[發明專利]一種自潤滑與自冷卻的干切削刀具及其制備方法

無效

• 申請號: 201010291127.5
• 申請日: 2010-09-26
• 公開（公告）號: CN102000841A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 鄧建新;吳澤;亓婷
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;B23B27/10;B23P15/30
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 李健康

一、技術領域

本發明屬于機械切削刀具制造技術領域，特別是涉及一種自潤滑與自冷卻雙重效用的干切削刀具及其制備方法。

二、背景技術

切削液的主要作用是改善切削過程的摩擦潤滑狀態，降低切削溫度，從而延長刀具壽命、提高工件加工表面質量。但是，隨著切削液用量的增加，其負面影響也越來越大，切削液的制造、使用及排放需消耗大量的能源和資源，增加了產品的制造成本，且切削液會對環境造成嚴重污染，并損害工人健康。解決這一問題的辦法是采用干切削加工技術。但是干切削加工時，由于沒有切削液的潤滑與冷卻作用，刀具-工件之間的摩擦加劇，切削溫度急劇升高，刀具的磨損嚴重，刀具壽命下降，加工表面質量惡化。為此，急需尋找一種新技術來減小干切削加工時刀具與工件之間的摩擦、降低切削溫度。

中國專利“專利號ZL?2004100242261”報道了Al₂O₃/TiC/CaF₂自潤滑陶瓷刀具材料，它是將CaF₂固體潤滑劑添加到Al₂O₃/TiC陶瓷刀具材料中制成自潤滑陶瓷刀具材料。中國專利“專利號ZL?200610068975.3”報道了自潤滑復合軟涂層刀具，該刀具涂有MoS₂固體潤滑劑層，以實現刀具的自潤滑。中國專利“申請號：200710017168.3”報道了微池自潤滑刀具，該刀具是在刀具前刀面刀-屑接觸區加工多個微孔并填充固體潤滑劑，以實現刀具的自潤滑。中國文獻“機械工程學報”(1989，25(1)：8～12)報道了熱管車刀的研制，它是在機夾可轉位車刀的導桿內部加工熱管來強化刀具在切削加工時的散熱。

三、發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，改進刀具進行干切削加工時的潤滑與冷卻效果，提供一種自潤滑與自冷卻雙重效用的干切削刀具及其制備方法。本發明是通過以下方式實現的：

本發明的一種自潤滑與自冷卻干切削刀具，該刀具材料為高速鋼，該刀具前刀面刀-屑接觸區帶有填充固體潤滑劑的微型減摩槽，刀體內部設有封閉的液體介質冷卻腔。本發明的一種自潤滑與自冷卻干切削刀具的制備方法，刀體為高速鋼車刀，該制備方法為：

(1)在刀體內加工出橫截面為矩形的內腔，腔體沿刀體后部開口，保證腔體壁的厚度為5～8mm；腔體內表面為多孔狀凹坑；

(2)選擇銅板為刀體冷卻腔的后端封蓋，銅板厚度為5mm左右，在銅板中間位置加工出通孔，孔徑為6～10mm，取一根直徑與孔配合的銅管作為封口管，將其與銅板上通孔緊密焊接；并將封蓋銅板與刀體后端焊接，形成冷卻腔體；

(3)通過封口管向腔體內充裝液態工作介質，對刀體進行加熱，使管腔內液態工質沸騰以排除管腔內的空氣，待液態工質沸騰片刻后用封口鉗夾扁封口管并焊錫密封，充裝的液體介質為蒸餾水，也可采用酒精或丙酮，充裝液體的體積占冷卻腔總容積的50％～70％；

(4)在刀具前刀面刀-屑接觸區加工出數十個交叉排列的微型的矩形凹槽，每個微型槽的寬度為50～100μm，微型槽的深度為100～250μm，槽的長度為1～3mm，槽中心間距為100～300μm；

(5)在每個微型槽中填充粒徑為0.5～2μm的固體潤滑劑粉末，固體潤滑劑為MoS₂，也可采用WS₂、CaF₂、石墨。

該刀具前刀面刀-屑接觸區帶有多個填充固體潤滑劑的微型減摩槽，減摩槽中的固體潤滑劑在切削熱和切屑擠壓的共同作用下拖敷于刀具前刀面形成連續的固態潤滑膜，以實現刀具的自潤滑功能；而刀體內部有自循環冷卻腔，切削加工時，冷卻腔內的液態工質吸收刀具切削部分傳來的熱量，能夠有效的加強刀具切削部分的散熱，從而實現刀具的自冷卻。該刀具既可減小刀具與工件之間的摩擦，又可降低切削溫度，具有自潤滑和自冷卻雙重功能。通過上述方法制備的自潤滑與自冷卻干切削刀具，該自潤滑與自冷卻雙重效用干切削刀具可廣泛應用于干切削，尤其是切削溫度較高的難加工材料的切削加工，能夠克服切削液造成的環境污染，實現清潔化生產，降低成本。

四、附圖說明

圖1為本發明的微型減摩槽示意圖，其中：1為填充固體潤滑劑的減摩槽，2為刀具前刀面。

圖2為自潤滑與自冷卻干切削刀具的示意圖，其中：1為填充固體潤滑劑的減摩槽，2為刀具前刀面，3為刀具后刀面，4為刀體，5為冷卻腔端蓋，6為多孔組織層，7為冷卻腔腔體，8為冷卻腔工質，9為封口管。

五、具體實施方式：