本發(fā)明涉及陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及一種原位成型不同形貌微織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具制備方法。

背景技術(shù)：

山東大學(xué)的鄧建新及日本的kawasegin等人研究表明：在刀具前刀面垂直于流屑方向激光加工微織構(gòu)能夠一定程度上減小切削力、切削溫度以及前刀面磨損，提高切削性能。分別見(jiàn)鄧建新.performanceofcarbidetoolswithtexturedrake-facefilledwithsolidlubricantsindrycuttingprocesses[j].山東大學(xué)，2011和kawasegin,sugimorih,morimotoh,moritan,horii.developmentofcuttingtoolswithmicroscaleandnanoscaletexturestoimprovefrictionalbehavior[j].precisionengineering2009,33:248–54。

中國(guó)專利“申請(qǐng)?zhí)枺篶n201210003617.x”報(bào)道了一種微池石墨自潤(rùn)滑陶瓷刀具的制備工藝。該工藝是在微池石墨壓頭加工出一定尺寸凸起，通過(guò)熱壓燒結(jié)制備出具有自潤(rùn)滑功能的微池陶瓷刀具。基于此工藝，以原位成型法制備出不同形貌微織構(gòu)陶瓷餅狀基體，通過(guò)切割、研磨、精磨和拋光等工藝制備自潤(rùn)滑功能微織構(gòu)陶瓷刀具。

目前，對(duì)于原位成型微織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具只是在理論上證實(shí)可行，并沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用，對(duì)原位成型微織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷餅狀基體燒結(jié)、切割、研磨、精磨和拋光等工藝的研究尚為空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，探究原位成型微織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷餅狀基體燒結(jié)、切割、研磨、精磨和拋光等工藝特點(diǎn)，提供了效率高、精度控制準(zhǔn)確、廢品率低的切割、研磨、精磨和拋光方法。

技術(shù)方案：

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

首先，設(shè)計(jì)刀具表面微織構(gòu)的形貌特征和分布，通過(guò)對(duì)刀具前刀面刀-屑接觸方向和磨損位置進(jìn)行測(cè)定，在與切削刃呈30°和120°方向，陶瓷刀具距主副切削刃0.2mm的1mm×1mm區(qū)域面積內(nèi)，設(shè)置與流屑方向近似垂直的橫向織構(gòu)（如圖1），與流屑方向近似平行的縱向織構(gòu)（如圖2），其中微織構(gòu)尺寸為：深0.1mm，寬0.1mm，間距0.1mm；刀具標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)sngn120408，尺寸為12.7mm×12.7mm×4.8mm。

進(jìn)一步的，采用原位成型法熱壓燒結(jié)制備微織構(gòu)陶瓷餅狀基體結(jié)構(gòu)，成型后基體尺寸為：直徑42mm×厚6mm，餅狀基體的單側(cè)端面附有16個(gè)微織構(gòu)單元，微織構(gòu)單元分布如圖1所示。

進(jìn)一步的，采用內(nèi)圓切片機(jī)將制備的微織構(gòu)餅狀基體切割，切割時(shí)要保證粗坯的每個(gè)刀尖的主、副切削刃均與正方形微織構(gòu)單元的邊界保持平行，并且兩者之間的距離要保持在1mm-1.5mm之間，切割后的刀片粗坯尺寸為：長(zhǎng)15mm×寬15mm×厚6mm。

進(jìn)一步的，將切割分離的刀具粗坯采用磨床粗磨，需要粗磨的面共有5個(gè)，微織構(gòu)的面除外；粗磨采用對(duì)面相互校正的方式進(jìn)行，即：以一個(gè)面為定位基準(zhǔn)，對(duì)另一個(gè)面進(jìn)行粗磨加工校正，然后再以校正后的面為基準(zhǔn)，對(duì)另一個(gè)面進(jìn)行粗磨校正；粗磨順序?yàn)椋翰缓⒖棙?gòu)的底面，一對(duì)側(cè)面，另一對(duì)側(cè)面；粗磨過(guò)程中手動(dòng)進(jìn)給，每次進(jìn)給0.005mm，研磨進(jìn)程為0.1mm時(shí)，輪換到下一個(gè)面，待磨的5個(gè)面以每次0.1mm的進(jìn)程向內(nèi)推進(jìn)，并隨時(shí)采用40倍顯微鏡觀察，直到每個(gè)刀尖的主、副切削刃均與正方形微織構(gòu)單元的邊界保持平行，并且兩者之間的距離為0.2mm，刀片厚度為5mm時(shí)，停止粗磨。

進(jìn)一步的，對(duì)粗磨坯體進(jìn)行倒角和負(fù)倒棱，其中倒角半徑為0.8mm，負(fù)倒棱寬0.2mm，與前刀面呈20°。

進(jìn)一步的，對(duì)刀片坯體的6個(gè)面采用1000目的研磨玻璃進(jìn)行精磨，去除各面在粗磨過(guò)程中形成的劃痕；對(duì)倒角和負(fù)倒棱采用400目的砂紙手動(dòng)精磨，去除在加工倒角和負(fù)倒棱過(guò)程中形成的微崩刃。

