專利名稱：一種微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具及其制備方法
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，特別是涉及一種微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于切削液費(fèi)用較高，且造成環(huán)境污染，因此，干切削加工已成為未來(lái)金屬切削加工的發(fā)展趨勢(shì)之一。但是干切削也存在不足由于缺少切削液的潤(rùn)滑和冷卻作用，刀具與工件之間的摩擦加劇，切削溫度升高，刀具的磨損嚴(yán)重，刀具壽命下降，加工表面質(zhì)量惡化。陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨性好、耐熱性及化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良特點(diǎn)，目前已成為干切削及難加工材料的主要刀具之一。但高速干切削時(shí)，前刀面上刀屑之間的摩擦異常劇烈，產(chǎn)生了大量的熱，導(dǎo)致了刀具的壽命下降。因此迫切需要研究開(kāi)發(fā)無(wú)污染、高效率的新型潤(rùn)滑方式，來(lái)降低高速干切削時(shí)的摩擦以提高刀具壽命。自潤(rùn)滑刀具是指刀具本身具有減摩和抗磨作用，在沒(méi)有外加潤(rùn)滑液或潤(rùn)滑劑的條件下，刀具本身就具有一定的潤(rùn)滑功能，可改善干切削過(guò)程的摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)刀具自潤(rùn)滑的意義在于可降低摩擦、減小磨損、省掉冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)、克服切削液造成的環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)。因此，可以說(shuō)自潤(rùn)滑刀具是一種潔凈的干切削刀具。中國(guó)專利“申請(qǐng)?zhí)?00710017168. 3”報(bào)道了一種微池自潤(rùn)滑刀具及其制備方法，它采用微細(xì)電火花在刀具前刀面刀-屑接觸區(qū)加工出微孔，將固體潤(rùn)滑劑填充到微孔中，在切削時(shí)潤(rùn)滑劑析出形成潤(rùn)滑膜從而起到潤(rùn)滑作用。中國(guó)專利“申請(qǐng)?zhí)?01110089826. 6”報(bào)道了一種微織構(gòu)自潤(rùn)滑鉆頭及其制備方法，它是采用激光加工技術(shù)在鉆頭前刀面刀-屑接觸區(qū)加工出不同形貌的槽或孔微織構(gòu)，然后在織構(gòu)中填充固體潤(rùn)滑劑，從而實(shí)現(xiàn)鉆頭的自潤(rùn)滑作用。中國(guó)專利“申請(qǐng)?zhí)?01010124734. 2”報(bào)道了微納復(fù)合織構(gòu)化刀具的飛秒激光制備方法，利用飛秒激光與材料之間相互作用的獨(dú)特性質(zhì)，在刀具表面進(jìn)行微納織構(gòu)以及微/納復(fù)合織構(gòu)制備，改善了刀具的抗磨損性能，提高其使用壽命。

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，提供一種微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具及其制備方法。該陶瓷刀具采用激光加工技術(shù)前刀面上加工出微米級(jí)織構(gòu)，在負(fù)倒棱上加工出納米級(jí)織構(gòu)，并分別在微米級(jí)織構(gòu)與納米級(jí)織構(gòu)中填充固體潤(rùn)滑劑，在干切屑時(shí)，微納復(fù)合織構(gòu)與固體潤(rùn)滑劑的雙重作用能夠?qū)崿F(xiàn)減小摩擦，降低切削力和切削溫度，從而可達(dá)到阻止粘結(jié)、減小摩擦、降低磨損，提高刀具使用壽命。本發(fā)明通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)一種微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具，該刀具材料為Al2O3基陶瓷或Si3N4基陶瓷，其特征是在刀具前刀面上加工出微米級(jí)織構(gòu)，在刀具負(fù)倒棱上加工出納米級(jí)織構(gòu)，并分別在微米級(jí)織構(gòu)和納米級(jí)織構(gòu)中填充固體潤(rùn)滑劑。微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具的制備方法，其制備方法的步驟為
(I)將陶瓷刀具前刀面和負(fù)倒棱研磨拋光，并分別在丙酮和酒精溶液中清洗20min，進(jìn)行去油污處理；(2)采用激光打標(biāo)機(jī)在陶瓷刀具前刀面加工出微米級(jí)織構(gòu)，織構(gòu)槽寬為30-50 μ m,深度為 50-100 μ m,間距為 100-400 μ m ；(3)采用飛秒激光在陶瓷刀具負(fù)倒棱上加工出納米級(jí)織構(gòu)，織構(gòu)槽寬為20_50nm，深度為10-30nm，間距為20_50nm ；(4)分別在微米級(jí)織構(gòu)與納米級(jí)織構(gòu)中填充固體潤(rùn)滑劑，固體潤(rùn)滑劑為MoS2、WS2、CaF2或石墨。通過(guò)上述制備的微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具，刀具前刀面帶有存儲(chǔ)固體潤(rùn)滑劑的微米級(jí)織構(gòu)，刀具負(fù)倒棱上帶有存儲(chǔ)固體潤(rùn)滑劑的納米級(jí)織構(gòu)。在干切屑時(shí)，微納復(fù)合織構(gòu)與固體潤(rùn)滑劑的雙重作用能夠?qū)崿F(xiàn)減小摩擦，降低切削力和切削溫度，從而可達(dá)到阻止粘結(jié)、減小摩擦、降低磨損，提高刀具使用壽命。該刀具是一種適合干切削和難加工材料切削加工的自潤(rùn)滑陶瓷刀具。
