本发明专利技术公开了一种大深径比微纳织构刀具、其加工装置及其加工方法，加工装置包括激光发射单元、等离子体诱导单元以及移动平台，等离子体诱导单元还包括用于向诱导出的等离子体施加磁场的磁场发生机构。加工方法通过激光诱导出的等离子体在刀具本体的待加工表面上加工出微纳织构槽，通过向被诱导出的等离子体施加磁场从而增大等离子体的运动速度和增大等离子体的能量密度，从而获得具有大深径比的微纳织构槽。本发明专利技术利用磁场分布对激光诱导出的等离子体进行运动加速，然后再利用加速后等离子体在刀具本体后刀面制备出大深径比的微纳织构。织构。织构。
【技术实现步骤摘要】
大深径比微纳织构刀具、其加工装置及其加工方法
[0001]本专利技术属于刀具及其加工
，尤其涉及一种大深径比微纳织构刀具、其加工装置及其加工方法。
技术介绍
[0002]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
[0003]在干式切削脆性材料过程中，缺少切削液的润滑和冷却作用，刀具后刀面与工件摩擦异常严重，产生大量的热，而且刀具与工件之间由于切屑或硬质相的存在，会对刀具后刀面产生严重的划擦，导致磨粒磨损严重，导致刀具快速磨损。且切屑也会对工件已加工表面产生不可避免的负面影响。因此迫切需要开发一种新技术，来降低切削脆性材料时刀具后刀面与工件之间的摩擦磨损和磨屑对刀具表面的摩擦，提高刀具本体寿命。
[0004]通过近几年的研究，对微织构刀具的研究取得了很大的进展。中国专利“专利号201210447210.6”公开了一种微纳复合织构自润滑陶瓷刀具及其制备方法，它采用激光加工技术在刀具前刀面上加工出不同形貌微米级织构，在负倒棱上加工出不同形状纳米级织构，实现了减磨，降低切削力和切削温度，减少刀具本体的磨损。文献“International Journal of Refractory Metals and Hard Materials”43(2014)46
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58报道了前刀面微织构刀具干切削淬硬钢，相比于传统刀具切削力、切削温度和刀具磨损都在一定程度上得到了降低。文献“WAER”372
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373(2017)91
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103报道了利用纳秒激光在刀具后刀面制备微米级织构，改进的后刀面织构化刀具干切削氧化铝陶瓷生坯时织构能够储存一定的磨屑，能够有效减小刀具本体后刀面由于磨屑或硬质相产生磨粒磨损，进而增加刀具本体寿命。
[0005]为了增大微纳织构槽的深度，目前最普遍的是多次进行激光加工，这种方法容易产生严重烧蚀，严重影响刀具本体可耐用度，同时会影响工件加工表面质量，刀具表面微织构的存储磨屑和自润滑特性持续时间短，对刀具本体寿命和加工表面质量提升有限，进而影响织构刀具本体的进一步应用。
技术实现思路
[0006]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于如何提供一种具有更优自润滑性能和储存磨屑能力的大深径比微纳织构刀具、其加工装置及其加工方法。
[0007]为了提供一种大深径比微纳织构刀具的加工装置，本专利技术提供了一种微纳织构刀具的加工装置，包括激光发射单元、等离子体诱导单元以及移动平台，所述激光发射单元包括用于发出激光束的激光器和用于将激光束聚焦在刀具本体的待加工表面的光路转换机构，所述等离子体诱导单元包括容置有液态电介质的容器和用于将刀具本体固定在所述液态电介质中的刀具固定机构，所述移动平台带动所述激光发射单元和所述等离子体诱导单元的中一者沿加工方向经过另一者，所述等离子体诱导单元还包括用于在刀具本体的周围产生磁场分布的磁场发生机构。
[0008]在其中一个实施例的大深径比微纳织构刀具的加工装置中，为了简化磁场发生机构的结构并保证磁场强度，所述磁场发生机构包括异极相对的两个磁铁，二者之间产生的磁力线位于刀具本体的待加工表面上方。
[0009]在其中一个实施例的大深径比微纳织构刀具的加工装置中，为了提高微纳织构槽的加工精度和适应各种形状微纳织构槽的加工，所述移动平台为高精度三轴移动平台。
[0010]为了提供一种大深径比微纳织构刀具的加工方法，本专利技术还提供了一种微纳织构刀具的加工方法，通过激光诱导出的等离子体在刀具本体的待加工表面上加工出微纳织构槽，通过向被诱导出的等离子体施加磁场从而增大等离子体的运动速度和增大等离子体的能量密度，从而获得具有大深径比的微纳织构槽。
[0011]在其中一个实施例的大深径比微纳织构刀具的加工方法中，为了获得微纳织构槽的曲面轮廓，通过向被诱导出的等离子体施加磁场方向与加工方向相交的磁场从而改变等离子体的运动轨迹，从而获得具有曲面轮廓的微纳织构槽。
[0012]在其中一个实施例的大深径比微纳织构刀具的加工方法中，为了进一步提高微纳织构槽的加工质量，所述的微纳织构刀具的加工方法包括如下制备步骤：
[0013](1)将刀具本体的待加工表面抛光研磨至镜面，进行清洗，去除表面污染层；
[0014](2)将刀具本体以待加工表面朝上的姿态完全浸没于容器中的液态电介质中并固定，利用磁铁在刀具本体的待加工表面周围产生磁场分布；
