[发明专利]一种微织构刀具的制备方法及微织构刀具

说明书

本发明涉及刀具加工技术领域，更具体地，涉及一种微织构刀具的制备方法及微织构刀具，包括有以下步骤：S1：将待加工刀具清洗后取出吹干，用飞秒激光器对待加工刀具进行加工；S2：调整飞秒激光器的辅助定位光源，定位待加工刀具的待加工位置，在对待加工刀具进行加工过程中，通过调节待加工刀具的位置，在待加工刀具上加工出微织构阵列结构；S3：将加工好的微织构刀具放入硬质膜镀膜机，在基体表面沉积涂层，制备出带有涂层的微织构刀具；S4：采用压缩气体与润滑剂进行混合气化，形成微米级的液滴，然后喷射到加工区进行润滑。本发明实现微织构涂层刀具的制备，显著提高微织构刀具的切削寿命和切削效果。

技术领域

本发明涉及刀具加工技术领域，更具体地，涉及一种微织构刀具的制备方法及微织构刀具。

背景技术

近年来，摩擦学研究领域提出了一种表面织构的概念，又称表面微织构，已被证明是提高表面摩擦学性能的有效手段。表面织构技术就是通过改变材料表面的物理结构来改善材料表面特性的方法，表面织构是具有一定尺寸和排列的凹坑/凹痕或凸包等图案的点阵。刀具刀面上雕刻微织构，并不影响刀具的力学性能，微织构可存储润滑油和磨屑，降低前刀面的摩擦系数，使得切削力降低10％～30％，显著提高刀具的耐磨性和产品的加工效率。但仅仅微织构刀具还不满足加工需求，微织构涂层刀具应运而生。

研究表明微织构的深度是影响微织构涂层刀具性能的重要因素，微织构为微纳(浅)织构的时候可以提高涂层的结合力，但对摩擦磨损性能影响不大；微织构深度较深的时候，涂层结合力得不到保证，但摩擦磨损性能由于微织构可以存储润滑剂和磨屑，在刀具加工时可以在刀面与被加工表面形成一层润滑膜，提高刀具的摩擦磨损性能以及加工质量。目前，使微织构涂层刀具同时具有好的涂层结合力和良好的摩擦磨损性能依旧是个难点。

梯度结构是由一种成分、组织或相(或组元)逐渐向另一成分组织结构或相(或组元)过渡的结构。这种结构不仅能有效避免尺寸突变引起的性能突变，还能使材料具有不同特征尺寸的结构相互协调，使不同尺寸结构的性能得到整体的综合和优化，为实现微织构涂层刀具具有良好的涂层结合力和摩擦磨损性能综合性提供了重要发展方向，为改变微织构涂层刀具只能具有单一的优异性能打破了格局。

微量润滑技术(MQL)是一种新的金属加工的润滑方式，指将压缩气体(空气、氮气、二氧化碳等)与极微量的润滑油混合汽化后，形成纳米级的液滴，喷射到加工区进行有效润滑的一种切削加工方法。这种润滑方式解决了传统浇注式润滑的弊端，同时又节能又环保大大提高了刀具的切削寿命。

微织构由于具有减磨，存储润滑剂，磨屑等作用，而被人们想起结合涂层刀具一起使用。刀具切削时，工件新鲜加工表面与后刀具面接触，相互摩擦后造成后刀面磨损。虽然有后角，但切削刃不是理想的锋而是有一定的钝圆，存在着弹性和塑性变形；因此，后刀面与工件实际上是小面积接触，磨损就发生在这个接触面上。并且实际加工过程中，细小的切屑会堆积到刀具表面，从而造成刀具磨粒磨损。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的刀具存在磨粒磨损、切削寿命低的问题，提供一种微织构刀具的制备方法及微织构刀具，通过在刀具上加工微织构阵列，实现在刀具结合微织构和涂层机理，实现微织构涂层刀具的制备，显著提高微织构刀具的切削寿命和切削效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种微织构刀具的制备方法，其中，包括有以下步骤：

S1：将待加工刀具清洗后取出吹干，用飞秒激光器对待加工刀具进行加工；

S2：调整飞秒激光器的辅助定位光源，定位待加工刀具的待加工位置，在对待加工刀具进行加工过程中，通过调节待加工刀具的位置，在待加工刀具上加工出微织构阵列结构；

S3：将加工好的微织构刀具放入硬质膜镀膜机，在基体表面沉积涂层，制备出带有涂层的微织构刀具。