一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法技术

一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法，是采用脉冲激光束依次通过扩束透镜组、衰减片和聚焦透镜辐照数控刀具的刃口，辐照时间为1sec～10sec，辐照面积为1mm

【技术实现步骤摘要】
一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法
本专利技术涉及一种提高刀具耐用寿命的方法。特别是涉及一种利用强脉冲激光束来辐照刀具刃口，对刀具刃口材料及其涂层与基体的界面进行改性的有效提高数控刀具耐用寿命的方法。
技术介绍
数控刀具由切削部分与夹持部分组成。切削部分也称刃口，夹持部分又称刀杆。数控刀具材料是指切削部分的材料。用数控刀具切削金属时，直接承担切割工作的是数控刀具刃口的材料、数控刀具的几何参数及数控刀具结构的合理设计。工件材料的发展，出现了很多新型不锈钢、耐热钢、高温合金、耐腐合金及航空航天工业中难加工材料，要求在数控加工中提高切削性能更好的数控刀具。硬质合金数控刀具有着较好的耐热性、耐磨性以及抗氧化性。再在其基体上涂覆TiAIN等耐磨性高的高熔点金属或化合物，可使数控刀具耐用寿命增加，它在数控刀具中得到广泛应用。这种带有涂层的数控刀具有一个普遍存在的缺点，就是在其涂层与基体的界面上，由于涂层材料与基体材料物理性质不同，所以它们的热学性质(包括热膨胀系数)与力学性质(包括杨氏模量)有很大差异，导致界面上发生突变，因而数控刀具在使用过程中，会在界面上发生应力集中而使涂层与基体发生部分开裂，甚至脱落，减少涂层的使用寿命。专利号：ZL201010149585.5.的专利技术专利[1]及相关研究[2，3]中解决了这个难题。它就是利用具有足够高的能量密度的强脉冲粒子束辐照涂层材料与基体材料，使它们在其界面上发生瞬时互熔，使界面上形成涂层材料元素与基体材料元素连续分布的过渡层。这样就消除了在界面上涂层材料与基体材料性质的突变,而只发生缓慢的渐变，其涂层与基体就会结合得很牢固而不会开裂而脱落。本专利技术主要利用这个原理来有效提高数控刀具的耐用寿命。所有强脉冲粒子束，包括激光束、离子束、电子束，当脉冲宽度远远窄于1μs(10-6秒)，能量密度达0.1J/S至5J/S时，都宜用来对材料改性[4-9]。其中S为粒子束与材料的作用面积。离子束与电子束作用面积大，S为cm2,激光束与材料作用面积小，S为mm2。由于离子束与电子束带电，所以与材料作用深度只达μm数量级，而激光束不带电，所以与材料作用深度较深，可达mm数量级。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种利用强脉冲激光束来辐照数控刀具刃口，对数控刀具刃口材料及其涂层与基体的界面进行改性的有效提高数控刀具耐用寿命的方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法，是采用脉冲激光束依次通过扩束透镜组、衰减片和聚焦透镜辐照数控刀具的刃口，辐照时间为1sec～10sec，辐照面积为1mm2～5mm2，用于产生脉冲激光束的激光器的功率为0.1W～2W，频率为1/sec～2000/sec，波长为600nm～900nm，所述脉冲激光束中单脉冲的脉宽为10-9sec～10-15sec，单脉冲的能量密度为1mJ/mm2～10mJ/mm2，脉冲激光束总能量密度为0.1J/mm2～5J/mm2。所述单脉冲能量密度d由下式得到：d＝P/(f×S)式中d为单脉冲能量密度，单位J/mm2；P为功率，单位W或J/sec；f为频率，单位为脉冲数/sec；S为激光束聚焦面积，单位mm2。所述脉冲激光束总能量密度D由下式得到：D＝d×f×t式中，D为脉冲激光束总能量密度，单位J/mm2；d为单脉冲能量密度，单位J/mm2；f为频率，单位为脉冲数/sec；t为辐照时间，单位为sec。在脉冲激光束总能量密度D一定时，所述的辐照面积与所述的辐照时间成正比。本专利技术的一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法，具有如下优点：1、由于本专利技术的方法可明显地提高数控刀具刃口的耐用寿命，所以具有很高的经济效益。例如根据中航工业四川成发航空科技有限公司告知，该公司每年购买的进口数控刀具的费用，在严格控制下，仍要大大超过6000万元，所以经辐照处理后，仅仅是这一个公司每年约可节约进口数控刀具费用3000万元以上。2、由于明显地延长了数控刀具的耐用寿命，就可节省更换数控刀具的工时，从而提高工作效率。3、特别在精加工时，频繁更换数控刀具，会降低加工质量。