[發(fā)明專利]一種微織構(gòu)刀具刀體材料性能提升的方法及輔助裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110855022.6
• 申請日: 2021-07-28
• 公開（公告）號: CN113560737B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佟欣;曲強(qiáng);申佳寧;王宇;郭朝陽
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/14;B23K26/70
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 宋曉曉

本發(fā)明涉及一種表面微織構(gòu)制備過程中基體材料性能提升的方法及輔助裝置。該方法及裝置包括：利用惰性輔助氣體來抑制噴濺熔融物質(zhì)的燃燒、利用冷卻氣體對已加工工件進(jìn)行快速冷卻、以及帶有紅外溫度監(jiān)測計(jì)和一體式雙通道氣體噴射器的控制系統(tǒng)。本發(fā)明的方法是將工件固定在操作臺，設(shè)定激光加工參數(shù)后，在進(jìn)行激光微織構(gòu)的加工同時(shí)利用溫度監(jiān)測計(jì)對溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，對輔助氣體進(jìn)氣閥門和冷卻氣體進(jìn)氣閥門進(jìn)行自動控制。本發(fā)明通過以上方法對激光加工微織構(gòu)刀具的切削性能進(jìn)行了改善，對難加工材料切削行業(yè)有著重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及微織構(gòu)加工領(lǐng)域，具體地說，涉及一種表面微織構(gòu)制備過程中基體材料性能提升的方法及輔助裝置。

背景技術(shù)

表面微織構(gòu)是一種新穎的制造方法，原理是通過改變刀具的表面結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對環(huán)境友好的機(jī)械加工。表面微織構(gòu)可用于改變機(jī)械加工中的切削機(jī)制，從而影響諸如摩擦、潤濕性、反射率、吸收率、粘附性和疏水性等性能。目前，在機(jī)械制造行業(yè)中表面微織構(gòu)已廣泛應(yīng)用于各類零部件，例如機(jī)械密封、止推軸承、液壓馬達(dá)、活塞和假肢關(guān)節(jié)。此外，表面微織構(gòu)在切削刀具中也具有廣泛的應(yīng)用，并極大提高了刀具性能。當(dāng)前，微織構(gòu)刀具已經(jīng)應(yīng)用在難切削材料加工加工、航空航天、醫(yī)療機(jī)械等諸多領(lǐng)域。

然而，在微織構(gòu)的制備過程中，由于激光瞬間能量高導(dǎo)致的瞬間高溫會使材料表面迅速熔化并氣化，部分熔融狀態(tài)的材料在空氣中急速冷卻會在表面形成毛刺。毛刺會改變刀具的表面粗糙度，嚴(yán)重影響刀具的切削性能。同時(shí)也會導(dǎo)致刀具切削過程出現(xiàn)噪音，加快了刀具的磨損。

而目前已有的去除微織構(gòu)加工毛刺的方法都有不足之處。如專利申請?zhí)枮?021101720315(授權(quán)公告號為CN112975121A，授權(quán)公告日為2021年6月18日)的專利公開了一種防熔渣飛濺的鋼材表面微織構(gòu)激光加工方法。該方法為將鋼材放入置有油液的盒子里。待油液沒過鋼材表面，使用激光打標(biāo)機(jī)對鋼材表面進(jìn)行微織構(gòu)的置入。該方法利用油液的隔絕空氣的作用來抑制熔融毛刺的產(chǎn)生，但忽略激光高溫會使油液瞬間沸騰，易造成迸濺。其次，由于油液的折射，微織構(gòu)的位置會發(fā)生偏移，達(dá)不到預(yù)期的效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提出一種方案，旨在在微織構(gòu)加工過程中改善刀具的切削性能。

本發(fā)明是這樣構(gòu)思的：

一種在加工過程中改善微織構(gòu)刀具切削性能的方法，其特征在于：

(1)利用惰性輔助氣體的抑燃特性來抑制熔融雜質(zhì)產(chǎn)生。所選擇的惰性氣體為氮?dú)猓獨(dú)馔ǔ顩r下是一種無色無味的氣體，化學(xué)性質(zhì)很不活潑，常溫下很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。因此氮?dú)饪梢云鸬揭种迫紵淖饔谩?/p>

(2)在激光加工完成后對工件進(jìn)行快速冷卻，方法是向加工過的工件通冷卻氣體，快速冷卻可以使金屬中的晶粒變細(xì)，晶粒越細(xì)，晶界越多，強(qiáng)度、硬度越高。

(3)氣體噴射器與控制系統(tǒng)相連，設(shè)計(jì)的噴射器裝置為一體式雙通道噴射器，輔助氣體與冷卻氣體分別從兩個(gè)通道進(jìn)入噴射器，并從兩個(gè)通道分別噴出。具有體積小，質(zhì)量輕，功能性強(qiáng)的特點(diǎn)。且裝置包括紅外溫度監(jiān)測計(jì)，當(dāng)檢測到工件溫度瞬間升高時(shí)，將信號傳給控制系統(tǒng)，迅速將輔助氣體自動閥門打開；檢測到迅速降溫，則關(guān)閉輔助氣體自動閥門、打開冷卻氣體自動閥門；檢測到冷卻到室溫時(shí)，便自動關(guān)閉冷卻氣體閥門。而在實(shí)現(xiàn)自動工作的同時(shí)，也對兩個(gè)進(jìn)氣管的手動閥門進(jìn)行了保留，以免系統(tǒng)故障時(shí)無法及時(shí)開關(guān)閥門。

該方法包括以下步驟：

步驟一、將待加工工件放置在操作臺上；

步驟二、設(shè)定激光加工參數(shù)，將激光打標(biāo)機(jī)對準(zhǔn)試件，將紅外溫度監(jiān)測計(jì)對準(zhǔn)待加工工件的表面；

步驟三、打開激光打標(biāo)機(jī)開關(guān)，并對噴射器位置進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)；

步驟四、輔助氣體與冷凝氣體工作完畢后，檢查閥門是否關(guān)緊；