本發(fā)明涉及一種織構(gòu)構(gòu)形及刀具和設(shè)計(jì)方法，更具體地說是仿穿山甲鱗片橫向棱紋的剖面形狀的織構(gòu)及刀具和設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

在對(duì)各種工件材料進(jìn)行切削加工過程中，優(yōu)化刀具幾何形狀，減少被切削材料對(duì)刀具的摩擦，降低切削阻力，提高切削效率，降低生產(chǎn)成本，是人們十分關(guān)注的問題。

現(xiàn)代仿生摩擦學(xué)的減阻結(jié)構(gòu)研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：一些動(dòng)物，如昆蟲、蛇、穿山甲、鯊魚等動(dòng)物體表并非是完全光滑的，存在著一種幾何非光滑特征，其特點(diǎn)是一定幾何形狀的微小結(jié)構(gòu)單元隨機(jī)地或規(guī)律地分布于體表某些部位，結(jié)構(gòu)單元形狀有溝槽形、凹坑形、凸包形和鱗片形等。摩擦表面并非越光滑則摩擦力越小，這些具有一定非光滑形態(tài)的微觀表面形貌(表面織構(gòu))的表面往往具有更小的摩擦阻力及較強(qiáng)的抗破損能力，而且不同非光滑表面的形態(tài)對(duì)減摩性能有不同程度的影響。

目前人們所設(shè)計(jì)的刀具表面織構(gòu)的形狀大多數(shù)為三角形，當(dāng)三角形溝槽的寬度較大時(shí)，在刀具前刀面上會(huì)產(chǎn)生“二次切削”的現(xiàn)象，反而會(huì)使切削阻力增加，達(dá)不到降低切削阻力的目的，因此，通過本發(fā)明的設(shè)計(jì)，可以解決三角形織構(gòu)溝槽當(dāng)寬度較大時(shí)，在刀具前刀面上產(chǎn)生“二次切削”的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)及刀具和設(shè)計(jì)方法，以減少刀具前刀面的摩擦、減少了刀-屑之間的摩擦，提高刀具的切削效率，并應(yīng)用在刀具前刀面表面織構(gòu)構(gòu)形的設(shè)計(jì)中。

通過對(duì)仿生對(duì)象穿山甲鱗片橫向棱紋的剖面形狀進(jìn)行提取，擬合得到其剖面曲線的擬合方程，將擬合方程應(yīng)用于刀具前刀面表面織構(gòu)構(gòu)形的設(shè)計(jì)；并確定了決定刀具前刀面表面織構(gòu)構(gòu)形的主要參數(shù)。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

一種易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)，所述織構(gòu)的剖面形狀為穿山甲鱗片橫向棱紋的剖面形狀；所述剖面形狀由兩段線段組成，當(dāng)x在(0，a)區(qū)間，剖面線為拋物線；當(dāng)x在(0，-b)區(qū)間，剖面線為斜線，所述剖面線的方程如下：

上述方程所描述的剖面線如圖3所示，圖中：

x—為仿生構(gòu)形織構(gòu)剖面線的橫向坐標(biāo)；

y—為仿生構(gòu)形織構(gòu)剖面線的縱向坐標(biāo)；

a—為仿生構(gòu)形織構(gòu)剖面線中拋物線部分的橫向長度；

b—為仿生構(gòu)形織構(gòu)剖面線中斜線部分的橫向長度；

h—為仿生構(gòu)形織構(gòu)剖面線的高度。

所述的易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)應(yīng)用在刀具上，構(gòu)成易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)刀具。

所述易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)進(jìn)行刀具的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟一、確定好刀具的前角和后角，畫出刀具在垂直于主切削刃的正交剖面內(nèi)的二維剖面圖，刀具在正交平面內(nèi)的剖面由前刀面(切屑流出的面)、后刀面及刀具刀尖組成；

步驟二、在刀具的前刀面1上離刀尖距離c處開始權(quán)利要求1所述織構(gòu)起始點(diǎn)，所述織構(gòu)的剖面形狀采用公式(1)，圖中織構(gòu)溝槽的寬度為w，等于公式(1)中的a+b；織構(gòu)溝槽的深度為h；織構(gòu)溝槽的形狀由一端拋物線和一段斜線組成。

步驟三、沿刀具前刀面,在距離第一織構(gòu)溝槽結(jié)束點(diǎn)l的位置開始構(gòu)建同第一織構(gòu)相同的織構(gòu)的溝槽—第二個(gè)織構(gòu)溝槽；沿刀具前刀面，在距離第二織構(gòu)溝槽結(jié)束點(diǎn)l的位置開始構(gòu)建同第一織構(gòu)相同的織構(gòu)的溝槽—第三個(gè)織構(gòu)溝槽；如此循環(huán)，直至滿足所需要的織構(gòu)的溝槽長度，從而完成刀具的設(shè)計(jì)。

