专利名称：一种微池自润滑刀具及其制备方法
技术领域：
本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别是涉及一种微池自润滑刀具 及其制备方法。
背景技术：
在切削过程中始终存在两个摩擦副，即由前刀面与切屑组成的摩擦副和由 后刀面与工件组成的摩擦副。切削时刀具前刀面、后刀面不断与切屑和工件接 触并发生强烈的摩擦，造成刀具急剧磨损，从而降低刀具寿命。目前，国内外 减小刀具切削加工时的摩擦磨损的主要办法是使用具有一定润滑作用的切削 液。但是，切削液的制造、使用及排放需消耗大量的能源和资源，并会对环境造成严重污染；且高速切削过程中由于切削温度的升高，切削液的粘性呈指数 下降，其润滑性能衰退。因此，对于存在很高切削高温的场合，传统的方法己 经不能很好的满足润滑的要求。解决这一问题的最有效途径是采用对环境友好 的干切削技术。但是干切削时，由于缺少切削液的润滑和冷却作用，刀具工件 和刀具切屑之间的摩擦条件异常严酷，摩擦力增加，切削温度急剧上升，刀具 的磨损非常严重。为此，急需寻求一种新的技术，来降低干切削时刀具与工件 之间的摩擦系数。中国专利"专利号ZL 2004100242261"报道了 Al203/TiC/CaF2自润滑陶瓷 刀具材料，它是将CaF2固体润滑剂添加到Al203/TiC陶瓷刀具材料中制成自润 滑陶瓷刀具材料。中国专利"申请号200610068975.3"报道了自润滑复合软 涂层刀具，该刀具表面为MoS2层，MoS2层与刀具基体之间有Ti、 MoS2/Zr/Ti和 MoS2/Zr过度层。中国专利"申请号200510012957.9"报道了高速钢刀具固体 润滑软涂层及制备方法，它是采用煮涂法，将预处理好的刀具放入配制好的煮 涂液中，在刀具表面吸附一层固体润滑剂，然后采用浸涂法，将刀具放入浸涂 液中固化，制成刀具软涂层。发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种微池自润滑刀具及 其制备方法。该刀具前刀面刀一屑接触区带有多个存储固体润滑剂的微孔，干 切削时，由于高温的作用使微孔中的固体润滑剂软化而拖覆于刀具前刀面，产 生微池润滑效应，在刀具前刀面刀一屑接触区形成连续的固态润滑层，从而可 达到阻止粘结、减小摩擦、降低磨损和提高刀具寿命的目的。 本发明是通过以下方式实现的。一种微池自润滑刀具，该刀具材料为高速钢、硬质合金或陶瓷，其特征是 在刀具前刀面刀一屑接触区带有多个用来存储固体润滑剂的微孔。 微池自润滑刀具及其制备方法，制备方法的步骤为1. 采用微细电火花技术或激光加工技术在刀具前刀面刀一屑接触区加工出 多个微孔。微孔数量太多或微孔直径太大，刀具强度降低；微孔数量太 少或微孔直径太小，所能存储的固体润滑剂量会减小。因此，为了不损 伤刀具的强度，需要控制微孔数量和微孔尺寸。微孔数量在3 20之间， 微孔的直径为30拜 150 mjii，微孔深度为50拜 300 nm，孔间距为 40 |im 80 !^m。2. 在每个微孔中填充直径为0.5拜 2 nm的固体润滑剂粉末，固体润滑 剂的种类为硫化物，如MoS2、 WS2、 TaS2。3. 根据需要，通过改变微孔数量、微孔直径、孔间距或固体润滑剂种类， 可得到具有不同润滑性能的微池自润滑刀具。通过上述方法制备的微池自润滑刀具，刀具前刀面刀一屑接触区带有多个 存储固体润滑剂的微孔。干切削时，由于高温的作用使前刀面刀一屑接触区微 孔中的固体润滑剂软化而拖覆于刀具前刀面，产生微池润滑效应，在刀具前刀 面刀一屑接触区形成连续的固态润滑层，从而可达到阻止粘结、减小摩擦、降 低磨损和提高刀具寿命的目的。该微池自润滑刀具可广泛应用于干切削和难加 工材料的切削加工，可克服切削液造成的环境污染、实现清洁化生产、降低成 本。
