[发明专利]一种基于血蚶表面微结构的仿生切削刀具及其制备方法

说明书

本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别是涉及一种基于血蚶表面微结构的仿生切削刀具及其制备方法。在刀屑接触区加工出类似血蚶表面微结构的织构阵列。能够使刀具本体在切削过程中降低其切削力与切削热，并使切削过程更加稳定，从而提高工件表面加工质量。并且此切削刀具结合了贝壳表面微结构，使得刀具既能拥有高的耐磨性又具有极低的摩擦系数，延长了刀具的寿命。该仿生刀具可以广泛应用于干切削加工，不仅能够提高刀具的耐用度、改善工件表面加工质量和加工精度，还能降低生产成本并提高生产效率，减少切削液带来的环境污染。

技术领域

本发明涉及机械切削刀具领域，特别是一种基于血蚶表面微结构的仿生切削刀具及其制备方法。

背景技术

目前，为了提高刀具的耐磨性和使用寿命，采取的方法主要包括两个方面：在刀具表面制备硬涂层和在刀具表面制备微结构。近些年来，表面微结构由于在减摩耐磨等方面的作用引起了国内外学术界和产业界的极大关注，为刀具的减摩耐磨技术的研究提供了新的方向。

表面微结构效应是通过在摩擦副表面加工出具有不同形状几何参数和分布特征的微凹坑、微沟槽等阵列结构时，表面的摩擦磨损和润滑特性随之改变的热动力学效应。而在自然界，生物的非光滑表面广泛存在，无论是海洋、陆地或者是天空中飞行的动物，它们不同的表面形貌的形成往往是由于适应不同的生活环境需要而进化形成的。

血蚶主要生长在沿海或者靠近陆地的浅海泥沙中，呈现出纵向沟槽与横向沟槽交错变化的几何网状结构。由于血蚶生活在浅海区域，周围的泥沙在水流携带下会冲击到其表面，但是表面并未出现明显的磨损痕迹。可见，血蚶表面形态结构使其具有抵抗泥沙冲蚀磨损的能力。

中国专利“申请号：201520073383.5”报道了一种仿生耦合刀具，主要包括刀具主体，还包括增压泵，所述刀具主体的后端面设有深细盲孔，所述增压泵通过深细盲孔与刀具主体连接，所述刀具主体的前刀面和主后刀面阵列设有凹坑状微结构，所述刀具主体内设有至少三个微细通道，所述微细通道的一端均与深细盲孔连接，另一端贯穿所述前刀面的凹坑状微结构。该实用新型提高刀具的耐磨性。模仿蚯蚓前进过程中体腔内喷射出液体物质以减少泥土对其体表的阻力，在刀具内部设置深细盲孔和微细通道，从刀具内部喷射出微量切削液，以减少切屑对刀具的附着力，减少积屑瘤的产生，提高刀具寿命和加工质量，也减少了切削液的用量，实现了绿色切削。

中国专利“申请号：201310488882.6”报道了一种车外圆仿生刀具及其设计方法，其特征是仿生刀具的刀头部分为河狸门牙的仿生形状。该发明仿生刀具改变了传统刀具的切削刃直线和后刀面平面型设计，使其在使用过程中能够获得最低的切削阻力及较高的使用寿命。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种新型的基于血蚶表面微结构的仿生切削刀具及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于血蚶表面微结构的仿生切削刀具，包括刀具本体，该刀具本体设有刀屑接触区，其特征在于：该刀屑接触区设有网状结构，其包括若干横向沟槽、若干纵向沟槽和若干结节，该若干横向沟槽截面为圆弧且与若干结节交替呈波浪形，该纵向沟槽截面为椭圆弧。

所述刀具本体为仿生车刀或仿生铣刀或仿生钻头。

所述纵向沟槽的槽深为椭圆弧长轴的一半，上槽宽与椭圆弧短轴相同。

所述横向沟槽的半径为36.7-91.7μm，所述结节的半径为30-75μm。

一种基于血蚶表面微结构的仿生切削刀具的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)去除刀具本体表面的氧化层，再进行超声波清洗、氮气吹干、真空烘干；

2)在刀屑接触区加工若干纵向沟槽，其截面为弧形，相邻纵向沟槽间距为41-102.5μm；