所設(shè)計(jì)的刀具前刀面織構(gòu)剖面如圖4所示，圖中有關(guān)參數(shù)如下：

c—織構(gòu)起始點(diǎn)離刀具刀尖點(diǎn)的距離；

w—織構(gòu)溝槽的寬度，等于公式中的a+b；

l—相鄰織構(gòu)溝槽間的距離；

h—織構(gòu)溝槽的深度。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

(1)本發(fā)明將所獲得的易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)的形狀應(yīng)用在刀具前刀面的織構(gòu)設(shè)計(jì)上，可使刀具前刀面的摩擦減少，切削力下降，切削功率降低。

(2)本發(fā)明根據(jù)穿山甲鱗片橫向棱紋的剖面形狀，設(shè)計(jì)的一種易導(dǎo)入的仿生構(gòu)形織構(gòu)，并應(yīng)用在刀具的前刀面上。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：所設(shè)計(jì)的仿生構(gòu)形織構(gòu)刀具具有減小切削力的效果，表明所設(shè)計(jì)的織構(gòu)構(gòu)形在與切屑摩擦過程中容易導(dǎo)入，減少了刀-屑之間的摩擦。

附圖說明

圖1為穿山甲鱗片外貌；

圖2為穿山甲鱗片橫向棱紋的微觀形貌；

圖3為易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)的形狀；

圖4為所設(shè)計(jì)的刀具前刀面織構(gòu)剖面。

具體實(shí)施方式

如圖1、2所示，本發(fā)明一種易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)的構(gòu)形特點(diǎn)是所述仿生織構(gòu)的構(gòu)形為穿山甲鱗片橫向棱紋的剖面形狀。

易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)的形狀如圖3所示，并按下式表征：

如圖4所示，將所獲得的易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)的形狀應(yīng)用在刀具前刀面的織構(gòu)設(shè)計(jì)上，按如下步驟進(jìn)行：

步驟一、確定好刀具的前角和后角，畫出刀具在垂直于主切削刃的正交剖面內(nèi)的二維剖面圖，如4所示，圖中1為刀具的前刀面，2為刀具的后刀面；

步驟二、在刀具的前刀面1上離刀尖距離c處開始織構(gòu)起始點(diǎn)，織構(gòu)的形狀如公式(1)；

步驟三、沿刀具前刀面,在距離第一織構(gòu)溝槽結(jié)束點(diǎn)l的位置開始構(gòu)建同第一織構(gòu)相同的織構(gòu)的溝槽—第二個(gè)織構(gòu)溝槽；沿刀具前刀面，在距離第二織構(gòu)溝槽結(jié)束點(diǎn)l的位置開始構(gòu)建同第一織構(gòu)相同的織構(gòu)的溝槽—第三個(gè)織構(gòu)溝槽；如此循環(huán)，直至滿足所需要的織構(gòu)的溝槽長度，從而完成刀具的設(shè)計(jì)。

本發(fā)明實(shí)施例，當(dāng)用yt15硬質(zhì)合金刀具切削45鋼時(shí)，當(dāng)?shù)毒叩谋吵缘读繛?.2mm，切削速度為103m/min時(shí)，圖4中的織構(gòu)參數(shù)為：w＝30μm，h＝10μm，l＝50μm，c＝100μm。刀具的前角為0°，后角為5°，主偏角為90°。在干切削時(shí)其主切削力fz和背向力fp比無織構(gòu)刀具的切削力分別減小了8.01％和8.59％，達(dá)到減小切削力的效果。

總之，本發(fā)明可應(yīng)用于切削刀具前刀面的織構(gòu)剖面的設(shè)計(jì)中，使其在用一種合金刀具精加工鋼時(shí)，使其切削力減少了8％左右，刀具使用壽命提高9％。

提供以上實(shí)施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)及刀具和設(shè)計(jì)方法，其特征是所設(shè)計(jì)的易導(dǎo)入仿生構(gòu)形織構(gòu)的剖面形狀為穿山甲鱗片橫向棱紋的剖面形狀，本發(fā)明可應(yīng)用于切削刀具前刀面的織構(gòu)剖面的設(shè)計(jì)中，使其在使用過程中能夠獲得最低的切削阻力及較高的使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：謝峰;韓鳳華;雷小寶;耿林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.02
技術(shù)公布日：2017.09.08