本发明属于机械切削刀具制造技术领域，提供一种电射流沉积-激光熔覆微织构刀具的制备装置。
背景技术：
金属干切削加工技术因避免了大量切削液的使用，从而大大降低了制造成本、减少了环境污染，已逐渐成为绿色制造的研究热点之一。但由于缺少切削液的冷却润滑作用，干切削加工的切削条件更加恶劣，对刀具的要求更加严格。如何在无润滑或微量润滑的情况下减轻刀具的摩擦磨损，提高刀具的切削性能成为干切削加工亟待解决的问题之一。
表面织构技术是一种通过改变材料表面的物理结构来改善材料表面特性的方法。在刀具表面的特定区域进行织构化处理，并在所形成的织构中添加润滑剂就能有效地提高刀具表面润滑承载能力，改善刀-屑接触面的摩擦状态，增强刀具表面的抗磨减磨能力。中国专利“申请号200710017168.3”报道了一种微池自润滑刀具及其制备方法，它采用微细电火花加工技术在刀具前刀面刀-屑接触区加工出微孔，并将固体润滑剂填充到微孔中，在刀具切削时润滑剂析出形成的润滑膜起到了润滑作用。但此方法对刀具导电性要求较高，加工精度低，加工表面烧蚀严重。中国专利“申请号201210447210.6”报道了一种微纳复合织构自润滑刀具及其制备方法，它采用激光加工技术在刀具前刀面上加工出微米级织构，在负倒棱上加工出纳米级织构，并分别在织构中填充了固体润滑剂，改善了刀具的抗磨损性能，提高了刀具使用寿命。但是激光烧蚀刀具材料加工织构的方法常常存在严重的热作用，易造成刀具材料的局部变形、微裂纹等结构缺陷。加工后的凹坑底部和周围常常有材料堆积，需要二次处理。日本东京大学obikawa的文章：toshiyukiobikawaetal.,micro-textureatthecoatedtoolfaceforhighperformancecutting,internationaljournalofmachinetools&manufacture,51(2011)966-972，通过光刻加工方法在刀具前刀面上制备了微凸点阵列织构，有效地减小了刀具磨损，改善了刀具切削性能。但此方法制备刀具织构存在工艺复杂、成本高等问题。
技术实现要素：
本发明为克服上述现有技术方法的不足，发明一种电射流沉积-激光熔覆微织构刀具的制备装置。所述装置利用电场力使功能液体形成微米级的精细射流，喷射沉积出微织构，并同时利用激光辐照沉积的微织构，完成织构的固化及与基体材料的熔凝，通过逐层沉积成型实现刀具三维微织构的制造。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电射流沉积-激光熔覆微织构刀具制备装置。所述的装置包括：计算机控制模块，电射流沉积模块，ccd显微成像模块，激光器模块。
所述的计算机控制模块为计算机5及相关控制软件。所述的计算机5绘制刀具微织构的三维模型，并依据其三维模型各层截面轮廓数据和填充数据控制三维运动平台基板7的运动路径、运动速度。
所述的电射流沉积模块包括：1-注射器，2-功能液体，3-微量注射泵，7-三维运动平台基板，9-接地极板，13-金属喷头，14-喷头夹具，15-硅橡胶管，16-高压电源。所述功能液体2为微织构材料超细粉末混合在有机或无机溶剂中得到的悬浮液。所述的微量注射泵3夹紧固定装有功能液体2的注射器1，并控制功能液体2的流量大小。所述的金属喷头13内径为300μm，上端口通过硅橡胶管15与注射器1的针头端相连，下端部分与高压电源16正极相连。所述的三维运动平台基板7为承载刀具基体8的金属板，能在计算机5的控制下做三轴位移，三维运动平台基板7通过接地极板9接地。所述的喷头夹具14由绝缘材料制造，前端夹紧喷头13，后端固定在可以移动的z位移轴上。所述的高压电源16的电压输出范围为0-10kv。
所述的ccd显微成像模块由显微相机6及计算机5组成。所述的显微相机6与计算机5相连，通过计算机5的检测软件实时检测电射流沉积过程。
所述的激光器模块由co2激光器4和计算机5组成。所述的co2激光器4与计算机5相连，通过计算机5实时控制激光12的输出功率、扫描区域、扫描速度等参数。
