一种磁化刀具及加工方法和使用方法、切削液及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁化刀具及加工方法和使用方法、切削液及制备方法，涉及切削刀具技术和磁流体制备技术领域。本发明专利技术首先将刀具磁化，然后在刀具上加工有表面织构形貌，所述表面织构形貌为微凹槽织构形貌或导流槽，在所述表面织构形貌中填充磁流体切削液，磁流体切削液在切削加工过程中可源源不断添加。表面织构形貌能够发挥导流、存储磁流体、减摩降磨的作用。本发明专利技术克服了在刀具填充固体润滑剂方法中固体润滑剂消耗得不到补充的缺点,以及传统切削液施加方式中切削液到达不了刀刃最高温处的缺点。本发明专利技术达到了提高刀具耐用度和切削效率，保证工件表面加工质量的目的。

A magnetized tool and processing method and use method, cutting fluid and preparation method

The invention discloses a magnetizing cutter, a processing method and a usage method, a cutting fluid and a preparation method, which relate to the cutting tool technology and the magnetic fluid preparation technology field. The first tool magnetization, then in tool is processed on the surface texture of the surface morphology, texture morphology for micro groove texture morphology or diversion groove, filling magnetic fluid cutting fluid in the texture of the surface morphology, magnetic fluid cutting fluid can be added in the continuous cutting process. The surface texture can play the role of conducting flow, storing magnetic fluid, reducing friction and reducing grinding. The invention overcomes the disadvantage that the solid lubricant consumption can not be complements in the method of filling solid lubricants by cutting tools, and the disadvantage that the cutting fluid cannot reach the highest temperature of the blade in the traditional cutting fluid application mode. The invention has achieved the purpose of improving the tool life and cutting efficiency, and ensuring the quality of the workpiece surface processing.

