CN111496277B - 一种微凹槽刀头及其微织构的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微凹槽刀头及其微织构的制造方法，该刀头具有前刀面，所述前刀面上设有至少一组微织构，所述微织构包括开设于所述前刀面上的第一凹槽及设于所述第一凹槽的底面上的若干第二凹槽；刀头的微织构的制造方法包括：利用第一电极以电火花的方式在刀头的前刀面上加工第一凹槽；利用第二电极以电火花的方式在所述第一凹槽的底面上加工若干第二凹槽。本发明的有益效果为：前刀面上的微织构设置成双内凹的形式，有利于加工应力的耗散和缓冲，具有较佳的散热及容屑性能，且结构稳固，加工性能能够得到大幅度的提高；利用电火花加工微织构，可提高成型效率及加工精度。

Description

一种微凹槽刀头及其微织构的制造方法

技术领域

本发明涉及精密加工技术领域，特别是涉及一种微凹槽刀头及其微织构的制造方法。

背景技术

经大量的试验研究发现，刀头的前刀面的切削温度比后刀面的切削温度高，通过在前刀面上加工微织构能够降低前刀面的磨损性能，且微织构的设置形式将直接影响刀头的切削性能及其稳定性能。

另外，刀头一般由难以加工的超硬材料制成。目前，在刀头上加工微织构主要包括三种方法：1、采用金刚石砂轮机械磨削加工，砂轮的磨损非常快，很难保证微织构的形状尺寸要求，且精度较低；2、激光处理，此加工方式为非接触加工，效率高、加工变形小，但激光设备成本昂贵，而且还处于研发阶段，工艺性差；3、超声波加工，加工效率低，且加工过程中粉尘污染较严重。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种微凹槽刀头及其微织构的制造方法，能够有利于应力的耗散和缓冲，具有较佳的散热及容屑性能，结构稳固，加工微织构的效率高，且可提高成型精度及表面质量。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种微凹槽刀头，其具有前刀面，所述前刀面上设有至少一组微织构，所述微织构包括开设于所述前刀面上的第一凹槽及设于所述第一凹槽的底面上的若干第二凹槽。

作为优选方案，所述前刀面及所述第一凹槽均呈三角形状，所述第一凹槽的各侧边一一相对应平行于所述前刀面的各侧边。

作为优选方案，位于所述第一凹槽内的若干所述第二凹槽呈三角形阵列，且若干所述第二凹槽限定成的三角形的各侧边一一相对应平行于所述第一凹槽的各侧边。

作为优选方案，所述前刀面上设置有三组所述微织构，三组所述微织构呈三角形阵列。

作为优选方案，所述第一凹槽的槽宽为0.5～4mm，所述第一凹槽的槽深为50～200μm，所述第二凹槽的槽宽为10～200μm，所述第二凹槽的槽深为5～50μm。

作为优选方案，所述第二凹槽呈三棱椎状，且所述第二凹槽的内径从其底部至上逐渐增加。

作为优选方案，所述前刀面上还开设有排屑口。

作为优选方案，所述排屑口设于所述前刀面的中心处。

作为优选方案，所述微凹槽刀头的材质为聚晶金刚石。

同样的目的，本发明的第二方面还提供一种微凹槽刀头的微织构的制造方法，其包括以下步骤：

利用第一电极以电火花的方式在刀头的前刀面上加工第一凹槽；

利用第二电极以电火花的方式在所述第一凹槽的底面上加工若干第二凹槽。

作为优选方案，具体通过以下步骤加工第一凹槽：

A、刀头安装于工作台上，第一电极安装在机床主轴上，刀头及第一电极均浸入火花油中；其中，第一电极的放电端面的形状与所需成型的第一凹槽的形状相匹配；

B、将刀头及第一电极分别连接于脉冲电源的两极；

C、机床主轴驱动第一电极朝垂直于刀头的前刀面的方向进给，在刀头的前刀面上进行电火花加工，形成第一凹槽。

作为优选方案，在成型第一凹槽时，脉冲电源的脉冲电压为10～200V，脉冲宽度为0.1～100μs和脉间宽度为0.1～100μs。

作为优选方案，第一电极的进给速度为0.1～5μm/s。

作为优选方案，具体通过以下步骤加工所述第二凹槽：

S1、刀头安装于工作台上，第二电极安装在机床主轴上，且刀头及第二电极均浸入火花油中；其中，第二电极的放电端面的形状与第一凹槽的形状相匹配，且第二电极的放电端面上设置有若干与所需成型的第二凹槽形状相匹配的凸部；

