專利名稱：一種自潤滑與自冷卻的干切削刀具及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自潤滑與自冷卻雙重效 用的干切削刀具及其制備方法。
背景技術(shù)：
切削液的主要作用是改善切削過程的摩擦潤滑狀態(tài)，降低切削溫度，從而延長刀 具壽命、提高工件加工表面質(zhì)量。但是，隨著切削液用量的增加，其負(fù)面影響也越來越大，切 削液的制造、使用及排放需消耗大量的能源和資源，增加了產(chǎn)品的制造成本，且切削液會對 環(huán)境造成嚴(yán)重污染，并損害工人健康。解決這一問題的辦法是采用干切削加工技術(shù)。但是 干切削加工時，由于沒有切削液的潤滑與冷卻作用，刀具_(dá)工件之間的摩擦加劇，切削溫度 急劇升高，刀具的磨損嚴(yán)重，刀具壽命下降，加工表面質(zhì)量惡化。為此，急需尋找一種新技術(shù) 來減小干切削加工時刀具與工件之間的摩擦、降低切削溫度。中國專利“專利號ZL 2004100242261”報道了 Al203/TiC/CaF2自潤滑陶瓷刀具材 料，它是將CaF2固體潤滑劑添加到Al203/TiC陶瓷刀具材料中制成自潤滑陶瓷刀具材料。中 國專利“專利號ZL 200610068975. 3”報道了自潤滑復(fù)合軟涂層刀具，該刀具涂有MoS2固體 潤滑劑層，以實(shí)現(xiàn)刀具的自潤滑。中國專利“申請?zhí)?200710017168. 3”報道了微池自潤滑 刀具，該刀具是在刀具前刀面刀-屑接觸區(qū)加工多個微孔并填充固體潤滑劑，以實(shí)現(xiàn)刀具 的自潤滑。中國文獻(xiàn)“機(jī)械工程學(xué)報” (1989,25(1) 8 12)報道了熱管車刀的研制，它是 在機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的導(dǎo)桿內(nèi)部加工熱管來強(qiáng)化刀具在切削加工時的散熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，改進(jìn)刀具進(jìn)行干切削加工時的潤滑 與冷卻效果，提供一種自潤滑與自冷卻雙重效用的干切削刀具及其制備方法。本發(fā)明是通 過以下方式實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的一種自潤滑與自冷卻干切削刀具，該刀具材料為高速鋼，該刀具前刀面 刀-屑接觸區(qū)帶有填充固體潤滑劑的微型減摩槽，刀體內(nèi)部設(shè)有封閉的液體介質(zhì)冷卻腔。 本發(fā)明的一種自潤滑與自冷卻干切削刀具的制備方法，刀體為高速鋼車刀，該制備方法 為(1)在刀體內(nèi)加工出橫截面為矩形的內(nèi)腔，腔體沿刀體后部開口，保證腔體壁的厚 度為5 8mm ；腔體內(nèi)表面為多孔狀凹坑；(2)選擇銅板為刀體冷卻腔的后端封蓋，銅板厚度為5mm左右，在銅板中間位置加 工出通孔，孔徑為6 10mm，取一根直徑與孔配合的銅管作為封口管，將其與銅板上通孔緊 密焊接；并將封蓋銅板與刀體后端焊接，形成冷卻腔體；(3)通過封口管向腔體內(nèi)充裝液態(tài)工作介質(zhì)，對刀體進(jìn)行加熱，使管腔內(nèi)液態(tài)工 質(zhì)沸騰以排除管腔內(nèi)的空氣，待液態(tài)工質(zhì)沸騰片刻后用封口鉗夾扁封口管并焊錫密封，充 裝的液體介質(zhì)為蒸餾水，也可采用酒精或丙酮，充裝液體的體積占冷卻腔總?cè)莘e的50% 70% ；(4)在刀具前刀面刀-屑接觸區(qū)加工出數(shù)十個交叉排列的微型的矩形凹槽，每個 微型槽的寬度為50 100 μ m,微型槽的深度為100 250 μ m,槽的長度為1 3mm，槽中心 間距為100 300 μ m ；(5)在每個微型槽中填充粒徑為0. 5 2μπι的固體潤滑劑粉末，固體潤滑劑為 MoS2,也可采用WS2、CaF2、石墨。