新型混合微织构减磨硬质合金车刀片

本发明涉及一种新型混合微织构减磨硬质合金车刀片，属于金属切削加工领域中刀具减磨技术。

背景技术：

近些年来，随着我国国防事业的进一步发展，镍基高温合金等材料因其优越的性能需求量大增；由于镍基高温合金是一种高硬度、高强度、耐腐蚀、耐高温的镍基合金材料，其性能具有良好的稳定性，一般的刀具在切削时会产生大量的热，刀具磨损严重，出现切屑不易折断，工件的已加工表面粗糙度不理想等现象，而且生产效率亟待提高，研究和创新一种高效切削加工镍基高温合金的刀具将成为一种必然；在刀具基体表面加工微织构技术是基于仿生摩擦学的原理，利用在刀具的前刀面或是后刀面设计加工一定尺寸、形貌的微小织构，从而提升其在加工材料过程中抵抗磨损的能力；通过研究发现，在前后刀面上加工的微织构具有能够减小切屑接触长度、容纳切屑、利于润滑剂的存储和降低切削热等优点，一些特定形状的微坑状织构还能增强表面的承载力，能够显著提升切削刀具的使用寿命。

技术实现要素：

本发明要解决的主要问题：针对刀具在切削镍基高温合金的过程中寿命短，磨损严重，切屑不容易折断、排屑困难，表面粗糙度不理想，加工效率低等问题，提出了本发明，有效地提高了刀具的切削性能。

本发明解决主要问题采取的有效技术方案：本发明车刀片主体设计为80°菱形车刀片，刀尖圆弧半径为0.8mm，材质是硬质合金。在前刀面上分布有错位弧形沟槽式微织构，由于前刀面的应力分布不均匀，故采用了弧形间距和槽宽符合等差数列的排列方式；前刀面两侧的微织构与中间的微织构采用错位分布的方式，此微织构可以减少刀-屑之间的接触面积，有效地缓解刀具的磨损。

本发明车刀片在后刀面设计有错位矩形凹坑式微织构，三行微织构错位分布，凹坑式微织构有较明显的减磨效果，后刀面上的微织构能够有效地减轻后刀面与工件的已加工表面之间的摩擦、磨损。

本发明车刀片在前刀面处设计有断屑台，当切屑从切削刃流出后，流到前刀面断屑台处，断屑台使切屑向上发生卷曲而使切屑折断；刀具的前刀面为凸形曲面，切削刃为曲线，可以改变切屑流出的方向，使切屑排出更加流畅，远离工件已加工表面，避免了切屑划伤工件的已加工表面。

本发明车刀片在前刀面上设计有胶囊状和半球状凸起错位出现有利于改变切屑流动方向、断屑、减小摩擦系数、保护刀尖与切削刃，提高刀具使用寿命。

本发明车刀片在上表面中部的散热层凸台以及凸台上面的半球状、w形凸起增加了散热的面积，降低了刀具切削时的温度。

本发明的有益效果是：降低了刀具的磨损；降低刀具的切削力和切削温度；使切屑的折断、排屑更加流畅；提高了工件已加工表面的质量，提高切削加工的效率。

附图说明

图1新型混合微织构减磨硬质合金车刀片正等轴测视图。

图2新型混合微织构减磨硬质合金车刀片三维图。

图3新型混合微织构减磨硬质合金车刀片前后刀面微织构三维放大图。

图4新型混合微织构减磨硬质合金车刀片俯视图及局部放大图。

图5新型混合微织构减磨硬质合金车刀片正视图及局部放大图。

图中标记：后刀面错位矩形凹坑式微织构（1）；前刀面错位弧形沟槽式微织构（2）；多边形断屑台（3）；胶囊状凸起（4）；半球状凸起（5）、（13）；w形凸起（6）；散热孔（7）；圆台状凸起（8）；曲线切削刃（9）；刀体边界（10）；散热层凸台（11）、（12）。

具体实施方式

图1为新型混合微织构减磨车刀片正等轴测视图，（1）、（2）为此新型混合微织构减磨车刀片的微织构；前刀面设计为凸形曲面，所以切削刃为曲线切削刃，当切屑从切削刃流出时在曲线切削刃（9）的作用下朝着固定的方向排出，当切屑流到多边形断屑台（3）时，在断屑台的作用下切屑被折断，在前刀面上共有20个胶囊状凸起（4）和72个半球状凸起（13）能够有效避免切屑缠绕划伤工件已加工表面，提高已加工表面的质量；散热层凸台（11）、（12）以及散热层上的w形凸起（6）、圆台状凸起（8）、半球状凸起（5）也可以起到为刀具散热和排屑的效果。

