[发明专利]高速钢切削刀具表面微造型的加工装置及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种刀具表面处理的加工方法，具体涉及一种高速钢切削刀具表面微造型的加工装置及其加工方法。

背景技术

随着制造业的发展，切削加工向着高速、智能、环保的方向拓展，而刀具的性能对切削加工的效率、精度和表面质量又有着决定性的影响。金属切削刀具的切削性与其几何参数有非常重要的关系,但能够决定刀具材料切削性能的是其本身的强度和韧性、硬度和耐磨性、耐热性等。但是前、后刀面的磨损是其最主要的失效形式。作为机械加工中常用的关键基础件，高速钢刀具要有良好的减摩性能，减小切削过程中粘附力，保证切削力的稳定与加工件的表面质量；又要有良好的耐磨性能，保证工件的尺寸精度和刀具的使用寿命。

目前，有关提高刀具耐磨性能和延长使用寿命的方法有很多。涂层技术可以提高刀具的耐磨性而不降低其韧性，随着对刀具切削性能要求的不断提高，要求涂层材料的硬度高，耐磨性好，化学稳定性好，但制备符合要求的涂层存在工艺复杂，对设备要求高，周期较长，生产成本高等缺点。中国专利“申请号：202010446252.8”报道了一种刀具表面复合造型处理方法及其装置，通过激光热效应制造三种微织构形貌改善刀具的表面性能，延长了刀具寿命。中国专利“申请号：201410700926.1”报道了一种双光束激光熔覆刀具的加工方法，利用激光热效应进行加工，会对材料有微观汽化和烧蚀作用，破坏了材料表面的完整性。中国专利“申请号：20101010124734.2”报道了微纳复合织构化刀具的飞秒激光制备方法，只是针对铝合金材料切削加工难的问题，在刀具表面进行微/纳复合织构制备。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高速钢切削刀具表面微造型的加工装置及其加工方法，激光微冲击后刀具表面带来微观组织强化、表面硬度的提高以及有益的残余压应力分布，可以显著改善刀具表面的抗磨损性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的高速钢切削刀具表面微造型的加工装置，包括工作台、纳秒激光器和反光镜，所述工作台上设有待加工的高速钢切削刀具，高速钢切削刀具通过夹具固定在可移动的工作台上，纳米激光发出的激光束经过反光镜变向后经过聚焦透镜照射在约束层上，约束层和待加工的高速钢切削刀具之间设有吸收层；加工好的高速钢切削刀具包含前刀面、副后刀面和主后刀面，前刀面与副后刀面相交处为副切削刃，前刀面与主后刀面相交处为主切屑刃，在前刀面与副后刀面靠近副切削刃设有阵列分布的凹坑，在前刀面与主后刀面靠近主切屑刃设有阵列分布的凹坑，相邻的凹坑之间相距0.5mm-1.5mm，凹坑阵列分布在距离主切削刃和副切削刃5mm宽的带状区域内，单个凹坑形状为小半球形，凹坑直径在100-300μm，凹坑深度1-30μm，凹坑间距0.5mm-1.5mm。

作为优选，所述约束层为4mm的K9玻璃，所述吸收层为0.08mm的铝箔。

一种高速钢切削刀具表面微造型的加工装置的加工方法，包括以下步骤：

1)首先，将高速钢切削刀具的前刀面、副后刀面和主后刀面抛光至镜面，然后用酒精清洗干净并干燥，前刀面、副后刀面和主后刀面上覆盖厚度为0.08mm的铝箔作为吸收层，约束层为4mm的K9玻璃；

2)其次，将高速钢切削刀具和K9玻璃安装在夹具上，设置纳秒激光器参数，激光波长532nm，单脉冲能量80～2000mJ，脉冲宽度8ns，重复频率1～10Hz，光斑直径0～1mm；

3)然后，通过数控控制移动工作平台，利用纳秒激光器在高速钢切削刀具表面加工出带状的微凹坑阵列。

本发明利用激光冲击技术冷加工的优势在高速钢刀具易发生磨损的区域，如靠近切削刃附近的前、后刀面上，加工出一些微凹坑阵列。激光微冲击后，刀具表面的硬度、微观组织性能得到了加强，而且微凹坑阵列可以捕捉切屑，储存润滑介质，从而降低了刀具切削过程中的磨损，提高刀具的使用寿命。