[发明专利]一种斜向厚度复合涂层仿生刀具设计方法

说明书

发明名称一种斜向厚度复合涂层仿生刀具设计方法摘要本发明公开了一种斜向厚度复合涂层仿生刀具设计方法，刀具基体材料为硬质合金或高速钢，其具体特征为：在刀具与切屑接触表面设计一种仿生鲨鱼皮盾鳞微织构，在切削刃设计微凹槽的仿生微织构，在基体与微织构表面采用物理气相沉积PVD(Physical Vapor Deposition)与化学气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition)相结合的方法沉积斜向不同厚度的复合涂层，设计出全新的斜向厚度复合涂层微织构刀具；鲨鱼皮微织构设计可以起到减摩减阻和超疏水的效果，斜向厚度复合涂层可以有效阻止刀具裂纹的扩展；该设计可以使切削液进入刀屑接触区，减小切削过程中刀具与切屑之间的摩擦和粘结，可以提高刀具减摩润滑及耐摩擦磨损性能,能够显著提高涂层刀具的切削性能,减少裂纹扩展，提高刀具使用寿命。

技术领域

本发明属于切削刀具技术领域，涉及了一种斜向复合涂层仿生刀具设计方法。

背景技术

难加工材料在切削过程中，切削性能较差，会发生切削力过大、切削温度较高、刀具磨损严重的现象；在加工过程中，刀具的后刀面与已加工表面之间、刀具的前刀面与切屑发生剧烈的摩擦，导致切削刃的温度升高，刀具发生磨损或者崩刃导致刀具失效，刀具的磨损会导致加工表面质量的变化、表面加工质量的降低；并且随着刀具损伤的累积，刀具开始出现裂纹，裂纹逐渐扩展导致刀具失效，刀具是影响切削加工质量的最终因素。

由于生物长期经受复杂工况或与周围环境发生能量与物质的交互作用，优化出各种类型的形态、构形、材料和结构，为人工领域面临的摩擦问题的研究提供了崭新的思路，故仿生摩擦学被大量运用到了表面织构的减摩减阻研究中；如中国专利“申请号：201810481164.9”公开了一种深度梯度变化微织构车刀仿生设计方法，采用非接触激光扫描仪获取竹鼠切牙点云数据，并重构了切牙三维模型，提取切牙“月牙洼”形貌深度数据，利用“月牙洼”深度数据值，仿生设计深度梯度变化微织构车刀，保留了织构降低刀具切削力的特性，又提高了刀具的结构强度，具有延长刀具使用寿命、提高刀具经济使用价值的优点。

如中国专利“申请号：201610508122.0”公开了一种固体润滑的金属切削刀具及其加工方法，在刀具加工表面有织构形貌,在一所述表面织构形貌中填充固体润滑剂,在所述表面织构形貌位于切屑流向一侧的刀具表面设有凸坝，将一部分固体润滑剂回流至织构区域,提高固体润滑剂利用率和保持性，发挥固体润滑减摩和微凸起脱粘的双重功能。

如中国专利“申请号:201910620319.7” 公开了一种超疏水仿生数控加工刀具制备方法, 刀具前刀面和后刀面具备微突起和微凹槽组成的两段式微观形态、刀尖圆弧半径处拥有锯齿状纳织构、并超音速火焰喷涂硬质颗粒包覆固体润滑剂涂层；采用纳秒激光加工技术在刀具前刀面和后刀面制备由微突起和微凹槽组成的两段式微观形态，以减小刀-屑接触面积、减轻刀具与切屑之间的摩擦。

在加工难加工材料时刀-屑界面多处于紧密接触状态，外部的切削液只能依靠毛细渗透等方式进入摩擦副接触界面的边缘区域，无法发挥其润滑效果，导致温升过高，加速刀具磨损，鲨鱼表面皮肤沿着流动方向有序地排列着微沟槽结构，其表面特殊的微观结构不仅表现出来减阻的功能，而且表现出了疏水、降噪、隐形等其他特殊的功能。

发明内容

发明目的：针对目前难加工材料加工过程中切削液很难进入切削区，材料抵抗塑性变形产生超大压力导致切削刀具的摩擦磨损及裂纹扩展现象，提供一种斜向厚度复合涂层仿生刀具设计方法，本发明仿生微织构可以有效使切削液进入刀屑接触区，具有降低切削区温度，减小摩擦磨损，斜向厚度涂层可以有效阻碍裂纹扩展以提高刀具使用寿命的特点。