[发明专利]一种具有微切削刃阵列结构的球形铣刀的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铣刀，具体涉及一种具有微切削刃阵列结构的球形铣刀的制造方法，该铣刀用于钛合金、模具钢、硬质合金等零部件的微结构表面成型加工；属于超硬工具的精密制造技术领域。

背景技术

汽车传动部件、挤压硬质模芯、航空飞行体、机械刀具等表面加工出小于1毫米的微结构阵列，可以附加出新的表面功能，例如，提高动力的传动效率、增强软钢材的挤压效率，减小飞行的阻力，延长刀具寿命等。目前，微结构制造技术主要依赖于激光刻蚀、电化学腐蚀和离子束等加工方法，但是，这些加工方法的成本高，效率低，而且形状精度难以控制。虽然将金刚石砂轮修整成V形尖端，可以在工件表面加工出高精度的微沟槽或微锥塔阵列结构，但需要分成表面光滑磨削和微沟槽加工的两个工艺完成，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中不易直接在零部件表面加工出微沟槽结构，且加工耗时费力等缺点，提供一种可一次成型在铝合金、钛合金、铜、模具钢等工件表面上直接铣削加工出微沟槽结构表面的具有微切削刃阵列结构的球形铣刀的制造方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种具有微切削刃阵列结构的球形铣刀的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将金刚石砂轮修整出V形尖端，并将金刚石砂轮安装在高速旋转的砂轮轴上，再将球形铣刀装夹在夹具上，夹具固定在水平工作台面上，球形铣刀绕球形铣刀的旋转轴心线旋转，将球形铣刀的旋转轴中心线与砂轮的轴心线保持同一个垂直于水平面的截面上，利用与夹具连接的分度器使形铣刀的旋转轴心线与砂轮轴心线成一个安装夹角β，安装夹度β为30～90度；

2）将球形铣刀的中心点移动到金刚石砂轮的V形尖端的正下方，金刚石砂轮沿着水平的切削方向往复运动且往下进给，不断对旋转的铣刀球面进行切削，利用旋转的砂轮V形尖端沿着球形铣刀球面的切点出切削出V形，球形铣刀的旋转可在铣刀球面上加工出圆环形微沟槽，再提起金刚石砂轮的V形尖端，利用分度器调整装置夹角β和水平移动，将球形铣刀绕中心旋转3～15°，然后在相邻的位置上加工出另一个V形槽，两相邻V形槽交叉处形成微切削刃；利用金刚石砂轮的V形尖端形状及其两侧面上的微金刚石磨粒逐渐将微切削刃修锐成尖角；

3）重复步骤2），逐渐在铣刀球面上加工出微切削刃阵列结构，制备具有微切削刃阵列结构的球形铣刀。

为进一步实现本发明的目的，所述金刚石砂轮V形尖端角度为30～120°，角度误差为±0.5度。所述金刚石砂轮转速为2000～10000转/分，进给速度为1～500毫米/分，进给深度为20～900微米/行程。所述铣刀转速为100～500转/分。所述球形铣刀直径2～100毫米，球形铣刀的微切削刃尖端半径修磨成0.5～10微米，高度为3～900微米，尖角为30～90度，分度为3～15度。所述球形铣刀的材料为钨钢硬质合金、CBN或PCD；所述金刚石砂轮由青铜结合剂和金刚石磨粒组成，金刚石磨粒粒度为240～3000目。所述微阵列结构的微沟槽深度为50～900微米，微沟槽角度为30～120度，微阵列间距为50～500微米。

所述铣削工件材料为钛合金、铝合金、铜、模具钢等材料。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）球形铣刀为硬质及超硬材料，其表面的微加工极为困难，本微磨削技术可以在球形铣刀的工作球面上加工出整齐的微切削刃结构阵列。

（2）采用有微切削刃结构阵列的球形铣刀可以在同一工艺下将工件加工出平面或者曲面的微沟槽结构阵列，避免表面成型加工和微沟槽结构加工两工艺的二次装夹和更换刀具等技术困难，减少了多工艺加工所造成的误差。

（3）与微沟槽结构平面的微磨削技术相比，采用具有微切削刃阵列结构的球形铣刀可以实现微沟槽结构曲表面加工。

附图说明

图1为有微切削刃结构的球形铣刀加工装置图。

图2为球形铣刀球面的微切削刃结构阵列加工原理图。

图3为微沟槽结构平面的铣削成型加工示意图。

图4为微沟槽结构曲面的铣削成型加工示意图。

图5为球形铣刀的微切削刃结构阵列的扫描显微电镜图。

图6为微沟槽结构曲面的白光干涉检测的微轮廓图。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。