微织构刀具材料表面润湿性的研究

张墨客

摘要：针对刀具-切屑界面处的严重摩擦本文提出一种新型刀具微织构，结果表明与无纹理刀具相比，微织构明显增强了切削液的渗透性，改善了切屑界面的润滑性。在所有测试液滴中，润滑油的铺展性能最好，液滴润湿性呈现出一定的规律性：润滑油>切削液>纳米流体>去离子水。

关键词：微织构；表面润湿性；接触角

0 引言

切削加工中，刀具与工件之间存在摩擦和粘附，并产生一定的切削力和切削热，导致刀具磨损、切削变形，刀具寿命降低。加入切削液可以润滑刀具与工件之间的切削区域。切削液的润滑由于切削区中极高的法向应力而难以渗透到切屑界面中而减弱。因此，为了使切削液更好地进行润滑，近年来，一些研究人员对切削液的种类和刀具类型等方面表现出了极大的兴趣。

本文设计一款树枝状刀具微织构，微织构顺应切削液流向，更易流入刀具—切屑接触表面。用激光加工在高速钢、硬质合金、CBN和陶瓷刀具表面上制备了具有不同微槽宽度值的树枝状微织构。使用不同凹槽间距的微纹理刀具和未纹理刀具在全切削液下进行切削试验。研究了不同微槽间距的微观组织对不同切削液润滑的影响。

1 试样制备

本文设计了一种新型脉状微织构，该微织构具有比普通微织构更好的表面润湿性，如图 所示，能够使润滑剂从织构分支汇集到织构主干，从织构上端汇集到织构下端，。

图1 太阳能网版表面缺陷检测平台与图像分割

本文实验所选择的刀具材料是高速钢刀具、硬质合金YG8刀具、陶瓷刀具和CBN刀具。为本文使用广东大族粤铭激光集团股份有限公司生产的脉冲光纤激光加工系统在四种刀具表面制备脉状微织构，润湿性选用润滑油、切削液、纳米流体、离子水进行推测。

2 润湿性实验

图2 四种刀具在不同测量试剂下的表面接触角测量结果

图2为高速钢、硬质合金、CBN和陶瓷刀具在不同测量试剂条件下的表面接触角测量结果，其中NT为无织构表面，VT-1、VT-2、VT-3和VT-4分别为织构间距0μm、200μm、400μm和800μm的表面；由图可知，四种刀具脉状微织构表面的接触角都小于无织构表面，微织构的制备改变了刀具表面的微观形貌，增强了刀具表面的润湿性。四种刀具在测量试剂为去离子水时的接触角最大，CBN刀具VT-4表面接触角最大为74.80°，该表面亲水性最差；测量试剂为润滑油时接触角最小，硬质合金VT-1表面的润滑油接触角最小为11.08°，该表面亲油性最好。同种表面四种液滴接触角大小呈现出一定的规律性：去离子水>纳米流体>切削液>润滑油。

3 结论

本文设计了一种新型脉状微织构，促进了润滑剂向刀屑紧密接触区域的渗透，进行了高速钢、硬质合金、CBN和陶瓷刀具在不同测量试剂条件下的表面润湿性。实验结果表明微织构的制备改变了刀具表面的微观形貌，增强了刀具表面的润湿性。，微织构表面的接触角：润滑油>切削液>纳米流体>去离子水。