S2、将刀头及第二电极分别连接于脉冲电源的两极；

S3、机床主轴驱动第二电极朝垂直于刀头的前刀面的方向进给，在第一凹槽的底面上进行电火花加工，形成若干第二凹槽。

作为优选方案，在成型微织构时，脉冲电源的脉冲电压为10～200V，脉冲宽度为0.1～100μs，脉间宽度为0.1～100μs。

作为优选方案，所述第二电极的进给速度为0.1～5μm/s。

作为优选方案，所述第一电极及所述第二电极均为紫铜电极。

本发明实施例一种刀头及其微织构的制造方法，与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明实施例的微凹槽刀头，在前刀面上设置有至少一组微织构，且微织构为双内凹的形式，微织构包括开设于前刀面上的第一凹槽及设于第一凹槽的底面上的若干第二凹槽，不仅能够有效耗散及缓冲刀头在加工过程中的加工应力，相对于其它形式的微织构，刀头的结构更加稳定可靠，能够大幅度提高刀头的加工性能；

另外，本发明实施例中利用电火花成型前刀面上的微织构，相对于传统机械加工、超声加工和激光加工来说，加工效率高，且成型精度高、表面质量好。

附图说明

图1是本发明实施例中一种微凹槽刀头的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种微织构的第一凹槽的成型方法的示意图；

图3是本发明实施例中一种微织构的第二凹槽的成型方法的示意图；

图4是本发明实施例中一种第二电极的结构示意图；

图5是本发明实施例中一种微凹槽刀头的微织构的制造方法的流程示意图；

图6是本发明实施例中一种微织构的第一凹槽的成型方法的流程示意图；

图7是本发明实施例中一种微织构的第二凹槽的成型方法的流程示意图。

图中，1、刀头；11、前刀面；111、第一凹槽；112、第二凹槽；113、排屑口；2、第一电极；3、第二电极；31、凸部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例优选实施例的一种微凹槽刀头，其具有前刀面11，前刀面11上设有至少一组微织构，微织构包括开设于前刀面11上的第一凹槽111及设于第一凹槽111的底面上的若干第二凹槽112。

基于上述技术方案，由于在前刀面11上设置双层内凹的微织构，能够有效耗散及缓冲刀头在加工过程中的加工应力，提高散热及容屑性能，从而大幅度提高刀头的加工性能，且相对于一层内凹设置的微织构来说，能够保证刀头的结构稳固性。

为了进一步保证微凹槽刀头的稳固性，刀头1的整体轮廓呈三菱柱形状，前刀面11呈三角形。

与之相对应地，为了进一步确保刀头加工应力的释放与缓冲，提高刀头的散热、容屑性能，第一凹槽111呈三角形状，第一凹槽111的各侧边一一相对应平行于前刀面11的各侧边；位于第一凹槽111内的若干第二凹槽112呈三角形阵列，且若干第二凹槽112限定成的三角形的各侧边一一相对应平行于第一凹槽111的各侧边。

同样的目的，本实施例中，在前刀面11上设置有三组微织构，三组微织构呈三角形阵列排布，且三组微织构所限定成的三角形的各侧边与前刀面11的各侧边一一相对应平行，能够进一步保证刀头的结构稳固性能。

本实施例中，第二凹槽112呈三棱椎状，且第二凹槽112的内径从其底部至上逐渐增加。另外，还可将为第二凹槽112设置成四棱椎或者多棱椎等形状。

优选地，本实施例中，为了进一步优化散热及容屑性能，第一凹槽的槽宽为0.5～4mm，第一凹槽的槽深为50～200μm，第二凹槽的槽宽为10～200μm，第二凹槽的槽深为5～50μm。示例性地，第一凹槽为边长为0.5～4mm的三角形状，第二凹槽为边长为10～200μm的三棱椎。

