[發明專利]一種斜向厚度復合涂層仿生刀具設計方法

在審

• 申請號: 202111184686.0
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113798802A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 范依航;王冰;郝兆朋;徐永碩
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: B23P15/28
• 分類號: B23P15/28;B08B3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

發明名稱一種斜向厚度復合涂層仿生刀具設計方法摘要本發明公開了一種斜向厚度復合涂層仿生刀具設計方法，刀具基體材料為硬質合金或高速鋼，其具體特征為：在刀具與切屑接觸表面設計一種仿生鯊魚皮盾鱗微織構，在切削刃設計微凹槽的仿生微織構，在基體與微織構表面采用物理氣相沉積PVD(Physical Vapor Deposition)與化學氣相沉積CVD(Chemical Vapor Deposition)相結合的方法沉積斜向不同厚度的復合涂層，設計出全新的斜向厚度復合涂層微織構刀具；鯊魚皮微織構設計可以起到減摩減阻和超疏水的效果，斜向厚度復合涂層可以有效阻止刀具裂紋的擴展；該設計可以使切削液進入刀屑接觸區，減小切削過程中刀具與切屑之間的摩擦和粘結，可以提高刀具減摩潤滑及耐摩擦磨損性能,能夠顯著提高涂層刀具的切削性能,減少裂紋擴展，提高刀具使用壽命。

技術領域

本發明屬于切削刀具技術領域，涉及了一種斜向復合涂層仿生刀具設計方法。

背景技術

難加工材料在切削過程中，切削性能較差，會發生切削力過大、切削溫度較高、刀具磨損嚴重的現象；在加工過程中，刀具的后刀面與已加工表面之間、刀具的前刀面與切屑發生劇烈的摩擦，導致切削刃的溫度升高，刀具發生磨損或者崩刃導致刀具失效，刀具的磨損會導致加工表面質量的變化、表面加工質量的降低；并且隨著刀具損傷的累積，刀具開始出現裂紋，裂紋逐漸擴展導致刀具失效，刀具是影響切削加工質量的最終因素。

由于生物長期經受復雜工況或與周圍環境發生能量與物質的交互作用，優化出各種類型的形態、構形、材料和結構，為人工領域面臨的摩擦問題的研究提供了嶄新的思路，故仿生摩擦學被大量運用到了表面織構的減摩減阻研究中；如中國專利“申請號：201810481164.9”公開了一種深度梯度變化微織構車刀仿生設計方法，采用非接觸激光掃描儀獲取竹鼠切牙點云數據，并重構了切牙三維模型，提取切牙“月牙洼”形貌深度數據，利用“月牙洼”深度數據值，仿生設計深度梯度變化微織構車刀，保留了織構降低刀具切削力的特性，又提高了刀具的結構強度，具有延長刀具使用壽命、提高刀具經濟使用價值的優點。

如中國專利“申請號：201610508122.0”公開了一種固體潤滑的金屬切削刀具及其加工方法，在刀具加工表面有織構形貌,在一所述表面織構形貌中填充固體潤滑劑,在所述表面織構形貌位于切屑流向一側的刀具表面設有凸壩，將一部分固體潤滑劑回流至織構區域,提高固體潤滑劑利用率和保持性，發揮固體潤滑減摩和微凸起脫粘的雙重功能。

如中國專利“申請號:201910620319.7” 公開了一種超疏水仿生數控加工刀具制備方法, 刀具前刀面和后刀面具備微突起和微凹槽組成的兩段式微觀形態、刀尖圓弧半徑處擁有鋸齒狀納織構、并超音速火焰噴涂硬質顆粒包覆固體潤滑劑涂層；采用納秒激光加工技術在刀具前刀面和后刀面制備由微突起和微凹槽組成的兩段式微觀形態，以減小刀-屑接觸面積、減輕刀具與切屑之間的摩擦。

在加工難加工材料時刀-屑界面多處于緊密接觸狀態，外部的切削液只能依靠毛細滲透等方式進入摩擦副接觸界面的邊緣區域，無法發揮其潤滑效果，導致溫升過高，加速刀具磨損，鯊魚表面皮膚沿著流動方向有序地排列著微溝槽結構，其表面特殊的微觀結構不僅表現出來減阻的功能，而且表現出了疏水、降噪、隱形等其他特殊的功能。

發明內容

發明目的：針對目前難加工材料加工過程中切削液很難進入切削區，材料抵抗塑性變形產生超大壓力導致切削刀具的摩擦磨損及裂紋擴展現象，提供一種斜向厚度復合涂層仿生刀具設計方法，本發明仿生微織構可以有效使切削液進入刀屑接觸區，具有降低切削區溫度，減小摩擦磨損，斜向厚度涂層可以有效阻礙裂紋擴展以提高刀具使用壽命的特點。