图2为新型混合微织构减磨车刀片三维图，刀片主体设计为80°菱形车刀片，刀尖圆弧半径为0.8mm，材质为硬质合金。

图3为新型混合微织构减磨车刀片前刀面和后刀面的三维微织构放大图。

图4为新型混合微织构减磨车刀片俯视图及局部放大图，在图中可以看出前刀面上分布有弧形沟槽式微织构（2），中间与两侧的弧形微织构错位出现，而且越靠近切削刃处的微织构越密集，微织构的槽宽、间距呈现出等差数列式分布，这是根据刀具在切削过程中刀片前刀面上应力分布不同而设计的；在切削镍基高温合金过程中，刀片产生大量的切削热，承受巨大的切削力和高温高压；本发明前刀面上的微织构在刀具切削过程中能够有效减小刀-屑之间的接触面积，有效地减少了前刀面的摩擦阻力，从而减小切削力、切削热；断屑台（3）使流出的切屑折断，降低了切屑对工件已加工表面的影响。

图5为新型混合微织构减磨车刀片正视图及局部放大图，在图中可以看出后刀面上分布有三行错位矩形凹坑式微织构（1），凹坑式微织构具有明显的减磨效果；刀具在切削工件时，工件本身具有弹塑性，剧烈的摩擦和挤压发生在后刀面与工件已加工表面之间，当错位矩形凹坑式微织构被引入之后，后刀面与工件已加工表面之间的接触面积减小，从而减小了两者之间剧烈地摩擦；同时，微织构好能够很好的容纳切削过程中产生的部分磨粒，有效地降低在后刀面上发生的磨粒磨损，从而延长刀具的使用寿命。

技术特征：

1.一种用于加工镍基高温合金的80°菱形混合微织构减磨车刀片，由硬质合金材料制成，刀片呈中心对称和上下面对称，共有4个切削刃；特征1：靠近曲线切削刃（9）处的前刀面设计有错位弧形沟槽式微织构，微织构之间根据前刀面所受应力不同呈现出槽宽、间距均符合等差数列的非等距排列方式；靠近曲线切削刃（9）处的后刀面设计有错位矩形凹坑式微织构。

2.一种用于加工镍基高温合金的80°菱形混合微织构减磨车刀片，特征2：前刀面设计有错位弧形沟槽式微织构（2），距离切削刃越近所受到的应力越大，微织构越密集；其中前刀面微织构槽宽尺寸符合首项15µm，公差5µm的等差数列；间距符合首项50µm，公差10µm的等差数列。

3.一种用于加工镍基高温合金的80°菱形混合微织构减磨车刀片，特征3：后刀面设计有错位矩形凹坑式微织构（1）采用70µm等距错位排列。

4.一种用于加工镍基高温合金的80°菱形混合微织构减磨车刀片，特征4：前刀面上设计有多边形断屑台（3），刀体边界（10）采用曲线设计，曲率半径为50µm，前刀面设计有胶囊状凸起（4）和半球状凸起（13）错位出现。

5.一种用于加工镍基高温合金的80°菱形混合微织构减磨车刀片，特征5：散热层（11）上分布有w形凸起（6）、圆台凸起（8）、半球状凸起（5），半球状凸起各个球心相连所在的直线与散热层（11）的侧边平行。

技术总结
硬质合金刀片用于高温合金的切削，多应用于高温合金的半精加工和精加工领域；本发明用于切削镍基高温合金等难加工材料，是针对其在切削加工过程中经常出现的因刀具严重磨损导致寿命变短、已加工表面粗糙度不理想而引入的一种新型微织构硬质合金刀片，此刀片可以有效减小刀具摩擦、磨损，从而减小切削力和切削热，提高刀具的使用寿命、生产效率及已加工表面质量等；本发明主要包括80°菱形车刀主体，前刀面为错位弧形沟槽式微织构，后刀面为错位矩形凹坑式微织构，前后刀面的微织构设计减少了前后刀面的摩擦阻力，降低了刀具的磨损，提高了刀具的散热能力；多边形断屑台位于前刀面切屑流出处，有利于切屑折断；前刀面设计有胶囊状凸起和半球状凸起，用于改变切屑的方向，避免切屑缠绕划伤工件等；中间的标准中心孔用于安装定位。

技术研发人员：冯新敏;孟聪
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2021.05.10
技术公布日：2021.07.23