4、本专利技术容易实现产业化。附图说明图1是本专利技术有效提高数控刀具耐用寿命的方法的光路示意图。图中1：脉冲激光器2：开关3：扩束透镜组4：衰减片5：聚焦透镜6：数控刀具具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法做出详细说明。本专利技术的一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法，具体是采用脉冲激光束依次通过扩束透镜组3、衰减片4和聚焦透镜5辐照数控刀具6的刃口，辐照时间为1sec～10sec，辐照面积为1mm2～5mm2，用于产生脉冲激光束的激光器的功率为0.1W～2W，频率为1/sec～2000/sec，波长为600nm～900nm，所述脉冲激光束中单脉冲的脉宽为10-9sec～10-15sec，单脉冲的能量密度为1mJ/mm2～10mJ/mm2，脉冲激光束总能量密度为0.1J/mm2～5J/mm2。其中，所述单脉冲能量密度d由下式得到：d＝P/(f×S)式中d为单脉冲能量密度，单位J/mm2；P为功率，单位W或J/sec；f为频率，单位为脉冲数/sec；S为激光束聚焦面积，单位mm2。所述脉冲激光束总能量密度D由下式得到：D＝d×f×t式中，D为脉冲激光束总能量密度，单位J/mm2；d为单脉冲能量密度，单位J/mm2；f为频率，单位为脉冲数/sec；t为辐照时间，单位为sec。在脉冲激光束总能量密度D一定时，所述的辐照面积与所述的辐照时间成正比。本专利技术的一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法，是从三方面来提高刀具刃口的耐用寿命的：(1)在强脉冲激光束作用下，被辐照的数控刀具刃口上的涂层表面的晶粒被细化与纳米化，这样就提高了涂层的光洁度，减少了摩擦，降低了涂层磨损，从而增加涂层的耐用寿命[5-7]。(2)在强脉冲激光束作用下，由于被辐照材料涂层表面晶粒的细化与纳米化，可提高材料的细微硬度，增加了数控刀具刃口材料的耐磨性，从而提高数控刀具的耐用寿命[7-9]。(3)在强脉冲激光束作用下，使被辐照的数控刀具刃口的涂层材料与其基体材料的界面上发生瞬时互熔，使其在涂层与基体的界面上产生连续过渡层，这样就可以克服不同材料在其界面上局部开裂而脱落的缺陷，从而可提高涂层的耐用性，增加数控刀具刃口的耐用寿命[1-3]。下面通过给出三个采用本专利技术方法辐照后的数控刀具的应用实例：本专利技术具体实例中用来辐照数控刀具刃口的是北京中国科学院理化技术研究所飞秒激光加工实验室的飞秒激光器(MaitaiHPSpitfireAce)所产生的强脉冲飞秒激光束，飞秒激光器的参数为波长800nm，功率1W，单脉冲宽度120飞秒(1.2×10-13秒)，频率选1000Hz，聚焦面积选1mm2。对三个数控刀具刃口分别辐照1sec，2sec，3sec，辐照面积分别为1mm2，2mm2，3mm2，因此对三个数控刀具的每个刃口的多脉冲辐照的总能量密度均为1J/mm2。强脉冲飞秒激光束辐照刀具样品的示意图如图1所示，脉冲激光器采用的是飞秒激光器，辐照波长是800nm，光束经开关之后进入扩束透镜组系统进行扩束，利用衰减片控制所需激光功率，扩束后的激光光束经透镜聚焦到样品台上。同时，采用一个半透半反镜将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法，其特征在于，是采用脉冲激光束依次通过扩束透镜组(3)、衰减片(4)和聚焦透镜(5)辐照数控刀具(6)的刃口，辐照时间为1sec～10sec，辐照面积为1mm

【技术特征摘要】
1.一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法，其特征在于，是采用脉冲激光束依次通过扩束透镜组(3)、衰减片(4)和聚焦透镜(5)辐照数控刀具(6)的刃口，辐照时间为1sec～10sec，辐照面积为1mm2～5mm2，用于产生脉冲激光束的激光器(1)的功率为0.1W～2W，频率为1/sec～2000/sec，波长为600nm～900nm，所述脉冲激光束中单脉冲的脉宽为10-9sec～10-15sec，单脉冲的能量密度为1mJ/mm2～10mJ/mm2，脉冲激光束总能量密度为0.1J/mm2～5J/mm2。2.根据权利要求1所述的一种有效提高数控刀具耐用寿命的方法，其特征在于，所述单脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁家昌，梁家惠，郑美玲，赵圆圆，高成跃，黄复清，
申请(专利权)人：天津华德宝航翼光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12