[发明专利]一种微粒刀

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微切削加工的微粒刀。

背景技术

随着社会的发展，工业产品的微型化成为高品质的重要特征，而实现产品微型化转变的关键在于微型零件加工技术水平的提高。

在目前的多种微型零件加工技术中，微切削是其中的重要手段之一。微切削主要包括微车削、微铣削和微特种加工等。其中，微铣削加工在微结构的制造和材料去除加工中，表现出了很好的发展潜力，它不仅克服了硅微结构法的加工材料单一、无法进行复杂的三维微零件加工的不足，而且加工材料范围广，是实现金属、合金、复合材料、陶瓷、玻璃、硅等多种材料微小型结构件微细加工的有效途径，尤其对于特征尺寸为0.01μm～1mm的精密微小零件的加工具有更大的优势。不过，在微铣削过程中，当切削层厚度从数微米到亚微米级时，微铣刀的切削刃受到很大的应力作用，单位面积上产生很大的热量，导致刀尖局部极高的温升，因此，微铣削对所用的铣刀有极高的要求。

目前，美国、德国、日本等国家相继研制出一系列微铣刀，微铣刀不是传统铣刀在整体尺度或局部特征尺度上的简单缩小，而是针对微铣削的特点和加工机理的一类特种切削刀具。如日本东京电子通讯大学通过抛光方法用单晶金刚石制造出了直径为φ0.2mm的微铣刀；又如德国卡尔斯鲁厄大学通过离子束溅射和激光束成形的方法，采用硬质合金工具钢制造出直径为φ100μm的微铣刀；再如美国桑迪亚国家实验室和美国路易斯安娜理工大学采用M42高速钢和C2硬质合金材料，通过离子束溅射的方法加工得到的微铣刀直径可以达到φ25μm。尽管如此，微铣刀仍存在着加工工艺复杂、制造成本高、产品数量少、使用条件要求苛刻、使用寿命受限等问题，尚不能从根本上满足微切削对于刀具的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种可用于微切削加工的结构简单且加工方便的微粒刀。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种微粒刀，其特征在于：所述的微粒刀包括有刀本体和刀头，所述刀头外凸地设置于所述刀本体的外表面上，所述刀头的几何尺寸为10nm～1mm。

作为优选，所述的刀头呈凸尖形状，刀本体的外表面上可以只设置有一个所述刀头。所述刀本体可以呈规则的立体几何形状，如球形或椭圆形，也可以为不规则的任意形状。

为了提高切削效率，作为另一优选，所述的刀头呈凸尖形状，所述刀本体的外表面上可以设置有多个间隔分布的所述刀头。

为了保持刀头朝下的状态，使得刀头能够始终与切削加工面接触，作为优选，所述刀本体内设置有能使所述刀本体上的刀头始终朝下偏转的配重块。

与现有技术相比，本发明的优点在于：微粒刀本体的外表面设置有刀头，刀头尺寸范围在10nm～1mm（微米级或纳米级），刀头上的切削刃极细，可以实现纳米级的切削加工；微粒刀整体结构简单、方便加工制造；微粒刀不需要像传统刀具一样安装在机床主轴上靠主轴的旋转驱动，因此，利用微粒刀的切削装置不需要主轴，结构简单。

附图说明

图1为本发明实施例的微粒刀结构示意图。

图2为图1所示微粒刀的立体剖视图。

图3为采用如图1所示微粒刀的切削装置。

图4为本发明实施例的微粒刀受力分析图。

图5为本发明实施例的微粒刀在射流作用下的有效作用面积计算图。

图6为本发明实施例的切削装置的喷头剖视图。

图7为图6所示喷头的仰视图。

图8为本发明实施例采用另一种微粒刀结构的切削装置。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例涉及一种微切削刀具和微切削技术，与普通切削不同，在微切削时，吃刀深度通常为微米级到纳米级，而一般材料的晶粒大小为数微米，这就意味着微切削是在晶粒内部进行的，切削过程是在切削一个一个的晶粒，这势必导致单位面积上的切削应力急剧增大，从而在切削刃的单位面积上产生极大的热量，使刀尖处的温度升高，处于高温、高应力的工作状态。