一种刀具表面复合造型处理方法及其装置

摘要

本发明为一种刀具表面复合造型处理方法及其装置，在刀具的主要摩擦、磨损表面进行微织构复合形貌的主动处理，属于机械制造领域。通过高能激光束或高能电子束在刀具主要摩擦、磨损部位加工出三种微结构造型，分别为微凹腔，熔凝凸起和微沟槽。本发明延长了刀具连续使用寿命、改善了刀具的切削质量、提高了工件加工后的表面质量和切削及冷却性能、降低金属切削的机加工成本。本发明还公开了一种实施上述复合造型处理方法的加工装置。该装置结合了高能技术与数控技术，能够高效、稳定的在刀具主要切削工作面上加工出预先设定的复合微结构形貌及其分布。本发明方法及其装置加工对象为切屑加工中的各种刀具。

主权项

一种刀具表面复合造型处理方法，其特征在于包括如下步骤：A）在金属切削刀具（1）表面划分区域，加工影响区（16）是刀具表面受到切削作业影响的区域，包括了切削区（18）和主磨损区（17）及向刀具（1）表面其它区域的延伸，延伸出的区域为刀具（1）表面冷却液易于到达的位置，切削区（18）和主磨损区（17）是冷却液不易到达或者损耗很快的位置；切削区（18）是在刀具（1）切削过程完成去除被切削工件（3）材料任务的区域；主磨损区（17）是在刀具（1）切削过程中对切屑起支撑作用的区域，切屑在这一区域开始与刀具分离；切削区（18）和主磨损区（17）各区域的边界和切削刃平行；B）为切削区（18）和主磨损区（17）及向刀具（1）表面其它区域的延伸三个区域设计造型方案，切削区（18）为熔凝凸起阵列的熔凝微造型（2），其面积占有率为5%~50%，熔凝凸起的高度1~20微米，直径20~500微米；主磨损区（17）为微凹腔（15）阵列的微凹腔造型（6），其面积占有率5%~50%，微凹腔（15）的深度2~25微米，直径10~100微米；在加工影响区（16）为连接并贯穿切削区（18）和主磨损区（17）的含有多条微沟槽（12）的微沟槽的微造型（8），微沟槽（12）宽10~250微米，深2~25微米，其为直线或者曲线且为多种宽度、深度、延展方向的组合；其中，面积占有率为造型边界（29）所围面积与对应造型区域总面积的比值，直径为造型边界（29）所围图形的最大内切圆直径，深度为造型边界（29）最深处至基体材料（5）表面的距离，高度为熔凝凸起最高点至基体材料（5）表面的距离；C）将刀具（1）固定在刀具夹具（40）上；D）熔凝微造型（2）、微凹腔造型（6）和微沟槽的微造型（8）通过高能能量束对刀具（1）表面材料的融化或气化获得；微沟槽的微造型（8）为多条由微凹腔（15）线性排列、连接而成的微沟槽（12）；熔凝微造型（2）由熔凝凸起阵列而成；微凹腔造型（6）由微凹腔（15）阵列而成，加工后的影响边界（30）内含有硬化区（20），硬化区（20）为热效应影响区域，硬度上升；E）表面检测装置观测及检验表面形貌，判定是否达到预期造型目标，判断标准为，造型区域边界偏差小于2mm，微凹腔（15）和熔凝凸起90%满足尺寸要求：成功造型的刀具（1）进行步骤F），不成功造型的刀具（1）将原有造型磨去回到步骤C）；F）使用造型后的刀具（1），重复步骤A），即通过加工观测法或刀具观测法二次优化表面的区域分布，确定最终的区域划分，用于大批量刀具（1）的表面复合造型处理加工。