本发明的显著效果为：本发明提出了一种电射流沉积-激光熔覆微织构刀具制备装置，利用此装置能得到多种复杂形状的刀具微织构，织构的线宽可以为几十微米到几百微米，高度可达几十微米。装置简单，能有效地提高刀具微织构制备效率。
附图说明
图1为电射流沉积-激光熔覆微织构刀具制备装置示意图。其中：1-注射器，2-功能液体，3-微量注射泵，4-co2激光器，5-计算机，6-显微相机，7-三维运动平台基板，8-刀具基体，9-接地极板，10-微织构，11-射流，12-激光，13-金属喷头，14-喷头夹具，15-硅橡胶管，16-高压电源。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种电射流沉积-激光熔覆微织构刀具制备装置，见图1，主要由计算机控制模块，电射流沉积模块，ccd显微成像模块，激光器模块四部分组成。
所述的计算机控制模块为计算机5及相关控制软件。所述的计算机5绘制刀具微织构的三维模型，并利用其三维模型各层截面轮廓数据和填充数据控制三维运动平台基板7的运动路径、运动速度。
所述的电射流沉积模块包括：1-注射器，2-功能液体，3-微量注射泵，7-三维运动平台基板，9-接地极板，13-金属喷头，14-喷头夹具，15-硅橡胶管，16-高压电源。所述功能液体2为微织构材料超细粉末混合在有机或无机溶剂中得到的悬浮液。所述的微量注射泵3夹紧固定装有功能液体2的注射器1，并控制功能液体2的流量大小。所述的金属喷头13内径为300μm，上端口通过硅橡胶管15与注射器1的针头端相连，下端部分与高压电源16正极相连。所述的三维运动平台基板7为承载刀具基体8的金属板，能在计算机5的控制下做三轴位移，三维运动平台基板7通过接地极板9接地。所述的喷头夹具14由绝缘材料制造，前端夹紧喷头13，后端固定在可以移动的z位移轴上。所述的高压电源16的电压输出范围为0-10kv。
所述的ccd显微成像模块由显微相机6及计算机5组成。所述的显微相机6与计算机5相连，通过计算机5的检测软件实时检测电射流沉积过程。
所述的激光器模块由co2激光器4和计算机5组成。所述的co2激光器4与计算机5相连，通过计算机5控制软件实时控制激光12的输出功率、扫描区域、扫描速度等参数。
采用上述装置进行微织构高速钢刀具的制备。其中，刀具基体为w6mo5cr4v2高速钢，织构材料为ni基wc材料(由质量分数65％的t-ni25a和35％的wc粉末组成)。其特征是在刀具前刀面上加工出微织构。具体的制备工艺步骤如下：
(1)刀具基体的预处理
将w6mo5cr4v2高速钢刀具表面进行抛光处理，并依次放入丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗20min，以除去刀具表面污垢。
(2)微织构的电射流沉积
计算机5绘制微织构的三维模型，利用其三维模型各层截面轮廓数据和填充数据生成微织构对应的三维运动平台基板7的运动路径和运动速度，本实例的三维微织构模型的每一分层截面结构的厚度为3μm，线宽为～120μm，对应的三维位移平台基板7速度设定为20mm/s。选用ni基wc纳米粉末和去离子水混合而成的悬浮液(以下称wc纳米墨水)为功能液体2，wc纳米墨水以4×10-13m3·s-1的流速从金属喷头13出口流出，并在高压电场中形成微米级的稳定射流11，喷射沉积在刀具基体8上。其中，金属喷头13与刀具前刀面的间距为4mm，高压电源16的输出电压为4.5kv。控制三维运动平台基板7按照设定的运动路径和运动速度运动，即在刀具基体8上沉积出与三维模型第一层截面轮廓相一致的薄层结构。
(3)微织构的激光熔覆
调整激光12光斑聚焦在微织构10上。设定激光光斑直径～100μm，激光功率100w，扫描速度35mm/s，激光12与沉积的织构材料作用，完成微织构第一层截面轮廓薄层wc材料的固化成型及与刀具基体的可靠熔凝。计算机5控制三维运动平台基板7下降3μm。
重复步骤(2)、(3)，进行wc的逐层累加沉积成型，直至制备出所需尺寸规格的三维微织构。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。