[发明专利]一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法

说明书

一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法，是采用脉冲激光束依次通过扩束透镜组、衰减片和聚焦透镜辐照数控刀具的刃口，辐照时间为1sec～10sec，辐照面积为1mm²～5mm²，用于产生脉冲激光束的激光器的功率为0.1W～2W，频率为1/sec～2000/sec，波长为600nm～900nm，所述脉冲激光束中单脉冲的脉宽为10^‑9sec～10^‑15sec，单脉冲的能量密度为1mJ/mm²～10mJ/mm²，脉冲激光束总能量密度为0.1J/mm²～5J/mm²。本发明可明显地提高数控刀具刃口的耐用寿命，也就可节省更换数控刀具的工时，从而提高加工质量、提高工作效率和具有很高的经济效益。

技术领域

本发明涉及一种提高刀具耐用寿命的方法。特别是涉及一种利用强脉冲激光束来辐照刀具刃口，对刀具刃口材料及其涂层与基体的界面进行改性的有效提高数控刀具耐用寿命的方法。

背景技术

数控刀具由切削部分与夹持部分组成。切削部分也称刃口，夹持部分又称刀杆。数控刀具材料是指切削部分的材料。用数控刀具切削金属时，直接承担切割工作的是数控刀具刃口的材料、数控刀具的几何参数及数控刀具结构的合理设计。

工件材料的发展，出现了很多新型不锈钢、耐热钢、高温合金、耐腐合金及航空航天工业中难加工材料，要求在数控加工中提高切削性能更好的数控刀具。

硬质合金数控刀具有着较好的耐热性、耐磨性以及抗氧化性。再在其基体上涂覆TiAIN等耐磨性高的高熔点金属或化合物，可使数控刀具耐用寿命增加，它在数控刀具中得到广泛应用。

这种带有涂层的数控刀具有一个普遍存在的缺点，就是在其涂层与基体的界面上，由于涂层材料与基体材料物理性质不同，所以它们的热学性质(包括热膨胀系数)与力学性质(包括杨氏模量)有很大差异，导致界面上发生突变，因而数控刀具在使用过程中，会在界面上发生应力集中而使涂层与基体发生部分开裂，甚至脱落，减少涂层的使用寿命。专利号：ZL201010149585.5.的发明专利^[1]及相关研究^[2，3]中解决了这个难题。它就是利用具有足够高的能量密度的强脉冲粒子束辐照涂层材料与基体材料，使它们在其界面上发生瞬时互熔，使界面上形成涂层材料元素与基体材料元素连续分布的过渡层。这样就消除了在界面上涂层材料与基体材料性质的突变,而只发生缓慢的渐变，其涂层与基体就会结合得很牢固而不会开裂而脱落。本发明主要利用这个原理来有效提高数控刀具的耐用寿命。

所有强脉冲粒子束，包括激光束、离子束、电子束，当脉冲宽度远远窄于1μs(10^-6秒)，能量密度达0.1J/S至5J/S时，都宜用来对材料改性^[4-9]。其中S为粒子束与材料的作用面积。离子束与电子束作用面积大，S为cm²,激光束与材料作用面积小，S为mm²。由于离子束与电子束带电，所以与材料作用深度只达μm数量级，而激光束不带电，所以与材料作用深度较深，可达mm数量级。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用强脉冲激光束来辐照数控刀具刃口，对数控刀具刃口材料及其涂层与基体的界面进行改性的有效提高数控刀具耐用寿命的方法。