用于制备具有丰富表面结构微齿带材的多刃切削刀具的制作方法

本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种用于制备具有丰富表面结构微齿带材的多刃切削刀具。

背景技术：

电子工业正成为21世纪全球第一大产业，电子工业的水平和规模已成为衡量一个国家综合国力的重要标志之一。随着电子工业的飞速发展，各种电子设备也越来越向高频、高集成化发展，从而导致其发热量逐年增加。一个最典型的例子就是中央处理器cpu近年来的发展。高集成度cpu芯片的性能对温度十分敏感，主要失效形式是热失效，散热情况的好坏将直接影响到计算机工作的稳定性。由于人们对计算机内部空间有紧凑性的设计要求，中央处理器的体积越来越小，但运算速度在不断提高，芯片的发热量猛增。因此，设计并制备出具有高散热性的微齿结构带材有着重要意义。所谓微齿结构是指具有一定高深宽比值的微小拓扑几何形状，并可由此转变元件的光学、机械、物理和化学性质以表现出特定功能的结构。近年来，随着微齿结构散热材料应用领域的不断扩大，对微齿结构散热材料的性能要求也越来越高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种用于制备具有丰富表面结构微齿带材的多刃切削刀具，解决现有方法难以制备具有表面结构的微齿带材以及制备出的微齿带材比表面积小，效率低，生产成本高的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于制备具有丰富表面结构微齿带材的多刃切削刀具，多刃切削刀具的主切削刃上具有若干个微齿，微齿沿主切削刃长度方向均布，多刃切削刀具的名义前角为0°-25°，多刃切削刀具的名义后角为5°-25°，主切削刃与工件轴线垂直。

优选的，微齿为矩形微齿、等腰梯形微齿或连续等腰梯形微齿。

优选的，矩形微齿的齿距为0.6mm-0.8mm，齿宽为0.7mm-0.9mm，齿高为0.2mm-0.5mm。

优选的，矩形微齿的齿距为0.6mm，齿宽为0.8mm，齿高为0.3mm。

优选的，等腰梯形微齿的齿距为0.5mm-0.8mm，齿宽为0.6mm-0.8mm，齿高为0.2mm-0.5mm，底角为45°-60°。

优选的，等腰梯形微齿的齿距为0.6mm，齿宽为0.8mm，齿高为0.3mm，底角为60°。

优选的，连续等腰梯形微齿的齿宽为0.5mm-0.8mm，齿高为0.2mm-0.5mm，齿距为0mm，底角为45°-60°。

优选的，连续等腰梯形微齿的齿宽为0.8mm，齿高为0.3mm，底角为60°。

优选的，多刃切削刀具的名义前角为15°，多刃切削刀具的名义后角为10°。

优选的，微齿贯通多刃切削刀具的主后刀面，各微齿间相互平行设置。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的多刃切削刀具为大后角多刃切削刀具，主后刀面上分布有若干个几何结构相同且平行设置的微齿，微齿贯穿主切削刃形成齿型多刃切削刀具。在切削过程中，带有微齿的切削刃可在工件过渡表面不断形成几何形貌与刀具微齿横截面结构相同的微齿，成形效果明显，加工效率高。

2、本发明的多刃切削刀具在一个进给后将带有微齿的过渡表面变为切屑上表面，由于切屑厚度压缩比的存在和切屑的挤压变形，形成齿高放大且具有丰富表面形貌的切屑，同时由于切屑下表面与刀具前刀面的挤压作用，切屑下表面变为光滑平面，从而获得形貌规整并具有丰富表面结构的微齿带材。

3、本发明的多刃切削刀具加工得到的微齿带材的表面结构为微沟槽，微褶皱，微分枝，是传统塑性加工及切削加工方法所难以实现的。

4、本发明的多刃切削刀具的特征结构使得由切屑成形法制备出的微齿带材在作为换热器时，能显著提高带材的比表面积，同时在散热领域的应用中能够诱导流体产生湍流效应，显著提高带材的散热性能。

5、本发明解决了目前微齿带材的制备方法难以满足现实的需要的问题，传统的微齿带材制备方法一般基于塑性成形或切削加工工艺。因此制备的微齿带材表面光滑，相比于采用本发明制得的微齿带材，比表面积小，难以形成流体的表面湍流，在热交换领域的应用中，散热性能不如本发明所采用的多刃切削刀具制备出的具有丰富微沟槽、微褶皱、微分枝等表面结构的微齿带材。

