[發明專利]一種帶有凹-凸結合型微結構的機加工刀具及其加工方法

有效

• 申請號: 202011609503.0
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112719320B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 付治波;蒙臻;倪敬
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;B23B27/14;B23D43/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明公開了一種帶有凹?凸結合型微結構的機加工刀具及其加工方法。該機加工刀具包括刀具主體和開設在前刀面上的微結構陣列。微結構陣列內的單個微結構單元包括同心且由外至內依次排列的外環槽、內環槽和中心錐凸起。中心錐凸起的尖端高于前刀面。本發明通過在刀具表面加工凹?凸結合型微結構，功能相對穩定，凹坑結構尺寸相對較大，可儲存部分刀具潤滑液，還可以降低碎屑填充影響，能夠有效減小工件接觸面之間的摩擦。表面微織構的面密度是影響水潤滑零件摩擦因數的一個重要參數，面密度在一定范圍內能夠有效降低摩擦因數。此外，本發明可以改變加工刀具刀尖的不規則結構半徑來滿足加工不同面密度微織構的要求。

技術領域

本發明屬于刀具表面處理技術領域，具體涉及一種刀具表面凹-凸結合型微結構設計與加工方法。

背景技術

摩擦磨損普遍存在于我們生活當中，大部分器械的失效原因是由于摩擦副的損壞。隨著科技的發展，人們涉及納米級操作領域的儀器有所增加，這使得即便是輕微的表面摩擦也可能影響儀器的正常使用，解決摩擦問題將使許多高端技術得到質的飛躍。工件表面形成微凸起及微坑結構在摩擦學、仿生制造等領域具有重要意義。徐飛英，閆小青，扶名福在論文“在金屬塑性成形中表面微凸對接觸力及摩擦系數的影響”中提到：傳統的庫侖摩擦定律接觸面的摩擦應力τ＝μσ_n；Oden提出τ＝μ₀S_ρ；假設庫侖摩擦定律中的摩擦系數那么庫侖摩擦定律可寫為這與Oden提出摩擦模型是一致的。這說明庫侖摩擦定律中的摩擦系數不是常數，而是法向應力的函數?？紤]表面微凸結構時，摩擦系數并不是一個固定的值，而是不斷變化的，隨著變形量的增加，法向壓力的增加，摩擦系數呈現下降的趨勢。專利號為CN201810031874.1的發明專利提供了一種超親水金屬表面微納結構，即在金屬基板基體上形成由溝槽組成的三組互成角度的平行溝槽陣列和棱柱狀突起，但沒有考慮其表面能。

目前，對于直接在工件表面加工微凹槽從而產生微凸結構的制造方法技術研究較少。申請專利號為CN201910634615.2的發明專利設計了一種能夠有效減小摩擦力的硅基石墨烯結構和該結構的加工方法，首先降低石墨烯與二氧化硅或者硅基底的粘著，當外力摩擦石墨烯時，原子力顯微鏡探針將帶動石墨烯與二氧化硅或者硅基底產生摩擦，從而探針，石墨烯和基底構成三層摩擦結構；在三層摩擦結構下，二氧化硅或者硅基底會產生納米凸結構。這種加工微凸結構的方法對加工環境的要求較高，加工工藝復雜，加工出的微凸結構不規則。

發明內容

本發明的目的在于提供一種刀具表面凹-凸結合型微結構設計與加工方法。

本發明一種帶有凹-凸結合型微結構的機加工刀具，包括刀具主體和開設在前刀面上的微結構陣列。微結構陣列內的單個微結構單元包括同心且由外至內依次排列的外環槽、內環槽和中心錐凸起。中心錐凸起的尖端高于前刀面。

作為優選，所述的刀具主體為車刀或拉刀。

作為優選，所述的外環槽和內環槽的縱截面均呈等腰梯形。

作為優選，所述內環槽和外環槽的深度均為39～40μm。

作為優選，所述內環槽的大徑為250μm；外環槽的大徑為500μm。相鄰兩個單個微結構單元的中心為L，取值為600μm。

該機加工刀具的加工方法如下：

步驟一、將被加工刀具安裝到制備刀具的下方，并使得前刀面朝上設置；制備刀具的刀尖形狀與微結構單元軸截面的一般對應。

步驟二、制備刀具在被加工刀具上依次旋轉壓印出微結構陣列。

步驟三、對微結構陣列進行尺寸檢驗。

作為優選，在步驟二中，制備刀具以S形軌跡依序旋轉壓印出各微結構單元。

作為優選，制備刀具的刀尖采用金剛石。