[發明專利]一種利用鍍膜技術輔助獲得高精度刃口微型刀具的方法

有效

• 申請號: 201010562861.0
• 申請日: 2010-11-26
• 公開（公告）號: CN102101641A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 房豐洲;徐宗偉;兀偉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明涉及一種利用鍍膜技術輔助獲得減小微型刀具刃口半徑的方法，該方法加工的微刀具可用于超精密加工和微細加工領域中的復雜微納結構和器件的加工制造，也可用于納米級切削的機理研究應用中。

背景技術

對于超精密切削加工工藝來說，要獲得零件形狀尺寸的高精度和加工表面的超光滑，除了必須擁有超精密的機床、高分辨率的檢測儀器和超穩定的加工環境條件以外，還須具備進行切削加工的高精度微型刀具。在超精密切削過程中，刀具刃前區的應力狀態十分復雜，應力集中造成金屬中位錯集中，導致金屬產生塑性變形和滑移分離，一部分金屬成為切屑沿前刀面流出，另一部分金屬經后刀面熨壓留在已加工表面。因為兩部分金屬運動方向不同，必然使刀具刃口前金屬呈拉伸狀態，在刀刃的直接作用下，金屬產生滑移分離。而刀具刃口半徑越小，應力越集中，變形越容易，切削力越小，加工表面質量越好。刃口半徑對切削過程有較大影響，同時對切削力、切削溫度和切屑變形系數都有不同程度的影響。因此，減小刃口半徑，可減小刀具對金屬的擠壓力，使金屬的變形程度降低，減緩金屬的冷作硬化，有助于提高切削過程的穩定性，改善加工表面質量和延長刀具使用壽命。

國內對刀具刃磨技術的研究起步較晚，還不能穩定達到高精度刀具的技術指標。如在刀具刃磨工藝方面，只能將直線刃金剛石刀具的切削刃鈍圓半徑刃磨到100nm左右。

本發明提出一種基于鍍膜技術降低微刀具刃口半徑的新方法，刃口圓弧半徑可小于20nm，與其他傳統方法相比，此方法具有精度高、可重復性強、適用于多種材料和刀具形狀等優點。

發明內容：

本發明的技術解決問題是：克服傳統加工方法很難實現的納米級刃口半徑和復雜刀具輪廓加工的缺點，提出一種基于鍍膜技術輔助對刀具進行成型加工，獲得鋒利刃口刀具的新方法。本發明采用如下的技術方案：

一種利用鍍膜技術輔助獲得高精度刃口微型刀具的方法，通過以下步驟實現：

(1)在聚焦離子束真空樣品室內，利用聚焦離子束對微刀具毛坯進行粗加工，加工出刀具前刀面；

(2)利用聚焦離子束銑削方法對前刀面精修拋光；

(3)對加工后的微刀具的前刀面進行鍍膜處理；

(4)將鍍膜后的微刀具放進聚焦離子束真空樣品室內，依據刃口形狀和尺寸要求，利用聚焦離子束銑削加工出微刀具的后刀面和側刀面。

作為優選實施方式，步驟(1)所述的聚焦離子束為5～50KeV、10～30nA的聚焦離子束；步驟(2)所述的聚焦離子束銑削方法所采用的聚焦離子束為1～10nA聚焦離子束；步驟(3)鍍膜處理的膜厚度小于100微米，膜的種類為類金剛石膜、非晶四面體碳膜；步驟(4)中所述的聚焦離子束銑削加工中所采用的聚焦離子束為1～5nA聚焦離子束；步驟(4)中將鍍膜的前刀面背對離子束方向進行刀具的側刀面和后刀面加工。

本發明采用預先對微型刀具進行鍍膜處理，然后利用聚焦離子束銑削等方法修銳刃口，鍍膜增強處理有效減小了獲得刀具切削刃時微觀崩刃、毛刺等生成機率，從而可以獲得具有納米級的圓弧半徑刃口的鋒利刀具。本發明提出的方法精度高、可重復性強、適用于多種材料和不同刀具形狀。

附圖說明

圖1鍍膜前刀具刃口示意圖。

圖2鍍膜后刀具刃口示意圖。

附圖標記說明如下：

1未鍍膜的前刀面?????2刀體?????3較大的刃口半徑

21鍍膜后的前刀面????22刀體????23較小的刃口半徑

24聚焦離子束精細加工的方向

具體實施方式