[0015](3)将激光器发出的激光束聚焦于刀具本体的待加工表面同时使激光束与刀具本体沿加工方向相对运动，激光诱导出的等离子体在磁场的作用下在刀具本体的待加工表面加工出微纳织构槽，所述微纳织构槽的槽深为30
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200微米；
[0016](4)将微纳织构刀具清洗后干燥。
[0017]在其中一个实施例的大深径比微纳织构刀具的加工方法中，为了实现微纳织构槽最优加工质量，步骤(1)中，刀具本体依次放入酒精和丙酮中的超声清洗10
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30分钟，步骤(2)中，液态电介质为蒸馏水，刀具本体的后刀面距离液态电介质的液面3
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8毫米，磁场强度为0
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3T，磁场方向与加工方向垂直；步骤(3)中采用的激光束为皮秒激光，激光束聚焦于刀具本体的待加工表面上的光斑直径为10.5微米，激光束与刀具本体相对运动的速度小于0.2mm/s，激光脉冲频率为10
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80KHz；步骤(4)中，微纳织构刀具依次放入酒精和丙酮中的超声清洗10
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30分钟。
[0018]为了提供一种具有更优自润滑性能和储存磨屑能力的大深径比微纳织构刀具，采用所述的微纳织构刀具的加工方法加工而成，所述微纳织构槽的槽深为30
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200微米。
[0019]在其中一个实施例的大深径比微纳织构刀具中，为了进一步提高微纳织构槽刀具的自润滑性能和储存磨屑能力，所述微纳织构槽的槽宽为10
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80μm，深径比为3
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5。
[0020]在其中一个实施例的大深径比微纳织构刀具中，为了实现刀具后续清洁简易性，所述微纳织构槽为抛物线形槽。
[0021]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：
[0022]1)本专利技术公开的微纳织构刀具的加工装置和加工方法，利用磁场分布增大激光诱导出的等离子体的运动速度和能量密度，然后再利用等离子体在刀具本体后刀面制备出大深径比的微纳织构；
[0023]2)本专利技术公开的微纳织构刀具的加工装置和加工方法，利用磁场分布改变激光诱
导出的等离子体的运动轨迹，然后再利用等离子体在刀具本体后刀面制备出曲面轮廓的微纳织构；
[0024]3)本专利技术公开的微纳织构刀具，具有大深径比，增加微织构刀具本体自润滑性能和储存磨屑能力，改善刀具本体切削难加工材料时的切削加工性能；
[0025]4本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大深径比微纳织构刀具的加工装置，包括激光发射单元、等离子体诱导单元以及移动平台，所述激光发射单元包括用于发出激光束的激光器和用于将激光束聚焦在刀具本体的待加工表面的光路转换机构，所述等离子体诱导单元包括容置有液态电介质的容器和用于将刀具本体固定在所述液态电介质中的刀具固定机构，所述移动平台带动所述激光发射单元和所述等离子体诱导单元的中一者沿加工方向经过另一者，其特征在于，所述等离子体诱导单元还包括用于在刀具本体的周围产生磁场分布的磁场发生机构。2.根据权利要求1所述的大深径比微纳织构刀具的加工装置，其特征在于，所述磁场发生机构包括异极相对的两个磁铁，二者之间产生的磁力线位于刀具本体的待加工表面上方。3.根据权利要求1所述的大深径比微纳织构刀具的加工装置，其特征在于，所述移动平台为高精度三轴移动平台。4.一种大深径比微纳织构刀具的加工方法，通过激光诱导出的等离子体在刀具本体的待加工表面上加工出微纳织构槽，其特征在于，通过向被诱导出的等离子体施加磁场从而增大等离子体的运动速度和增大等离子体的能量密度，从而获得具有大深径比的微纳织构槽。5.根据权利要求4所述的大深径比微纳织构刀具的加工方法，其特征在于，通过向被诱导出的等离子体施加磁场方向与加工方向相交的磁场从而改变等离子体的运动轨迹，从而获得具有曲面轮廓的微纳织构槽。6.根据权利要求4所述的大深径比微纳织构刀具的加工方法，其特征在于，包括如下制备步骤：(1)将刀具本体的待加工表面抛光研磨至镜面，进行清洗，去除表面污染层；(2)将刀具本体以待加工表面朝上的姿态完全浸没于容器中的液态电介质中并固定，利用磁铁在刀具本体的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚运，王传洋，刘同舜，张克栋，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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