該刀具前刀面刀-屑接觸區(qū)帶有多個填充固體潤滑劑的微型減摩槽，減摩槽中的 固體潤滑劑在切削熱和切屑擠壓的共同作用下拖敷于刀具前刀面形成連續(xù)的固態(tài)潤滑膜， 以實(shí)現(xiàn)刀具的自潤滑功能；而刀體內(nèi)部有自循環(huán)冷卻腔，切削加工時，冷卻腔內(nèi)的液態(tài)工質(zhì) 吸收刀具切削部分傳來的熱量，能夠有效的加強(qiáng)刀具切削部分的散熱，從而實(shí)現(xiàn)刀具的自 冷卻。該刀具既可減小刀具與工件之間的摩擦，又可降低切削溫度，具有自潤滑和自冷卻雙 重功能。通過上述方法制備的自潤滑與自冷卻干切削刀具，該自潤滑與自冷卻雙重效用干 切削刀具可廣泛應(yīng)用于干切削，尤其是切削溫度較高的難加工材料的切削加工，能夠克服 切削液造成的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，降低成本。
四

圖1為本發(fā)明的微型減摩槽示意圖，其中1為填充固體潤滑劑的減摩槽，2為刀具 前刀面。圖2為自潤滑與自冷卻干切削刀具的示意圖，其中1為填充固體潤滑劑的減摩 槽，2為刀具前刀面，3為刀具后刀面，4為刀體，5為冷卻腔端蓋，6為多孔組織層，7為冷卻 腔腔體，8為冷卻腔工質(zhì)，9為封口管。
五具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的兩個最佳實(shí)施例實(shí)施例1 一種自潤滑與自冷卻干切削刀具，該刀具材料為高速鋼，刀具前刀面2的刀屑接 觸區(qū)帶有多個填充固體潤滑劑的微型減摩槽1，刀體4內(nèi)帶有封閉式自循環(huán)冷卻腔。其制備 方法如下1.采用電火花加工技術(shù)從刀體4的后端向前加工出內(nèi)腔7，腔體7為沿刀體截面 居中的橫截面為18 X 18mm的矩形，保證刀具腔體上下左右壁厚均為6mm，腔體7前端加工到 靠近刀體4前端的地方，保證腔體前端壁厚與側(cè)面壁厚相當(dāng)；2.取厚度為5mm、形狀尺寸為30X30mm的銅板作為刀體冷卻腔的后端封蓋5，采 用電火花加工方法在封蓋5中間位置加工出孔徑為IOmm的通孔，取直徑配合的銅管插入通 孔，采用氬弧焊的方法將銅管9與端蓋5上的通孔焊接；采用氬弧焊的方法將端蓋5與刀體 4后端焊接；3.通過封口管9向冷卻腔7內(nèi)充裝蒸餾水，使蒸餾水占冷卻腔總?cè)莘e的60%，對 刀體4進(jìn)行加熱，使冷卻腔7內(nèi)的蒸餾水沸騰以排除管腔內(nèi)的空氣，待蒸餾水沸騰片刻后用 封口鉗夾扁封口管9并焊錫密封；4.采用激光加工技術(shù)在刀具前刀面刀-屑接觸區(qū)加工出5個與主切削刃平行的減摩槽，加工出10個與主切削刃垂直的減摩槽，交叉排列，每個減摩槽寬度為60 μ m，深度為 150 μ m，槽中心間隔為200 μ m，其中與主切削刃平行的減摩槽長度為2mm，與主切削刃垂直 的減摩槽長度為Imm ；5.在每個減摩槽1中填充粒徑為1. 5 μ m的固體潤滑劑粉末，固體潤滑劑的種類為 MoS2 ；6.采用該刀具進(jìn)行干切削加工時，減摩槽1中的固體潤滑劑析出在刀具前刀面2 的刀-屑接觸區(qū)形成連續(xù)的固態(tài)潤滑層，冷卻腔7中的工質(zhì)8能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)的蒸發(fā)、冷凝和 回流。實(shí)施例2 如實(shí)施例1所述的一種自潤滑與自冷卻干切削刀具，所不同的是冷卻腔的工質(zhì)、 減摩槽尺寸、潤滑劑種類有所區(qū)別，其制備方法如下1.采用電火花加工技術(shù)從刀體4的后端向前加工出內(nèi)腔7，腔體7為沿刀體截面 居中的橫截面為15 X 15mm的矩形，保證刀具腔體上下左右壁厚均為5mm，腔體7前端加工到 靠近刀體4前端的地方，保證腔體前端壁厚與側(cè)面壁厚相當(dāng)；2.