[发明专利]基于接触粘附剥离的金属表面微凹结构制造方法与装置

说明书

本发明公开了基于接触粘附剥离的金属表面微凹结构制造方法与装置。目前还没有利用接触粘附剥离金属表面原理进行微凹结构制造的方法与装置。本发明通过对模板金属块和待加工金属块施加超声振动，并利用模板金属块和待加工金属块之间的温度差，促进待加工金属块表面原子层发生驰豫重组，使待加工金属块表面原子层向模板金属块表面微凸结构粘附；通过对待加工金属块表面粘附层进行多次的剥离，实现开设微凹结构的目的；通过高速摄像机与图像处理主机实现对微凸结构的检测；本发明微凹结构制造方法简便，使用环境安全，适用性较广。

技术领域

本发明属于金属表面微结构的制造领域，特别涉及一种基于接触粘附剥离的金属表面微凹结构制造方法与装置。

背景技术

经过大量的实验研究表明在金属表面开设微结构能够有效地改善金属表面接触性能。现阶段人们采用的微结构形貌多为微凹型结构，特别是在机械加工领域，微凹结构广泛应用于车刀、拉刀、铣刀等各种机械零件加工刀具表面。所开设的微凹结构在车刀进行车削、拉刀进行拉削、铣刀进行铣削等加工过程中，起到了较为明显得优化加工效果。其体现在切削负载的降低、刀具磨损程度的下降、加工零件表面质量更为平整等多个方面。因此研制一种有效加工金属表面微凹结构的方法与装置显得尤为重要。

目前，对微凹结构的加工方法大多集中在激光刻蚀加工、电火花加工以及化学腐蚀加工等方法，暂未发现有利用接触粘附剥离金属表面原理进行微凹结构制造的方法与装置。

如申请专利号为CN201711387452.X的发明专利公开了本发明公开了一种微凹坑阵列结构加工方法，此发明方法能够加工获得曲线形貌微凹坑阵列结构。发明加工方法具体包括如下步骤：步骤1，衬底上涂覆一层基体材料；步骤2，利用离子风穿过带通孔阵列的掩模作用于衬底上的基体材料，形成微凹坑阵列结构；步骤3，固化衬底上的基体材料，成型所需形貌的微凹坑阵列结构。此发明方法能够低成本的实现不同材料、形貌和尺寸参数的凹坑阵列结构加工。但是此方法制造微凹坑结构成本高，工艺复杂，且在制造微凹坑结构时需要外加基体材料，难以保证微凹坑结构的强度和材料的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于接触粘附剥离的金属表面微凹结构制造方法与装置，其是一种适用于不同材料、不同微结构规格(形状、尺寸和深度)和不同曲面的金属表面微凹结构制造方法及装置。该方法是一种基于增强表面原子层接触和粘附，从而进给剥离实现表面凹结构加工的方法；是一种基于模板微凸结构与工件表面原子层超声微位移振动接触(不足以产生压痕)，从而增加工件表面原子向模板表面定向粘附的方法；是一种定时进行模板微凸起粘附点剥离的方法；是一种模板微凸起点定时修磨方法；是一种基于待加工表面材料原子与微凸结构模板材料原子粘附匹配(易结合形成新相)的优化设计方法；是一种微凸结构模板与待加工金属表面温度精确控制的制造装置；是一种集微凹结构设计、表面微凹结构成形的金属表面微凹结构制造装置。

本发明基于接触粘附剥离的金属表面微凹结构制造方法，具体如下：

步骤一、将表面设有微凸结构的模板金属块通过螺栓连接于工字型安装板上，且模板金属块上设有微凸结构的表面朝下设置；其中，工字型安装板与Z向滑台的滑块固定。

步骤二、将待加工金属块水平放置于框型平台上，夹紧机构夹紧待加工金属块。

步骤三、启动X向滑台和Y向滑台，带动夹紧机构和待加工金属块水平同步移动到模板金属块的正下方；启动Z向滑台，带动模板金属块向靠近待加工金属块的方向移动，并最终使模板金属块设有微凸结构的表面与待加工金属块需要开设微凹结构的表面接触。

步骤四、恒温加热块通电，对待加工金属块的底面进行加热。

步骤五、待加工金属块表面温度加热至175℃～200℃时，启动超声激振器，利用超声激振器对模板金属块和待加工金属块进行超声微位移振动，增加板金属块和待加工金属块接触表面之间的接触压力。由于待加工金属块温度比模板金属块高，待加工金属块表面原子向模板金属块微凸结构表面定向粘附。