【技术实现步骤摘要】
一种磁化刀具及加工方法和使用方法、切削液及制备方法
本专利技术涉及机械切削刀具制造技术及磁流体切削液制备领域，特指一种磁化刀具及加工方法和使用方法、切削液及制备方法，用于解决切削液无法到达切削刃最高温处，使用效率低，导致材料加工过程中刀具耐用度和切削效率较低的问题。
技术介绍
金属切削加工过程中，金属切削层在刀具的挤压作用下，产生塑性剪切滑移变形，形成的切屑与刀具、工件之间的剧烈摩擦以及切削热的共同作用下，导致刀具磨损变形，并降低切削质量。通常采用切削液辅助切削，达到传热、润滑、清洗的作用，但传统切削液的施加方式难以将切削液顺利引入刀尖，只能够带走部分切削热量，因而对于加工质量的提高效果有限。因此，刀具表面热量的导出关乎切削加工质量与刀具寿命。微织构刀具是指在刀具前刀面和断屑槽上加工出微米级的沟槽型织构,研究表明，微织构刀具可减小刀屑接触面积和时间，致使热源流入刀具部分减少，进而降低切削温度。磁流体是是一种新型的功能材料，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性，且其属于顺磁材料。是由直径为纳米量级（10纳米以下）的磁性固体颗粒、基载液以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。磁流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性。中国专利CN201210447210.6公开了一种微纳复合织构自润滑陶瓷刀具及其制备方法，采用激光加工技术在前刀面上加工出微米级织构，在负倒棱上加工出纳米级织构，并分别在织构形貌中填充固体润滑剂，干切屑时，微纳复合织构与固体润滑剂的双重作用能够实现减小摩擦，降低切削力和切削温度，阻止粘结、减小摩擦、降低磨损，提高刀具使用寿命。该专利在织构形貌填充固体润滑剂，织构形貌能够存储的固体润滑剂的体积有限，固体润滑剂损耗过快，一定程度上限制了有效的润滑时间。本专利技术利用磁力使得磁流体切削液更易达到切削刃最高温处，且磁流体可不断补充，与织构刀具微沟槽形貌或导流槽相配合，优化刀具加工和切削液施加方案，达到提升刀具加工效率及其寿命的目的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题为，干切削和微量润滑切削工况下，刀-屑接触界面润滑不充分、易于粘刀；现有刀具表面织构复合固体润滑剂技术中,固体润滑剂损耗过快,且刀具未获得明显脱粘效果；传统切削液施加方式无法将切削液引入刀刃最高温处。本专利技术针对微量润滑切削工况，采用脉冲磁化处理或交流磁化处理技术，将刀具磁化。并在切屑流向一侧的刀具表面加工有表面织构形貌。所述织构形貌包括微凹槽织构形貌或导流槽。采用激光加工的方法，在刀具表面设置微沟槽织构形貌；或采用微磨削加工的方法，在刀具表面设置导流槽。所述微沟槽织构为微观织构，导流槽为宏观织构。在表面织构中填充磁流体切削液，并通过喷嘴在切削过程中不断补充磁流体切削液。本专利技术可将磁流体切削液源源不断引入刀刃最高温处，因此能够发挥磁流体润滑减摩和传热的双重功效。本专利技术的技术方案为：在对刀具进行表面织构形貌加工之前，对刀具表面进行预处理；对刀具上待加工面进行抛光处理，使刀具表面的粗糙度Ra小于0.4μm。在对刀具进行表面织构形貌加工之后，对刀具表面进行后处理，除去熔渣后使用超声清洗。首先进行刀具磁化处理，采用脉冲磁化处理技术或交流磁化处理技术，加工参数为：处理时间45~60s，频率为2Hz，脉冲磁场强度为600~1000Gs。然后进行刀具工作表面织构形貌加工，在切屑流向一侧的刀具表面加工表面织构形貌；所述表面织构形貌沿切屑流方向布置，并倾斜于刀刃45°~90°，且距离副切削刃100~1000μm；所述表面织构形貌的区域至少包括刀具与切屑接触区域和刀具与工件接触区域；所述表面织构形貌的面积占有率为15％~60％。1）表面微织构加工。所述表面微织构形貌为微沟槽形貌；所述微沟槽形貌为阵列布置，且由5~15列微沟槽构成；所述微沟槽宽度45~500μm，深度30~400μm，微沟槽间距40~250μm。所述微沟槽织构形貌通过激光束加工获得；激光器为灯泵浦Nd:YAG激光器、二极管Nd:YAG激光器、CO2激光器或光纤激光器；激光参数为：输出功率50~1200W、离焦量±1mm、脉冲宽度0.02~550ms；波长为532nm或1064nm，电流10~18A，脉冲次数1~10次，重复频率1000~3000Hz，辅助气体为氮气或氩气，气体压强0~1.5MPa，扫描速度为8~25mm/s。2）导流槽加工。所述导流槽通过微磨削加工获得；所述导流槽为矩形槽宽0.5~1mm，深0.1~1mm；加工参数为：进给量为0.1~0.15mm/r，切削速度为80~150m/min。最后在所述表面织构形貌填充磁流体切削液，并通过喷嘴在切削过程中不断补充磁流体切削液；向织构形貌的刀具表面填充磁流体切削液，并通过喷嘴在切削过程中不断补充磁流体切削液，使得磁流体的填充高度高出刀具表面0.5~4mm；所述的磁流体切削液为油基磁流体；磁感应强度在200~600Gs之间，固含量在35％~70％之间。一种用于刀具使用的磁流体切削液的制备方法为：取磁粉，所述磁粉为Fe3O4、γ-Fe2O3、氮化铁、纯铁粉、纯钴粉或铁-钴合金粉；磁性颗粒尺寸在10nm~25nm之间，向磁性颗粒中加入磁性颗粒总重量的0.01~0.2ml/g表面活性剂和1~20ml/g的切削油，所述表面活性剂为月桂酸、油酸、肉豆蔻酸或乳化剂OP-7一种或多种的混合；充分搅拌后再用超声分散1~40min，得到稳定的油基磁流体。本专利技术的有益效果在于：1）由于磁流体切削液的充分供给，不仅具有固体润滑剂的优点，还解决了固体润滑剂供给不足的缺点，使得切削力降低；2）对刀具磁化处理，通过磁力，经微沟槽或导流槽，将磁流体源源不断引入刀刃最高温处，解决了传统切削液施加方式的不足，能够带走更多的切削热量，提升了切削液的使用效果；3）刀具磁化处理技术与表面织构技术相结合能够发挥双重效果，大大提高了刀具质量；4）磁流体是一种液固共存的胶体形态，作为切削液使用，具有液-固润滑效应，磁流体中的磁性颗粒经表面活性剂包覆，不会对工件和刀具造成损伤，同时磁性颗粒是一种微观滚珠，可提高润滑效果；5）由于切削加工在高温环境中，部分失效的磁流体会在刀具表面硬化，增强刀具质量；6）刀尖呈锥形，具有尖端效应，靠近刀尖处的磁场较强，磁流体会往刀尖处聚集，从而更接近高温区域。附图说明图1为一种使用磁流体切削液的刀具加工示意图。图2为实施例一中加工有微沟槽织构形貌的刀具示意图。图3为实施例二中加工有导流槽的刀具示意图。图中：1，为工件；2，为切屑；3，为磁流体切削液；4，为表面织构形貌；5，为刀具；6，为微沟槽；7，为导流槽。具体实施方式下面结合说明书附图,详细说明本专利技术的具体实施方式。需特别说明:1、磁流体切削液成份不影响本专利技术的具体实施，因此磁流体切削液种类不是本专利技术的重点，其它磁流体切削液种类及配比组合都在本专利技术的保护范围内、金属切削刀具具有相似工作原理，因此本专利技术适用于各类金属切削刀具种类,即不局限于外圆车刀、虽然相同参数的激光束作用于不同刀具材料，获得形貌的具体尺寸不尽相同但是通过控制关键参数输出功率、脉冲宽度、离焦量，仍可以获得设计形貌，因此本专利技术适用于所有金属切削刀具材料、为便于理解，实施例附图仅描绘了前刀面的加工方案，但并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁化刀具，其特征在于，刀具（5）经磁化处理，在切屑流向一侧的刀具（5）表面加工有表面织构形貌（4）。