取厚度為5mm、形狀尺寸為25 X 25mm的銅板作為刀體冷卻腔的后端封蓋5，采用 電火花加工方法在封蓋5中間位置加工出孔徑為8mm的通孔，取直徑配合的銅管插入通孔， 采用氬弧焊的方法將銅管9與端蓋5上的通孔焊接；采用氬弧焊的方法將端蓋5與刀體4 后端焊接；3.通過封口管9向冷卻腔7內(nèi)充裝丙酮，使丙酮占冷卻腔總?cè)莘e的50%，對刀體 4進(jìn)行加熱，使冷卻腔7內(nèi)的丙酮沸騰以排除管腔內(nèi)的空氣，待丙酮沸騰片刻后用封口鉗夾 扁封口管9并焊錫密封；4.采用激光加工技術(shù)在刀具前刀面刀_屑接觸區(qū)加工出4個與主切削刃平行的 減摩槽，加工出8個與主切削刃垂直的減摩槽，交叉排列，每個減摩槽寬度為80 μ m,深度為 200 μ m,槽中心間隔為250 μ m,其中與主切削刃平行的減摩槽長度為2mm，與主切削刃垂直 的減摩槽長度為Imm ；5.在每個減摩槽1中填充粒徑為1 μ m的固體潤滑劑粉末，固體潤滑劑的種類為石墨
權(quán)利要求
1. 一種自潤滑與自冷卻干切削刀具，該刀具材料為高速鋼，其特征是該刀具前刀面 刀-屑接觸區(qū)帶有填充固體潤滑劑的微型減摩槽，刀體內(nèi)部設(shè)有封閉的液體介質(zhì)冷卻腔。
2. 一種自潤滑與自冷卻干切削刀具的制備方法，刀體為高速鋼車刀，其特征是該制備 方法為(1)在刀體內(nèi)加工出橫截面為矩形的內(nèi)腔，腔體沿刀體后部開口，保證腔體壁的厚度為 5 8mm ；腔體內(nèi)表面為多孔狀凹坑；(2)選擇銅板為刀體冷卻腔的后端封蓋，銅板厚度為5mm左右，在銅板中間位置加工出 通孔，孔徑為6 10mm，取一根直徑與孔配合的銅管作為封口管，將其與銅板上通孔緊密焊 接；并將封蓋銅板與刀體后端焊接，形成冷卻腔體；(3)通過封口管向腔體內(nèi)充裝液態(tài)工作介質(zhì)，對刀體進(jìn)行加熱，使管腔內(nèi)液態(tài)工質(zhì)沸騰 以排除管腔內(nèi)的空氣，待液態(tài)工質(zhì)沸騰片刻后用封口鉗夾扁封口管并焊錫密封，充裝的液 體介質(zhì)為蒸餾水，也可采用酒精或丙酮，充裝液體的體積占冷卻腔總?cè)莘e的50% 70% ；(4)在刀具前刀面刀-屑接觸區(qū)加工出數(shù)十個交叉排列的微型的矩形凹槽，每個微型 槽的寬度為50 100 μ m,微型槽的深度為100 250 μ m,槽的長度為1 3mm，槽中心間距 為 100 300μπι ；(5)在每個微型槽中填充粒徑為0.5 2 μ m的固體潤滑劑粉末，固體潤滑劑為MoS2, 也可采用WS2、CaF2、石墨。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種自潤滑與自冷卻的干切削刀具及其制備方法，屬機(jī)械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域。該刀具的前刀面刀-屑接觸區(qū)帶有多個填充固體潤滑劑的微型減摩槽，減摩槽中的固體潤滑劑在切削熱和切屑擠壓的共同作用下拖敷于刀具前刀面形成連續(xù)的固態(tài)潤滑膜，以實(shí)現(xiàn)刀具的自潤滑功能；而刀體內(nèi)部有自循環(huán)冷卻腔，切削加工時，冷卻腔內(nèi)的液態(tài)介質(zhì)吸收刀具切削部分傳來的熱量，能夠有效的加強(qiáng)刀具切削部分的快速散熱和冷卻，從而實(shí)現(xiàn)刀具的自冷卻。該刀具既可減小刀具與工件之間的摩擦，又可降低切削溫度，從而減小刀具磨損，提高工件加工質(zhì)量和刀具耐用度，可廣泛應(yīng)用于干切削和難加工材料的切削加工，實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)。
文檔編號B23B27/10GK102000841SQ20101029112
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者亓婷, 吳澤, 鄧建新 申請人:山東大學(xué)