本实施例中，为了进一步保证排屑性能，前刀面11上还开设有排屑口113；示例性地，该排屑口113位于前刀面的中心位置处，且处于各组微织构所围合的位置处。

刀头1的材质为聚晶金刚石、单晶金刚石、化学气相沉积金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷及硬质合金中的任一种，能够满足高硬度要求。

本实施例中，刀头1优选由聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)材质制成。刀头不仅可以设置成整体式PCD刀头，即将整个刀头1由PCD一体成型，也适用于仅将刀头1的表面层设置成PCD材料。PCD既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的高强度与抗冲击任性，PCD刀头主要用于不含黑色金属的合金、陶瓷及硬脆性耐磨材料的精密加工，具有使用寿命长、生产效率高、加工表面光洁度高，加工精度高等特点。

本发明实施例的第二方面提出一种对如第一方面任一项的微凹槽刀头的微织构的制造方法，具体参阅附图5所示，其包括以下步骤：

利用第一电极2以电火花的方式在刀头1的前刀面11上加工第一凹槽111；利用第二电极3以电火花的方式在第一凹槽111的底面上加工若干第二凹槽112。

分别通过第一电极2及第二电极3采用电火花的方式依次成型第一凹槽111、第二凹槽112，电火花加工过程中，高度集中的脉冲放电能量、强大的放电爆炸力使刀头1中的金属熔化，工艺性好且效率高，且能够提高加工精度及表面质量。

以第二电极为例，对电火花成型的具体工作过程进行阐述：当第一电极2靠近刀头1的前刀面11时，脉冲电压加到刀头1和第一电极2之间，便将当时条件下刀头1和第一电极2之间最近点的火花油击穿，形成放电通路，脉冲电压产生间隙放电现象，会产生高温从而烧蚀刀头1的前刀面11，达到去除材料的目的；第一次的脉冲放电结束，在极短的时间内，后一次脉冲放电过程就发生在下一个刀头1与第一电极2之间的最近点，整个过程循环往复，第一电极2不断进给，从而将第一电极2的前端的轮廓形状复制到刀头的前刀面上，形成第一凹槽。

第二电极3的加工与第一电极2的工作过程类似，经第二电极3的放电端面上的凸部31复制到刀头1的第一凹槽111的底面上，从而形成第二凹槽112。

具体地，如图2及图6所示，具体通过以下步骤加工第一凹槽111：

A、刀头1安装于工作台上，第一电极2安装在机床主轴上，刀头1及第一电极2均浸入火花油中；其中，第一电极2的放电端面的形状与所需成型的第一凹槽111的形状相匹配；

B、机床主轴驱动第一电极2朝垂直于刀头1的前刀面11的方向进给，在刀头1的前刀面11上进行电火花加工，形成第一凹槽。

优选地，为了使得加工精度高的同时达到效率最大化，第一电极2采用单向进给，且进给速度V为0.1～5μm/s；在成型微织构时，脉冲电源的脉冲电压为10～200V，脉冲宽度为0.1～100μs，脉间宽度为0.1～100μs。

参阅附图3及图7所示，具体地，具体通过以下步骤加工第二凹槽112：

S1、刀头1安装于工作台上，第二电极3安装在机床主轴上，且刀头1及第二电极3均浸入火花油中；其中，第二电极3的放电端面的形状与第一凹槽111的形状相匹配，且第二电极3的放电端面上设置有若干与所需成型的第二凹槽112形状相匹配的凸部31，如图4所示；

S2、将刀头1及第二电极3分别连接于脉冲电源的两极；

S3、机床主轴驱动第二电极3朝垂直于刀头1的前刀面11的方向进给，在第一凹槽111的底面上进行电火花加工，形成若干第二凹槽112。

同样地，为了保证加工精度及加工效率，在成型第二凹槽112时，脉冲电源的脉冲电压为10～200V，脉冲宽度为0.1～100μs和脉间宽度为0.1～100μs；第二电极3采用单向进给，且进给速度Vf为0.1～5μm/s。

