探究微织构耐磨损刀具的精密制造技术

郭婷婷 赵福国

摘要：本文主要的内容是微织构耐磨损刀具的精密制造技术的研究，主要的技术包括电解转印加工技术、数控超声加工技术、微细电火花加工技术三个主要技术。在微型车刀表面，使用激光加工技术，可以完成微坑织构的制备，我们需要重视微坑织构加工质量中激光加工参数的影响规律的分析，并且做好优化工艺参数等方面的工作也是非常重要的，采取微织构耐磨损刀具的精密制造技术，可以最大程度的降低工件表面质量中切屑堆积造成的影响，还可以从根本上实现刀具耐磨性的提高。

关键字：微织构;耐磨损刀具;精密制造技术

一、前言

钛合金材料是很难加工的，一般都是需要使用硬质合金刀进行切削。刀具与工件材料在钛合金微切削的过程中会产生一定的摩擦，并且，刀具磨损问题也会导致加工表面质量受到严重影响。所以，在改善刀-屑接触面的基础上，从根本上降低摩擦，改善接触状态，这样一来就可以促使小刀具磨损得到明显的减少，进而实现刀具使用寿命的延长，并且还可以改善表面加工精度，上述这几个方面已经成为钛合金微切削加工方面的一个非常重要的研究课题。在统计之后发现，完善刀具表面加工非光滑微织构的实现，可以达到抗磨减阻的目的以及抗粘附的目的，最后实现刀具表面耐磨性的根本性改善以及刀具表面承载能力的改善。在实际工作中，针对刀具表面设置，完善微织构的合理布置，在实际切削的过程中，就可以促使切削力得到降低，还可以从根本上降低切削热以及积屑瘤的粘附，以此为基础，实现刀具磨损的降低以及刀具耐用度的提高等。

二、微织构耐磨损刀具的精密制造技术

2.1电解转印加工

电解转印加工技术在使用的过程中，通过阳极溶解，电解过程顺利完成材料的除去，电极的形状直接决定着电解转印加工工件的形状。微金属制品的平面加工比较适合使用电解转印加工技术，在实际加工的过程中，材料去除率适量调节需要使用一个低电流和短脉冲来实现，使用电阻电解质如果较高，那么也可以得到较低的电流。在实际工作中，我们可以将电解质喷射作为微型刀具，在使用高速射流的基础上完善电化學溶解。同步切换电流到工件的运动，可以实现微压痕加工处理控制尺寸。在使用扫描电子显微镜（SEM）进行观察的基础上可以发现：在实际加工的过程中，实施电解转印加工技术，能够得到一个最佳的亚微米级的微沟槽，基本上来说，逐原子去除工件材料是非常可取的。相比较其他机械加工技术，电解转印加工技术最为显著的特点如下：组成成本比较低、取得的效率比较高、热影响层比较少、刀具磨损比较少等等。通过掩模或去除掩模材料，使用电解转印加工技术可以完善表面微织构的加工。

2.2数控超声加工

对于加工数控超声来说，在超声频率下，刀具振动，在工件表面的驱动磨料产生脆性断裂。工件的形状和工件的尺寸由刀具的形状和刀具的尺寸来决定。对于数控超声加工来说，脆性断裂是去除材料的基础，所以，在脆性材料加工中得以有效使用，例如：陶瓷加工、玻璃加工等。数控超声加工不同形状毫米级别的微织构加工可以具备非常高的精度。现阶段数控超声加工问题还是比较明显的，详细如下：硬度过大的材料是不能加工的，且存在较高的加工成本，在完成复杂三维曲加工的过程中，最好是装配一些复杂形式的五轴数控控制系统。 对于旋转超声加工技术来说，这是另一种数控超加工技术，很好的结合了金刚石磨削与数控超声加工技术。对于微织构耐磨损刀具制造来说，加工效率是非常显著的。相关学者在研究的过程中提到：轴承表面φ0.53mm，加工直径，并且达到了1.37-2.23%的面占有率，在分析之后发现，在微织构面达到了 1.77%的占有率且达到 2mm 深度的时候，则应该降低摩擦系数。

2.3微细电火花加工技术

电火花加工技术则是属于一种典型的热材料去除工艺。经过放电条件，刀具电极和工件电极之间实现材料的除去，那么，电极上材料对应越高的电荷频率那么就存在越大的熔化程度以及汽化程度。非导电流体（介电流体）主要存在于刀具和工件电极之间，大量存在于工作间隙中，主要的作用则是对材料去除的过程予以增强。在实际加工的过程中，工作间隙和介质流体传导率直接影响到施加的电压大小。对于介电流体来说，其主要的功能表达如下：将刀具电极与工件电极隔离，从而增强等离子体通道中的电流密度，使被加热的电极冷却，并在放电后去除颗粒，在对其进行冲洗的过程中，因为微粒子生成，所以非常容易产生短路的情况，这样一来就可以有效的避免短路问题的存在。对于微细电火花加工方法，其还可以使用在微小零件智造以及微织构智造的过程中。相比较其它形式的机械加工，微细电火花加工微织构优势非常的明显，也就是说，微细电火花加工微织构的过程中，能够完成低于100μm 的微结构的构造，还可以从根本上降低切削力，所以，能够用于复杂几何结构的构建以及处理，最后得到的工件表面具有非常高的质量，还存在交稿的加工精度。

三、结束语

综上所述，微织构耐磨损刀具制造的过程中，因为提升高硬质合金刀具耐摩擦磨损性能，就需要添加涂层，硬脆性材料是一般选择的涂层材料，在上述的基础上，还会降低刀刃的锋利性，一般情况下，还会降低刀刃的锋利性。所以，需要选择最佳的精密制造技术。我们可以辩证使用电解转印加工技术、数控超声加工技术、微细电火花加工技术，完善微织构耐磨损刀具制造。

参考文献：

[1]刘泽宇，魏昕，谢小柱，华显刚，洪继伟. 激光加工表面微织构对陶瓷刀具摩擦磨损性能的影响[J]. 表面技术，2015，44（10）：33-39.

[2]潘晨，李庆华，胡恺星，矫雨芯. 微织构刀具对工件表面残余应力影响有限元分析[J]. 组合机床与自动化加工技术，2020（01）：14-16+21.

[3]李庆华，潘晨，胡恺星，矫雨芯. 微织构刀具对工件表面残余应力影响的有限元分析[J]. 组合机床与自动化加工技术，2019（06）：5-8.

致谢

本文的撰写过程中得到山东省教育厅科研课题项目-数控刀具耐磨性能的仿生学研究（编号J11LD71）的资助，在此表示感谢