[发明专利]一种叶脉仿生表面金刚石切削刀具的激光制备方法

说明书

本发明公开了一种叶脉仿生表面金刚石切削刀具的激光制备方法，所述方法包含有如下步骤：一、采用热丝化学气相沉积法在金刚石刀具表面上加工涂层；二、将步骤一所制得的金刚石刀具进行表面处理；三、将经表面处理的刀具表面采用激光加工方法加工出叶脉仿生微结构；四、将加工好的刀具经有机溶剂超声清洗并干燥后用砂纸打磨即得到成品。通过改善刀具切削条件，以提高该新型金刚石刀具的制备效率与质量，增加寿命，能达到批量化生产，适应当今高效率、高规模、高质量的生产要求。

技术领域

本发明涉及一种刀具的制备方法，尤其涉及一种叶脉仿生表面金刚石切削刀具的激光制备方法，属于金刚石切削刀具加工技术领域。

背景技术

金刚石刀具在硬度、刃口锐度和热导率等方面具有优异的性能，所以金刚石刀具常用来切割高硬度的工件，然而金刚石刀具的切削性能以及使用寿命在一定程度上限制了它在机械行业的高效使用。金刚石刀具作为最坚硬的切削刀具，近些年在金刚石刀具表面加工出一些具有一定排列顺序的微结构成为了当前研究学者们的研究热点，然而其制备难度较大、制备效率低、且精度较低，传统的制备方法远不能满足现代工业对刀具性能的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种叶脉仿生表面金刚石切削刀具的激光制备方法，通过改善刀具切削条件，以提高该新型金刚石刀具的制备效率与质量，增加寿命，有效的解决了传统金刚石刀具切削过程中存在的金刚石刀具的切削性能差、加工效率低与刃磨质量不高的问题。

本发明的技术方案为：一种叶脉仿生表面金刚石切削刀具的激光制备方法，所述方法包含有如下步骤：一、采用热丝化学气相沉积法在金刚石刀具表面上加工涂层；二、将步骤一所制得的金刚石刀具进行表面处理；三、将经表面处理的刀具表面采用激光加工方法加工出叶脉仿生微结构；四、将加工好的刀具经有机溶剂超声清洗并干燥后用砂纸打磨即得到成品。

所述步骤一中，将刀具进行预处理，刀具在丙酮溶液中超声清洗8-15min，对硬质合金进行去Co和碳化物处理，并在金刚石微粉悬浊液中进行超声植晶。

所述步骤一中，所采用的热丝为钽丝。

所述步骤一中，需要对加工设备系统抽真空，并通入CH₄和H₂的混合反应气体，系统工作腔气压为1-3kPa，系统中的衬底温度为650-850℃。

所述步骤一中，采用射频磁控溅射设备在金刚石涂层上制备膜基，溅射时间为25-50min。

所述步骤二中，将所需加工的刀具表面进行研磨抛光处理,并用丙酮溶液对待加工区域进行清洗并用砂纸打磨，经有机溶剂超声清洗并干燥后固定于超精密平台上。

所述步骤三中，叶脉仿生微结构的参数为：仿生叶脉主茎宽度70-90 μm,深度20-30μm ,小茎宽度50-60μm深度10-20μm，主茎间距约为200μm。

所述步骤三中，激光加工工艺参数为：功率1-15W、速度100-1000μm/s、频率1-3kHz、扫描次数为2-5次。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1) 激光设备与高精度的数控工作机床相配合生产效率远比其他加工方法高，能达到批量化生产，适应当今高效率、高规模、高质量的生产要求。激光加工工件表面没有经过机械加工没有产生残余应力进而引起应变，使零件表面具有原始的精度；

(2) 在刀具前刀面加工出叶脉仿生结构能显著降低切削过程中的摩擦力、切削力，微沟槽能有效储存润滑剂也能够起到很好的容屑排屑作用，降低切削接触长度改变切屑形状减少积屑瘤，改善摩擦性能增加寿命。刀具的使用寿命提高了3-4倍，效果很显著。

附图说明

图1为本发明微结构制备流程示意图；

图2为本发明微结构化表面示意图；