及其與基體的結合強度原因，該方法形成的織構表面不能適應金屬切削加工的要求。申請?zhí)枮镃N201010124734的中國申請專利技術專利公開了一種微納復合織構化刀具的飛秒激光制備方法。該專利技術利用飛秒激光在刀具表面進行微納織構以及微/納復合織構制備。該方法克服了微米尺度織構化的單一性，但未涉及刀具表面毛化與微鑲嵌復合織構處理。申請?zhí)枮镃N201110089826的中國申請專利技術專利公開了一種微織構自潤滑鉆頭及其制備方法。該方法在鉆頭前刀面刀-屑接觸區(qū)利用激光加工出多個填充固體潤滑劑的微織構，并將固體潤滑劑粉末采用硬脂酸調成稠糊狀填入刀具表面微織構，以提高鉆頭的使用壽命。該方法未涉及到刀具表面抗粘毛化處理及固體潤滑劑的微鑲嵌固化處理。申請?zhí)枮镃N201110369863中國申請專利技術專利公開了薄膜涂層微納米織構制備方法及其裝置。該方法未涉及刀具表面毛化與微鑲嵌自潤滑復合織構處理。申請?zhí)枮镃N201210118555的中國申請專利技術專利公開了一種激光光刻輔助電化學沉積制備微織構方法及其裝置。但考慮到電鍍層的硬度及其與基體的結合強度較低的原因，該方法形成的表面毛化凸體難以適應金屬切削加工的要求。申請?zhí)枮镃N201110148422.x中國授權專利技術專利公開了一種金屬塑性成形模具織構化自潤滑處理方法。該方法未涉及刀具表面毛化與微鑲嵌復合織構處理。申請?zhí)枮镃N201110353909的中國申請專利技術專利公開了一種WS2軟涂層納織構自潤滑刀具及其制備方法。該刀具基體材料為高速鋼或硬質合金，刀具前刀面刀-屑接觸區(qū)帶有飛秒激光加工出的納織構，在納織構刀具表面采用中頻磁控濺射沉積+多弧離子鍍法沉積WS2軟涂層。該刀具不僅具有軟涂層自潤滑效應，還具有納織構自潤滑效應。但軟涂層自潤滑刀具的軟涂層磨損后難以補充，該方法也未涉及刀具表面抗粘毛化與微鑲嵌復合織構處理。申請?zhí)枮镃N201010132539的中國申請專利技術專利公開了一種柔性電極電火花零件表面造型和表面毛化方法。對零件表面通過電火花放電進行造型處理。由于在電火花放電加工過程中，電極容易發(fā)生損耗變形，所以加工形貌難以得到有效控制。為了提高切削過程中刀具表面的抗粘結性能、減小摩擦、降低刀具磨損、提高刀具的使用壽命，申請人通過毛化技術與微鑲嵌復合織構技術的有效結合，形成一種新的刀具表面抗粘減摩微鑲嵌復合織構方法，以達到提高刀具耐用度和切削效率，保證工件表面加工質量的目的。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供，目的在于減小摩擦、降低切削力和切削溫度、減輕刀具磨損，提高切削加工過程中刀具耐用度和切削效率。本專利技術的技術解決方案如下:具體通過對刀具工作表面的復合織構處理，達到既提高刀具前刀面的抗粘結性能。通過對刀具前刀面刀尖區(qū)域的毛化處理阻止積屑瘤的產生；鑲嵌在刀具工作表面微腔/槽中的固體潤滑劑在切削熱和擠壓力的共同作用下拖敷于刀具工作面形成連續(xù)的固態(tài)潤滑膜，又減小刀具一工件及刀具一切屑之間的摩擦；同時又發(fā)揮毛化及微腔/槽織構對切削液存儲輸送和刀具的冷卻潤滑作用，達到提高刀具耐用度和切削效率，保證工件表面 加工質量的目的。方案首先進行刀具工作表面微織構，如毛化凸體、微腔、與切屑運動方向平行、垂直或網(wǎng)紋結構微槽的激光加工:即采用二級管泵浦N d: Y A G激光器，激光經(jīng)腔外倍頻實現(xiàn)波長范圍:355 nm、532nm、1064 nm，聚焦透鏡焦距為30 90_，重復頻率L 5 9.0Khz，電流強度13 21A，掃描速度5 15mm/s，微腔直徑20 120 μ m，微槽寬度20 120 μ m,織構深度3 70 μ m,毛化凸體高度I 10 μ m,毛化凸體直徑20 100 μ m。表面微凸體、微腔采用平面陣列式或錯開式排列，表面微槽采用與切屑運動方向平行、垂直或斜網(wǎng)紋結構。織構的面積占有率為10% 40%，輔助氣體采用N2(99.9% )、壓強0.05 0.3Mpa。然后進行自潤滑復合材料嵌填粘結:先將固體自潤滑劑復合材料各組分均勻混料；然后將混合均勻的固體自潤滑劑復合材料粉料在130 150oC下I 1.5h烘干；刀具表面采用超聲洗凈預處理；采用法向壓力注入微腔、槽中，壓填固化固體自潤滑劑復合材料；刀具表面進行拋光清理后處理。