進(jìn)一步的，對(duì)刀片坯體的6個(gè)面，倒角和負(fù)倒棱進(jìn)行拋光處理。

有益效果：本發(fā)明通過(guò)對(duì)原位成型微織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具工藝?yán)碚撨M(jìn)行實(shí)際運(yùn)用，總結(jié)出了一套適用于原位成型微織構(gòu)陶瓷刀具的切割、粗磨、精磨和拋光等工藝方法，采用這些方法加工原位成型微織構(gòu)刀具具有效率高、廢品率低、精度控制準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)證實(shí)了原位成型法制備微織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具的可行性，為微織構(gòu)刀具的理論和試驗(yàn)研究提供了新的研究基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明：

圖1為橫向微織構(gòu)陶瓷餅狀基體的正三軸測(cè)圖；

圖2為縱向微織構(gòu)陶瓷餅狀基體的正三軸測(cè)圖；

圖3為橫向織構(gòu)陶瓷刀具正視圖；

圖4為縱向織構(gòu)陶瓷刀具正視圖；

圖5為橫向織構(gòu)和縱向織構(gòu)刀具左視圖。

附圖中：1.切割線，2.橫向織構(gòu)，3.縱向織構(gòu)，4.倒角，5.負(fù)倒棱，6.負(fù)倒棱角度，7.負(fù)倒棱寬度。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1：

本發(fā)明采用原位成型法熱壓燒結(jié)制備與流屑方向垂直的橫向織構(gòu)陶瓷餅狀基體，如圖1所示。

沿切割線（1）將餅狀基體切割成4個(gè)長(zhǎng)15mm×寬15mm×厚6mm的刀片粗坯。

將刀片粗坯的5個(gè)不含微織構(gòu)的面進(jìn)行粗磨，直到每個(gè)刀尖的主、副切削刃均與正方形微織構(gòu)單元的邊界保持平行，并且兩者之間的距離為0.2mm，刀片厚度為5mm時(shí)，停止粗磨。

對(duì)粗磨坯體進(jìn)行倒角（4）和負(fù)倒棱（5），其中倒角半徑為0.8mm，負(fù)倒棱寬（7）為0.2mm，負(fù)倒棱角度（6）與前刀面呈20°。

對(duì)刀片坯體的6個(gè)面采用1000目的研磨玻璃手動(dòng)精磨，對(duì)倒角和負(fù)倒棱采用400目的砂紙手動(dòng)精磨。

對(duì)刀片坯體的6個(gè)面，倒角和負(fù)倒棱進(jìn)行拋光處理，刀具成型，如圖3所示。

實(shí)施例2：

本發(fā)明采用原位成型法熱壓燒結(jié)制備與流屑方向垂直的縱向織構(gòu)陶瓷餅狀基體，如圖2所示。

沿切割線（1）將餅狀基體切割成4個(gè)長(zhǎng)15mm×寬15mm×厚6mm的刀片粗坯。

將刀片粗坯的5個(gè)不含微織構(gòu)的面進(jìn)行粗磨，直到每個(gè)刀尖的主、副切削刃均與正方形微織構(gòu)單元的邊界保持平行，并且兩者之間的距離為0.2mm，刀片厚度為5mm時(shí)，停止粗磨。

對(duì)粗磨坯體進(jìn)行倒角（4）和負(fù)倒棱（5），其中倒角半徑為0.8mm，負(fù)倒棱寬（7）為0.2mm，負(fù)倒棱角度（6）與前刀面呈20°。

對(duì)刀片坯體的6個(gè)面采用1000目的研磨玻璃手動(dòng)精磨，對(duì)倒角和負(fù)倒棱采用400目的砂紙手動(dòng)精磨。

對(duì)刀片坯體的6個(gè)面，倒角和負(fù)倒棱進(jìn)行拋光處理，刀具成型，如圖4所示。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種原位成型不同形貌微織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具制備方法，其刀具制備技術(shù)要點(diǎn)包括以下步驟：一、設(shè)計(jì)刀具表面微織構(gòu)形貌尺寸特征，采用原位成型法制備端面附有微織構(gòu)的陶瓷餅狀基體；二、將餅狀基體切割成4個(gè)刀片粗坯；三、對(duì)刀片粗坯粗磨并加工倒角和負(fù)倒棱；四、對(duì)粗磨后的刀片坯體精磨；五、拋光成型。本發(fā)明將原位成型微織構(gòu)刀具這一理論工藝運(yùn)用到刀具的實(shí)際加工中，總結(jié)出了一種效率高、廢品率低、精度控制準(zhǔn)確的原位成型微織構(gòu)陶瓷刀具切割、粗磨、精磨和拋光等工藝方法，證實(shí)了原位成型法制備微織構(gòu)自潤(rùn)滑陶瓷刀具的可行性，為微織構(gòu)刀具的理論和試驗(yàn)研究提供了新的研究基礎(chǔ)。

技術(shù)研發(fā)人員：馮益華;張記云;王麗;張文泉;孔雪;田園
受保護(hù)的技術(shù)使用者：齊魯工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.08
技術(shù)公布日：2017.07.18