[發明專利]一種刀具涂層和基體間結合面形狀的仿生設計方法

在審

• 申請號: 201710708576.7
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107451373A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 謝峰;李楠;朱翔
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 沈尚林

技術領域

本發明涉及刀具制造技術領域，具體涉及一種刀具涂層和基體間結合面形狀的仿生設計方法。

背景技術

目前，隨著科學技術的不斷發展，各種難加工材料不斷出現并應用到實際生產生活中,金屬切削刀具磨損和使用壽命降低等難題需要我們尋找新的解決方案，而涂層刀具的出現使這個難題得到了一定程度的緩解。涂層刀具是指在高速鋼或者硬質合金等基體表面上涂覆一層耐磨性好的難熔金屬或者非金屬化合物，涂層刀具具有硬度高，耐磨性能好，化學性能穩定，耐熱，摩擦系數小等特點，涂層材料是化學屏障和熱屏障，降低了工件材料與刀具表面間的擴散和化學反應，減少了月牙洼磨損，可提高刀具使用壽命達3～5倍，提高切削速度達20％～70％，提高加工精度0.5～1級，降低刀具費用20％～50％。刀具表面涂層可有效提高刀具使用壽命，使刀具獲得優良的切削性能，提高加工效率。

在對刀具基體進行涂層前，需做表面預處理。表面預處理主要是針對基體來說的，在噴涂涂層之前，對基體做一些適當的表面預處理，有利于涂層與基體的良好結合。但是目前對基體表面預處理獲得的形貌是不規則的，不具有規律性，很難用數學表達式來精確的描述。因此，在實際生產中，很難精確控制基體表面形貌的尺寸，也不方便涂層和基體之間的建模分析。同時，為了提高涂層與基體間的結合強度，采用更加優化的基體表面預處理形貌也是目前人們一直研究的課題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種刀具涂層和基體間結合面形狀的仿生設計方法，其可提高刀具涂層和基體間的結合強度。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種刀具涂層和基體間結合面形狀的仿生設計方法，其設計步驟如下：

(1)以人類健康牙齒的牙釉質與牙本質結合面形狀為仿生設計的對象，在掃描電子顯微鏡下拍攝牙釉質和牙本質的結合面，獲得樣板圖片；

(2)使用圖像數據化軟件打開樣板圖片，設置默認坐標系，再采用描點法描繪釉牙本質界的曲線，輸出點坐標的離散數據，并以表格存儲；

(3)用最小二乘法對步驟(2)所獲得的離散數據進行曲線擬合，得到牙釉質與牙本質結合面的擬合曲線及擬合方程；

(4)根據牙釉質與牙本質結合面的擬合曲線形狀，為使建模和加工簡單、有效，用正弦函數替代上述的擬合曲線，其正弦函數的表達式為y＝Asin(wx)，其中：A為正弦函數幅值，w為頻率，正弦函數周期T＝2π/w；

(5)建立硬質合金單涂層刀具的有限元模型，其膜-基結合面的形狀如上述表達式中的正弦曲線，并在不同的正弦函數幅值A和頻率w參數下，對多組參數結合界面下的刀具涂層和基體結合強度進行數值模擬，計算過程中使用基體橫向拉伸法作為膜-基結合強度的檢驗方法，依此獲得最優的膜-基結合面形狀，該最優的膜-基結合面形狀即為刀具涂層和基體間結合面形狀。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明中利用仿生設計的思想，將生物界中經過億萬年優化后的牙釉質與牙本質結合面形狀結構應用到刀具涂層和基體間的結合面的設計中，從而大大提高刀具涂層和基體間的結合界面間的結合強度，有有利于延緩涂層的脫落，延長刀具使用壽命，同時提高刀具切削性能和加工效率；本發明設計方法簡單、實際操作簡便。

附圖說明

圖1是本發明中刀具涂層和基體間結合面形狀的結構示意圖；

圖2為人類健康牙齒示意圖；

圖中，1、刀具涂層，2、刀具涂層和基體間結合面，3、基體。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1和圖2所示，一種刀具涂層和基體間結合面形狀的仿生設計方法，其設計步驟如下：

(1)以人類健康牙齒的牙釉質與牙本質結合面形狀為仿生設計的對象，在掃描電子顯微鏡下拍攝牙釉質和牙本質的結合面，獲得樣板圖片；

(2)使用圖像數據化軟件打開樣板圖片，設置默認坐標系，再采用描點法描繪釉牙本質界的曲線，輸出點坐標的離散數據，并以表格存儲；

(3)用最小二乘法對步驟(2)所獲得的離散數據進行曲線擬合，得到牙釉質與牙本質結合面的擬合曲線及擬合方程；