图1为本发明的微池自润滑刀具微孔示意图，其中1为刀具前刀面、2 为填充固体润滑剂的微孔。图2为微池自润滑刀具切削时的示意图，其中1为刀具前刀面、2为填充固体润滑剂的微孔、3为切屑、4为工件、5为刀一屑接触区、6为微池自润滑 刀具。
具体实施例方式下面给出本发明的三个最佳实施例 实施例1:一种微池自润滑刀具，该刀具6材料为高速钢，刀具前刀面l的刀一屑接触区5带有多个存储固体润滑剂的微孔2。其制备方法如下1. 采用微细电火花技术在高速钢刀具前刀面l的刀一屑接触区5加工出18 个微孔，每个微孔的直径为120拜，微孔深度为240 Mm,孔间距为40 |nm。2. 在每个微孔2中填充直径为2.0 p的固体润滑剂粉末，固体润滑剂的 种类为TaS2。3. 采用该刀具干切削工件4时，由于切削高温的作用，刀一切屑接触区5 微孔中的固体润滑剂软化而拖覆于刀具前刀面，将在刀具前刀面刀一屑 接触区形成连续的固态润滑层。实施例2:如实施例1所述的一种微池自润滑刀具，所不同的是刀具材料为硬质合金， 其制备方法如下1. 采用微细电火花技术在硬质合金刀具前刀面刀一屑接触区加工出8个微孑L，每个微孔的直径为100 nm，微孔深度为200网，孔间距为60 p。2. 在每个微孔中填充直径为1.5 nm的固体润滑剂粉末，固体润滑剂的种 类为WS2。实施例3:如实施例l所述的一种微池自润滑刀具，所不同的是刀具材料为陶瓷，其 制备方法如下1. 采用激光加工技术在陶瓷刀具前刀面刀一屑接触区加工出4个微孔，每个微孔的直径为60 iLim，微孔深度为120 ^m，孔间距为80 ^un。2. 在每个微孔中填充直径为1.0 nin的固体润滑剂粉末，固体润滑剂的种 类为MoS2。
权利要求
1.一种微池削闰滑刀具，该刀具材料为高速钢、硬质合金或陶瓷，其特征是该刀具的前刀面刀-屑接触区有多个用来存储固体润滑剂的微孔。
2. 微池自润滑刀具的制备方法，其特征是该制备方法的步骤为(1) 采用微细电火花技术或激光加工技术在刀具前刀面刀一屑接触区加工出 3 20个微孔，每个微孔的直径为30nm 150nm，微孔深度为50 pm 300 |im，孑L间距为40拜 80 fim;(2) 在于在每个微孔中均填充直径为0.5 iLim 2 nm的固体润滑剂粉末，固体 润滑剂为硫化物，如MoS2、 WS2、 TaS2。
全文摘要
本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别是涉及一种微池自润滑刀具及其制备方法。该微池削闰滑刀具前刀面刀—屑接触区带有多个用来填充固体润滑剂的微孔，干切削时，由于高温的作用使微孔中的固体润滑剂软化而拖覆于刀具前刀面，产生所谓“微池效应”，在刀具前刀面刀—屑接触区形成连续的固态润滑层，从而可达到阻止粘结、减小摩擦、降低磨损和提高刀具寿命的目的。该微池自润滑刀具可广泛应用于干切削和难加工材料的切削加工，可克服切削液造成的环境污染、实现清洁化生产、降低成本。
文档编号C10M103/06GK101125371SQ200710017168
公开日2008年2月20日 申请日期2007年9月25日 优先权日2007年9月25日
发明者邓建新 申请人:山东大学