本專利技術自潤滑復合材料組成及其配方(按質量百分比): 粒徑彡I μ m的MoS2:0 40% ; 粒徑彡2 μ m的WS2:0 45% ; 粒徑< 2 μ m的氟化石墨:0 25% ； 粒徑< 3 u m的石墨粉:0 20 ；粒徑彡3 μ m的PbO:0 12% ; 粒徑彡2 μ m的三氧化二銻:0 10% ; 粒徑彡2 μ m的CaF2或BaF2:0 12% ; 粒徑彡2 μ m的六方氮化硼:0 13% ; 粒徑20 500nm納米潤滑劑:0 15% ; 粘結劑:5 15% ; 添加劑:0 6%。本專利技術適用于不同刀具基體材料如:高速鋼、硬質合金、陶瓷刀具及軟/硬涂層刀具的激光復合織構處理，以提高刀具耐用度、切削效率和工件加工表面質量。本專利技術亦同時適用于金屬塑性成形模具表面的抗粘減摩和毛化增摩處理，以優(yōu)化模具表面摩擦分布和材料流動，提高模具壽命和成形件質量。本專利技術的有益效果在于:1)通過對刀具前刀面的毛化處理，以提高刀具前刀面的抗粘結性能，阻止積屑瘤的產生，又利用刀具工作表面微腔/槽中嵌入固體潤滑劑的拖抹效應，以減小刀具一工件及刀具一切屑之間的摩擦，同時又發(fā)揮毛化及微腔/槽織構對切削液存儲輸送和刀具的冷卻潤滑作用，達到提高刀具耐用度和本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種刀具表面抗粘減摩微鑲嵌復合織構的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：A）首先進行刀具工作表面微織構，激光加工出毛化微凸體、微腔及與切屑運動方向平行、垂直或斜網(wǎng)紋結構微槽，采用二級管泵浦Ｎｄ∶ＹＡＧ激光器，激光經(jīng)腔外倍頻實現(xiàn)波長范圍：355?nm、532nm、1064?nm，聚焦透鏡焦距為30～90mm，重復頻率1.5～9.0Khz，電流強度13～21A，掃描速度5～15mm/s，微腔直徑20～120μm，微槽寬度20～120μm，織構深度3～70μm，毛化凸體高度1～10μm，毛化凸體直徑20～100μm；表面微凸體、微腔采用平面陣列式或錯開式排列，表面微槽與切屑運動方向平行、垂直或斜網(wǎng)紋結構，表面微織構的面積占有率為10%～40%，輔助氣體采用99.9％的N2、壓強0.05～0.3Mpa；B)進行固體自潤滑劑復合材料嵌填粘結：先將固體自潤滑劑復合材料各組分均勻混料；然后將混合均勻的固體自潤滑劑復合材料粉料在130～150oC下1～1.5h烘干；刀具表面采用超聲洗凈預處理；采用法向壓力注入微腔、槽中，壓填固化固體自潤滑劑復合材料；刀具表面進行拋光清理后處理。
【技術特征摘要】
1.一種刀具表面抗粘減摩微鑲嵌復合織構的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: A)首先進行刀具工作表面微織構，激光加工出毛化微凸體、微腔及與切屑運動方向平行、垂直或斜網(wǎng)紋結構微槽，采用二級管泵浦Nd: Y A G激光器，激光經(jīng)腔外倍頻實現(xiàn)波長范圍:355 nm、532nm、1064 nm，聚焦透鏡焦距為30 90mm，重復頻率1.5 9.0Khz，電流強度13 21A，掃描速度5 15mm/s，微腔直徑20 120 μ m,微槽寬度20 120 μ m,織構深度3 70 μ m，毛化凸體高度I 10 μ m，毛化凸體直徑20 100 μ m ;表面微凸體、微腔采用平面陣列式或錯開式排列，表面微槽與切屑運動方向平行、垂直或斜網(wǎng)紋結構，表面微織構的面積占有率為10% 40%，輔助氣體采用99.9%的N2、壓強0.05 0.3Mpa ； B)進行固體自潤滑劑復合材料嵌填粘結:先將固體自潤滑劑復合材料各組分均勻混料；然后將混合均勻的固體自潤滑劑復合材料粉料在130 150°C下I 1.5h烘干；刀具表面采用超聲洗凈預處理；采用法向壓力注...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：華希俊，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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