表面結構仿生高速鋼刀具及其切削性能的研究

《表面結構仿生高速鋼刀具及其切削性能的研究》是依託寧波大學，由於愛兵擔任負責人的國家自然科學基金資助面上項目。

基本介紹

• 中文名：表面結構仿生高速鋼刀具及其切削性能的研究
• 依託單位：寧波大學
• 項目負責人：於愛兵
• 項目類別：面上項目

項目簡介

近年來，中國的刀具消耗連續位居世界首位。在發展低碳經濟的需求下，減少和控制刀具磨損，是延長刀具壽命、節約製造成本的有效手段之一。生物為了適應環境和滿足生存需要，經過億萬年的進化，在自然法則下最佳化出具有極其優異功能的生物體表面。本項目根據仿生學原理，提出一種刀具表面結構仿生的新構想，研製一種基於雷射強化的高速鋼刀具結構仿生表面。本項目以高速鋼刀具為研究對象，以提高刀具表面的耐磨性為研究目標，通過將雷射強化和刀具表面結構仿生相結合的手段，共同提高刀具的耐磨性。研究內容包括：探索刀具結構仿生表面的設計方法，研究雷射強化仿生結構單元的加工方法，分析結構仿生表面的摩擦學特性，研究雷射強化仿生刀具的切削性能。開展本項目研究，將解決雷射強化高速鋼仿生刀具在設計與加工中的各項關鍵技術，提供提高刀具表面耐磨性的新途徑，建立切削刀具表面結構仿生的基本原理和方法。

結題摘要

中國是切削刀具的消耗大國，如果能夠合理設計刀具結構，則可以減少刀具磨損，提高刀具性能，延長刀具壽命。本項目套用仿生學原理，開展切削刀具的結構設計工作，在高速鋼刀具的後刀面設計出提高耐磨性能的微凹坑以及網紋等仿生結構表面，在高速鋼和硬質合金刀具的前刀面設計出具有良好斷屑性能的雷射熔覆斷屑台，設計出易於再製造的組合式電鍍金剛石砂輪。研究了結構仿生表面的摩擦磨損性能，分析仿生單元特徵對表面磨損的影響，建立了結構仿生表面的磨損量數學模型，對仿生單元的形態參數進行了最佳化設計。探索了高速鋼刀具材料粉末熔覆仿生強化表面的製造方法，分析高速鋼粉末熔覆仿生強化表面的組織結構與磨損性能。針對金屬和氟金雲母玻璃陶瓷材料，研究了高速鋼刀具結構仿生表面的磨損特性。設計並製造了高速鋼刀具表面雷射粉末熔覆斷屑台，研究了高速鋼表面雷射粉末熔覆刀具的切削過程與斷屑效果。通過本項目的研究工作，設計並製造出高速鋼刀具的表面仿生結構，可以改善高速鋼刀具的表面耐磨性，提供了一種刀具表面仿生設計的新方法。基於仿生原理設計出便於拆卸的組合式砂輪基體，實現了電鍍金剛石砂輪的綠色再製造，提供一種新的可回收金剛石砂輪設計方案，為報廢金剛石工具的回收和再製造提供了新思路。設計並製造出一種高速鋼刀具表面雷射粉末熔覆斷屑台，有效實現了切削過程的斷屑，可以套用於高速鋼刀具以及硬質合金刀具。