【技术特征摘要】
1.一种磁化刀具，其特征在于，刀具（5）经磁化处理，在切屑流向一侧的刀具（5）表面加工有表面织构形貌（4）。2.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀具（5）磁化处理方式为脉冲磁化处理或交流磁化处理。3.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述表面织构形貌（4）为微沟槽形貌或导流槽。4.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述微沟槽形貌为阵列布置，且由5~15列微沟槽构成；所述微沟槽宽度45~500μm，深度30~400μm，微沟槽间距40~250μm。5.根据权利要求3所述的刀具，其特征在于，所述导流槽（4）为矩形槽，宽0.5~1mm，深0.1~1mm。6.根据权利要求2所述的刀具，其特征在于，所述表面织构形貌（4）沿切屑流方向布置，并倾斜于刀刃45°~90°，且距离副切削刃100~1000μm。7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的刀具，其特征在于，所述表面织构形貌（4）的区域至少包括刀具与切屑接触区域和刀具与工件接触区域。8.根据权利要求7所述的刀具，其特征在于，所述表面织构形貌（4）的面积占有率为15％~60％。9.一种加工权利要求1-8任意一项所述的刀具加工方法，其特征在于，首先对刀具（5）进行磁化处理；然后，对刀具（5）进行表面织构形貌（4）加工。10.根据权利要求9所述的刀具加工方法，其特征在于，所述微沟槽织构形貌通过激光束加工获得；激光器为灯泵浦Nd:YAG激光器、二极管Nd:YAG激光器、CO2激光器或光纤激光器；所述表面织构形貌（4）中导流槽通过微磨削加工获得。11.根据权利要求10所述的刀具加工方法，其特征在于，所述微凹槽形貌加工参数为：输出功率50~1200W、离焦量±1mm、脉冲宽度0.02~550ms，波长为532nm或1064nm，电流10~18A，脉冲次数1~10次，重复频率1000~...

【专利技术属性】
技术研发人员：符永宏，李海波，康正阳，郑峰，邹国文，钟行涛，黄婷，王浩，
申请(专利权)人：江苏大学，江苏永伟精密工具有限公司，镇江市江苏大学工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32