[发明专利]仿鱼鳞型多功能表面微结构制备方法与装置

说明书

本发明公开了仿鱼鳞型多功能表面微结构制备方法与装置。现有工件表面耐磨性有待提高。本发明采用特制犁刀刀头制作犁削刀具，然后用犁削刀具在工件待加工表面加工出若干行鱼鳞型微结构；鱼鳞型微结构由顺序相连的若干弧形片组成；接着，通过碳纤维粉末喷头向各行鱼鳞型微结构中喷入碳纤维粉末；最后，通过碾压滚轮碾压各仿鱼鳞型微结构，形成最终的仿鱼鳞型多功能表面微结构。本发明在工件表面加工的仿鱼鳞型多功能表面微结构实现了工件降载减阻、高效散热、防黏附，并具有耐磨特性。

技术领域

本发明属于功能微结构技术领域，具体涉及一种刀具等高硬度表面仿鱼鳞型多功能微结构制备方法与装置。

背景技术

刀具是机械加工中非常重要的工具，广泛用于制造业各个制备加工环节中。刀具的各方面性能将直接影响到生产的产品质量，在机械加工过程中，摩擦、黏附、发热等都会引起刀具的失效，从而降低生产效率。而仿生学证实具有一定非光滑形态的高性能结构能够发挥良好的耐磨、防黏附、高效散热等性能，由于仿生功能结构的优异特性，可将其开设在刀具的前刀面、后刀面和侧面达到减磨润滑或者散热的效果，但是仿生微结构种类繁多，其功能特性也各不相同，找到一种能够在刀具表面达到不同效果的多功能微结构的难度也比较大。如公开号为CN107353766A的专利公开了一种超疏水耐磨微结构制备方法，该发明利用粉煤灰环保和功能超疏涂层，采用一步静电喷涂法制备出超疏水粉煤灰功能涂层，利用环氧树脂与铝基板有很好的结合力，加入疏水性物质改性粉煤灰粒子，构建了粗糙的微结构并提高了涂层机械强度，加入全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)和聚偏氟乙烯(PVDF)低表面能物质以增加疏水性，从微结构和聚合物体系两方面入手一步法制备了超疏水功能涂层。但该方法制作材料中含有有毒物质，操作存在风险。公开号为CN108358154A的专利公开了一种具备减阻特性的仿高山箭竹叶梭形仿生微结构。该发明利用高山箭竹叶梭形结构体流线排布的肋结构表面优秀的减阻效果，梭形结构体的存在和适当排布可显著减小表面摩擦阻力，有效改善固流接触层的气动性能，分别以聚二甲基硅氧烷、铝合金、光刻胶三种材料加工，以实现减阻效果的最大化。但该方法制作过程繁琐，且试验后的多余材料不易回收造成浪费。公开号为CN208420069U的专利公开了一种基于仿生减阻的V锥流量计，该发明通过在V锥锥体表面布置肋条、凹槽、凸包、凹坑等仿生微结构中的一种，或者布置两种及两种以上的微结构，合理设计微结构的宽高比、间距、数量、布置方式等参数，进而获得最优的表面微结构的结构参数，最终实现减阻的目的，使流量计信号更加稳定，精度更高，维护成本更低。但是其仍然存在压损较大，流出系数较低的缺陷，制约了其进一步推广使用。V锥流量计节流锥体作为差压产生的一次元件，其结构形式对流量计压力损失的影响极为关键。这些相关专利大多只能在刀具某一方面的特性上发挥作用，而且基本上都存在一定的不足，因此研制一种制作过程简单、多功能的微结构制备方法与装置对优化刀具性能有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有刀具等高硬度表面磨损严重、散热困难、黏附严重、使用寿命短等不足，提供一种能够降载减阻、高效散热、防黏附和耐磨的高硬度表面仿鱼鳞型多功能微结构制备方法与装置。本发明受鱼表皮的鱼鳞结构具有良好的韧性和抗黏附特性的启发而提出；本发明是一种仿鱼鳞片表面在微米级尺度下的半月牙的规则凸起结构，该结构在鱼鳞表面具有横竖交错分布的排列特性；本发明是一种能够划破刀面和材料间产生的粘膜，减小切削时刀面和被切削材料的摩擦力和吸附力，实现防黏附和减小阻力的微结构；是一种能够增大刀具表面与空气的接触面积，实现刀具在运转时高效散热的微结构；是在高硬度表面，使用犁削加工开设鱼鳞仿生功能微结构的制备方法；是一种集成高硬度表面精密定位、犁刀设计和刀具精密伺服驱动控制于一体的仿生功能微结构精密制备装置。

本发明仿鱼鳞型多功能表面微结构制备方法，具体如下：

仿鱼鳞型多功能表面微结构制备方法，具体如下：

步骤一、采用金刚石制作圆锥形的犁刀刀头，然后将犁刀刀头烧结固定在刀柄上制成犁削刀具；犁刀刀头倾斜设置，且圆锥形的顶点斜向下设置。