[发明专利]一种表面梯度润湿的仿蛛网微结构拉刀及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面梯度润湿的仿蛛网微结构拉刀及其制备方法。研究表明在材料表面开设一些特定形状的微结构可以起到增加材料疏水性或是亲水性的作用。本发明一种润湿性能强的仿蛛网微结构拉刀，包括刀具基体和刀齿块。刀具基体上安装有一个或多个刀齿块。刀齿块上设置有拉刀刀齿。拉刀刀齿的前刀面上开设有仿蛛网微结构；仿蛛网微结构包括m条横向沟槽和n条纵向沟槽。m条横向沟槽与n条纵向沟槽交错呈网格状。各交点处均开设有节点凹坑。m条横向沟槽和n条纵向沟槽内均设置有亲水性纤维条。本发明在拉刀前刀面开设了仿蛛网微结构并结合碳纤维，改善了刀齿表面的润湿性，减小了切削负载，达到了减小拉刀磨损、提高拉刀使用寿命的效果。

技术领域

本发明属于刀具表面技术领域，特别涉及一种能够定向输送液滴的仿蛛网微结构拉刀及制备方法。

背景技术

拉刀是一种广泛应用在航空航天领域涡轮榫槽盘加工的成型刀具，具有效率快、精度高等优势。在拉削过程中，拉刀往往需要配合大量的切削液使用，以降低拉削负载和产生的切削热量。但是，由于拉刀的形状特殊性，在喷射切削液的过程中，切削液会沿着倾斜的前刀面滑入存屑槽中，这不仅造成了切削液的浪费，严重的还会造成拉削精度的降低，从而导致涡轮榫槽盘加工失败。研究表明在材料表面开设一些特定形状的微结构可以起到增加材料疏水性或是亲水性的作用。同时在刀齿的前刀面上开设微结构还能够起到存储切削液的作用，从而提高刀齿的切削性能。因此针对拉削加工，研制一种具备定向输送液滴功能的微拉刀以及制备方法十分的必要。

目前针对微结构拉刀研制和制备方法设计的研究较少，并且尚未发现具备定向输送液滴功能的微结构拉刀及相应的制备方法。如申请号为201610394048.4的专利公开了一种仿螳螂口器上颚构型的拉刀及其制备方法。该发明在拉刀刀齿的后刀面开设凹槽，通过模仿螳螂上颚三维曲面模型，得到螳螂上颚的面积梯度，利用激光雕刻和高压电脉冲放电技术加工了优化结构，最终优化了拉刀的切削性能。但是此发明开设微结构的部位在拉刀的后刀面，而拉削过程中影响拉削负载最严重的部位出现在拉刀的前刀面，因此，在拉刀后面开设微结构并非最佳效果，无法发挥微结构对拉削性能起到的最佳有益性。专利申请号为201910355130.X的专利公开了一种仿蜣螂鞘翅表面的微结构键槽拉刀及其制备方法。该发明结合蜣螂鞘翅表面的微结构，利用单点金刚石刀具在拉刀的前刀面上开设了凹坑状的仿生微结构，优化了拉刀的切削性能，减小了切削负载，达到保护刀具、减小拉刀磨损、提高拉刀使用寿命的目的。但是此发明并没有考虑微结构的润湿性，无法验证其在切削液介入切削后的有益性。

发明内容

本发明针对现有拉刀拉削过程中刀齿前刀面与切屑存在严重的挤压、摩擦和磨损作用，切削液润湿性能差，浪费严重等问题，受自然界中的蛛网易于粘附液滴的启发，提供了一种具备定向输送液滴功能的前刀面仿蛛网微结构拉刀及其制备方法。该发明是一种将蛛网具有的定向调控液滴特点应用于拉刀的设计与制备方法；是一种在前刀面上开设仿蛛网“纵横交错状”微结构以实现刀尖-切屑之间润滑液定向调控的刀具设计；是一种集成激光打标、碳纤维复合和仿生微结构拓扑设计于一体的智能制备方法。

本发明一种表面梯度润湿的仿蛛网微结构拉刀，拉刀刀齿的前刀面上开设有仿蛛网微结构；所述的仿蛛网微结构包括m条横向沟槽和n条纵向沟槽。m≥1，n≥10。m条横向沟槽相互平行且依次等间距排列；横向沟槽平行于拉刀刀齿的刀刃。n条纵向沟槽相互平行且依次等间距排列。m条横向沟槽与n条纵向沟槽交错呈网格状，形成m×n个交点。m×n个交点处均开设有节点凹坑；横向沟槽与纵向沟槽所成夹角为θ；0°θ≤90°。m条横向沟槽和n条纵向沟槽内均设置有亲水性纤维条。

作为优选，所述的横向沟槽与纵向沟槽所成夹角θ在30°～40°范围内选取。

作为优选，所述的亲水性纤维条采用碳纤维条。

作为优选，本发明一种表面梯度润湿的仿蛛网微结构拉刀包括刀具基体和刀齿块。所述的刀具基体上安装有一个或多个刀齿块。刀齿块上设置有一个拉刀刀齿。