本实施例中，将第一电极2和第二电极3均设置为紫铜电极；可替换地，还可将第一电极2和第二电极3设置成铜电极或者含铜的混合电极。

综上，本发明实施例提供一种微凹槽刀头及其微织构的制造方法，在前刀面上设置有至少一组微织构，且微织构为双内凹的形式，微织构包括开设于前刀面上的第一凹槽及设于第一凹槽的底面上的若干第二凹槽，不仅能够有效耗散及缓冲刀头在加工过程中的加工应力，相对于其它形式的微织构，使得刀头的结构更加稳定可靠，能够大幅度提高刀头的加工性能；另外，本发明实施例中利用电火花成型前刀面上的微织构，相对于传统机械加工、超声加工和激光加工来说，加工效率高，且成型精度高、表面质量好。

以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种微凹槽刀头，其特征在于，所述刀头具有前刀面，所述前刀面上设有至少一组微织构，所述微织构包括开设于所述前刀面上的第一凹槽及设于所述第一凹槽的底面上的若干第二凹槽；

所述前刀面及所述第一凹槽均呈三角形状，所述第一凹槽的各侧边一一相对应平行于所述前刀面的各侧边；

位于所述第一凹槽内的若干所述第二凹槽呈三角形阵列，且若干所述第二凹槽限定成的三角形的各侧边一一相对应平行于所述第一凹槽的各侧边；

所述前刀面上设置有三组所述微织构，三组所述微织构呈三角形阵列；

所述第二凹槽呈三棱椎状，且所述第二凹槽的内径从其底部至上逐渐增加。

2.如权利要求1所述的微凹槽刀头，其特征在于，所述第一凹槽的槽宽为0.5～4mm，所述第一凹槽的槽深为50～200μm，所述第二凹槽的槽宽为10～200μm，所述第二凹槽的槽深为5～50μm。

3.如权利要求1或2所述的微凹槽刀头，其特征在于，所述前刀面上还开设有排屑口。

4.如权利要求3所述的微凹槽刀头，其特征在于，所述排屑口设于所述前刀面的中心处。

5.如权利要求1所述的微凹槽刀头，其特征在于，所述刀头的材质为聚晶金刚石。

6.一种如权利要求1-5中任一项的所述微凹槽刀头的微织构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用第一电极以电火花的方式在刀头的前刀面上加工第一凹槽；

利用第二电极以电火花的方式在所述第一凹槽的底面上加工若干第二凹槽。

7.如权利要求6所述的微凹槽刀头的微织构的制造方法，其特征在于，具体通过以下步骤加工第一凹槽：

A、刀头安装于工作台上，第一电极安装在机床主轴上，刀头及第一电极均浸入火花油中；其中，第一电极的放电端面的形状与所需成型的第一凹槽的形状相匹配；

B、将刀头及第一电极分别连接于脉冲电源的两极；

C、机床主轴驱动第一电极朝垂直于刀头的前刀面的方向进给，在刀头的前刀面上进行电火花加工，形成第一凹槽。

8.如权利要求7所述的微凹槽刀头的制造方法，其特征在于，在成型第一凹槽时，脉冲电源的脉冲电压为10～200V，脉冲宽度为0.1～100μs和脉间宽度为0.1～100μs。

9.如权利要求7所述的微凹槽刀头的制造方法，其特征在于，第一电极的进给速度为0.1～5μm/s。

10.如权利要求6所述的微凹槽刀头的微织构的制造方法，其特征在于，具体通过以下步骤加工所述第二凹槽：

S1、刀头安装于工作台上，第二电极安装在机床主轴上，且刀头及第二电极均浸入火花油中；其中，第二电极的放电端面的形状与第一凹槽的形状相匹配，且第二电极的放电端面上设置有若干与所需成型的第二凹槽形状相匹配的凸部；

S2、将刀头及第二电极分别连接于脉冲电源的两极；

S3、机床主轴驱动第二电极朝垂直于刀头的前刀面的方向进给，在第一凹槽的底面上进行电火花加工，形成若干第二凹槽。

11.如权利要求10所述的微凹槽刀头的微织构的制造方法，其特征在于，在成型微织构时，脉冲电源的脉冲电压为10～200V，脉冲宽度为0.1～100μs，脉间宽度为0.1～100μs。

12.如权利要求10所述的刀头的微织构的制造方法，其特征在于，所述第二电极的进给速度为0.1～5μm/s。

13.如权利要求6-12中任一项所述的微凹槽刀头的微织构的制造方法，其特征在于，所述第一电极及所述第二电极均为紫铜电极。