四

圖1為本發(fā)明的微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具的正面示意圖，其中1為前刀面，2為負(fù)倒棱，3為微米級(jí)織構(gòu)，4為納米級(jí)織構(gòu)。圖2為本發(fā)明的微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具的側(cè)面示意圖，其中5為填充固體潤(rùn)滑劑的微米級(jí)織構(gòu)，6為填充固體潤(rùn)滑劑的納米級(jí)織構(gòu)。
五具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的二個(gè)最佳實(shí)施例實(shí)例1:一種微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具及其的制備方法，該刀具材料為Al2O3基陶瓷，其特征是在刀具前刀面I上加工出微米級(jí)織構(gòu)3，在刀具負(fù)倒棱2上加工出納米級(jí)織構(gòu)4，并分別在微米級(jí)織構(gòu)3和納米級(jí)織構(gòu)4中填充固體潤(rùn)滑劑。其制備工藝步驟如下(I)將刀具前刀面I和負(fù)倒棱2研磨拋光，并分別在丙酮和酒精溶液中清洗20min，進(jìn)行去油污處理；(2)采用激光打標(biāo)機(jī)在陶瓷刀具前刀面加工出微米級(jí)織構(gòu)3，織構(gòu)槽寬50μπι，深度為50 μ m,間距為200 μ m ；(3)采用飛秒激光在陶瓷刀具負(fù)倒棱2上加工出納米級(jí)織構(gòu)4，織構(gòu)槽寬為30nm，深度為20nm,間距為50nm ；(4)在刀具前刀面2上的微米級(jí)織構(gòu)3中填充直徑小于2 μ m的MoS2固體潤(rùn)滑劑粉末，在刀具負(fù)倒棱3上的納米級(jí)織構(gòu)4中填充直徑小于20nm的MoS2固體潤(rùn)滑劑粉末。實(shí)例2 :—種微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具及其的制備方法，該刀具材料為Si3N4基陶瓷，其特征是在刀具前刀面上加工出微米級(jí)織構(gòu)，在刀具負(fù)倒棱上加工出納米級(jí)織構(gòu)，并分別在微米級(jí)織構(gòu)和納米級(jí)織構(gòu)中填充固體潤(rùn)滑劑。其制備工藝步驟如下(5)將刀具前刀面和負(fù)倒棱研磨拋光，并分別在丙酮和酒精溶液中清洗20min，進(jìn)行去油污處理；(6)采用激光打標(biāo)機(jī)在陶瓷刀具前刀面加工 出微米級(jí)織構(gòu)，織構(gòu)槽寬50 μ m,深度為100 μ m,間距為250 μ m ；(7)采用飛秒激光在陶瓷刀具負(fù)倒棱上加工出納米級(jí)織構(gòu)，織構(gòu)槽寬為20nm，深度為30nm,間距為40nm ；(8)在刀具前刀面上的微米級(jí)織構(gòu)中填充直徑小于2 μ m的WS2固體潤(rùn)滑劑粉末，在刀具負(fù)倒棱上的納米級(jí)織構(gòu)中填充直徑小于20nm的WS2固體潤(rùn)滑劑粉末。
權(quán)利要求
1.一種微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具，該刀具材料為Al2O3基陶瓷或Si3N4基陶瓷，其特征是在刀具前刀面上加工出微米級(jí)織構(gòu)，在刀具負(fù)倒棱上加工出納米級(jí)織構(gòu)，并分別在微米級(jí)織構(gòu)和納米級(jí)織構(gòu)中填充固體潤(rùn)滑劑。
2.一種微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具的制備方法，其特征在于，制備方法的步驟為(1)將陶瓷刀具前刀面和負(fù)倒棱研磨拋光，并分別在丙酮和酒精溶液中清洗20min，進(jìn)行去油污處理；(2)采用激光打標(biāo)機(jī)在陶瓷刀具前刀面加工出微米級(jí)織構(gòu)，織構(gòu)槽寬為30-50μ m，深度為 50-100 μ m,間距為 100-400 μ m ；(3)采用飛秒激光在陶瓷刀具負(fù)倒棱上加工出納米級(jí)織構(gòu)，織構(gòu)槽寬為20-50nm，深度為 10-30nm,間距為 20_50nm ；(4)分別在微米級(jí)織構(gòu)與納米級(jí)織構(gòu)中填充固體潤(rùn)滑劑，固體潤(rùn)滑劑為MoS2、WS2、CaF2 或石墨。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微納復(fù)合織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具及其制備方法。該陶瓷刀具采用激光加工技術(shù)在前刀面上加工出微米級(jí)織構(gòu)，在負(fù)倒棱上加工出納米級(jí)織構(gòu)，并分別在微米級(jí)織構(gòu)與納米級(jí)織構(gòu)中填充固體潤(rùn)滑劑，在干切屑時(shí)，微納復(fù)合織構(gòu)與固體潤(rùn)滑劑的雙重作用能夠?qū)崿F(xiàn)減小摩擦，降低切削力和切削溫度，從而可達(dá)到阻止粘結(jié)、減小摩擦、降低磨損，提高刀具使用壽命。該陶瓷刀具可以廣泛應(yīng)用于高速干切削和難加工材料的切削加工，可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。
文檔編號(hào)B23B27/14GK103028746SQ201210447210
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者邢佑強(qiáng), 鄧建新, 吳澤, 連云崧, 馮秀亭 申請(qǐng)人:山東大學(xué)