附图说明

图1是本发明的多刃切削刀具的结构示意图；

图2是图1中a部的放大图；

图3是实施例二加工矩形微齿带材多刃切削刀具的微齿结构示意图；

图4是实施例三加工等腰梯形微齿带材多刃切削刀具微齿结构的示意图；

图5是实施例四加工等腰三角形微齿带材多刃切削刀具微齿结构的示意图；

图6是本发明的多刃切削刀具从纯铜圆管材切出切屑的示意图。

图7是本发明制备得到的表面具有丰富粗糙形貌的微齿带材的超景深显微镜三维图。

其中，1、齿型切削刃，2、微齿带材，3、纯铜圆管材，4、多刃切削刀具。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

一种用于制备具有丰富表面结构微齿带材的多刃切削刀具，多刃切削刀具的主切削刃上具有若干个微齿，微齿沿主切削刃长度方向均布形成齿型的多刃切削刀具，主切削刃侧形成为齿型切削刃，多刃切削刀具的名义前角γ为0°-25°，多刃切削刀具的名义后角α为5°-25°，主切削刃与工件轴线垂直。

优选的，多刃切削刀具的名义前角γ为15°，多刃切削刀具的名义后角α为10°。

优选的，微齿贯通多刃切削刀具的主后刀面，各微齿间相互平行设置。

在切削过程中，齿型切削刃可在工件过渡表面不断形成几何形貌与刀具微齿形状结构相反的微齿，一个进给后带有微齿的过渡表面变为切屑上表面。在切屑厚度压缩比的放大作用和切屑的挤压变形的共同作用下形成齿高放大的具有丰富表面形貌的微齿带材(切屑)，同时由于切屑下表面与刀具前刀面的挤压作用，切屑下表面变为光滑平面，从而获得形貌规整且具有丰富表面结构的微齿带材。

通过更改主后刀面上平行设置的微齿的几何形貌，可以获得不同形貌的微齿带材。本发明可直接用于普通车床，加工效率高，生产成本低，制得的微齿带材具有丰富的表面结构，这不仅能显著提高带材的比表面积，同时在散热领域的应用中能够诱导流体产生湍流效应，显著提高微齿带材的散热性能。

实施例二：

本实施例加工的微齿带材为矩形微齿带材，多刃切削刀具的微齿结构为矩形微齿。

优选的，刀具矩形微齿的齿距n为0.6-0.8mm，齿宽m为0.7-0.9mm，齿高d为0.2-0.5mm。

优选的，刀具矩形微齿的齿距n为0.6mm，齿宽m为0.8mm，齿高d为0.3mm。

实施例三：

本实施例加工的微齿带材为等腰梯形微齿带材，多刃切削刀具的微齿结构为等腰梯形微齿。

优选的，刀具等腰梯形微齿的齿距n为0.5-0.8mmmm，齿宽m为0.6-0.8mm，齿高d为0.2-0.5mm，底角θ为45°-60°。

优选的，等腰梯形微齿的齿距n为0.6mm，齿宽m为0.8mm，齿高d为0.3mm，底角θ为60°。

实施例四：

本实施例加工的微齿带材为等腰三角形微齿带材，多刃切削刀具的微齿结构为连续等腰梯形微齿。

优选的，连续等腰梯形微齿的齿宽m为0.5-0.8mm，齿高d为0.2-0.5mm，齿距n为0mm，底角θ为45°-60°。

优选的，连续等腰梯形微齿的齿宽m为0.8mm，齿高d为0.3mm，底角θ为60°。

本发明的工作过程及工作原理：

采用本发明的多刃切削刀具制备具有丰富的粗糙表面形貌的微齿带材的过程如下：

(1)将直径为75mm，壁厚5mm的纯铜圆管材进行清洗、去油处理后，采用车削法去除工件表面的氧化层；

(2)将步骤(1)中处理后的纯铜圆管材工件的一端固定在卧式车床上，将多刃切削刀具的切削刃垂直于工件轴线安装在车床装刀架上；

(3)利用安装在车床装刀架上的多刃切削刀具切削步骤(2)中的工件获得具有微齿结构的过渡表面；

(4)利用安装在车床装刀架上的多刃切削刀具在平行于工件轴线方向自动进给，控制机床主轴的转速为360r/min，进给量为0.34mm/rev，背吃刀量等于管材壁厚度为5mm，切削过程中需用切削液进行冷却。为防止微齿带材随工件的旋转发生缠绕，在切削过程中需对微齿带材进行牵引收集。

如上所述，便可较好地实现本发明。

图7为利用上述方法制备出的微齿带材的微齿及表面结构的超景深显微镜三维图，如图6可见，微齿表面具有丰富的粗糙表面结构，微齿上的表面结构为微沟槽，微褶皱，微分枝。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。