一种微细刀具变频脉冲磁场刃区定位强化方法
【专利摘要】本发明提供一种适合于微细刀具的变频脉冲磁场刃区定位强化方法，所述方法是将微细刀具按选定方向置于频率和强度均可随时间变化的脉冲磁场作用区域中，脉冲磁场将固定作用到微细刀具的刀尖区和刃口区，从而实现微细刀具刃区定位强化。处理后刀具材料硬度会增加，耐磨性会提高。加工铁磁性和顺磁性材料工件时，切削机理会改变，剪切角增大，刀具磨损减小。本发明可快速、高效实现硬质合金、高速钢材料微细刀具刃区定位强化，可广泛应用于工业生产中，降低工具成本，提高生产效率。
【专利说明】—种微细刀具变频脉冲磁场刃区定位强化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微细刀具变频脉冲磁场刃区定位强化方法，适用于微细切削刀具的强化处理。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，信息电子、仪器仪表、能源动力、生物医药、航空航天、武器装备等领域对高精度的微机械产品的需求日益增加，以直接去除材料为主要特征的微细切削技术在三维加工能力、加工柔性、加工效率和加工成本等方面具有其它加工方法所不可比拟的综合优势，从而成为高精度的微机械产品加工制造的关键技术，而微切削刀具是微细切削加工中的主体，其强度与寿命直接关系到产品的加工精度以及加工效率和成本。
[0003]微细切削相对于宏观切削而言，有两方面最主要区别:一是在微细加工中，零件的加工特征尺寸是微米、亚微米和纳米级别，而金属材料的晶粒尺寸通常为数十微米或数百微米，因此微细切削通常是在晶粒内进行，这时的切削相当于对一个个不连续体进行加工，所以在微细切削中，要求微细刀具刃区必须具有更高强度以及更高耐磨性；另一个主要区别是在微细切削中，由于刀尖刃口圆弧半径的存在，必须考虑尺度效应的影响，尺度效应是指由于切削刃刃口圆弧半径尺寸在微米级切削时有较大的负前角，使切削变形增大，因此在切削深度很小时，切削力会急剧增大。所以，相对于宏观切削刀具强化而言，微细刀具强化不适宜使用一些会增加刀尖刃口圆弧半径的强化方法，如涂层强化等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对微细切削特点，提供一种适合于微细刀具的变频脉冲磁场刃区定位强化方法，该发明可快速、高效实现硬质合金、高速钢材料微细刀具刃区定位强化。该技术主要特征包括:
[0005](I)微细刀具放置于附图所示微细刀具脉冲磁场定位强化系统中，该磁场发生器可产生频率5?200Hz可调、磁场强度O?1.8T可调的矩形脉冲磁场。由于脉冲磁场频率与强度均随时间而快速变化，根据趋肤效应，微细刀具内部将几乎完全没有磁场，而脉冲磁场会在刀具的表面以及刃区尖薄端面聚集，即脉冲磁场将固定作用到微细刀具的刀尖区和刃口区，从而实现微细刀具刃区定位强化。在微细切削中，实际切削参数通常都是微米级，因此刀具实际切削部位均集中在刀尖部位，所以本发明提供的微细刀具变频脉冲磁场刃区定位强化技术可以快速高效对微细刀具刀尖区域进行强化。
[0006](2)微细刀具经变频脉冲磁场刃区定位强化处理后，其材料硬度会增加，耐磨性会提高。这是由于微细刀具在变频脉冲磁场持续冲击作用下，材料内部位错所受电磁冲击力大于位错线张力引起的阻力以及晶格点阵阻力，因此位错将以Orowan机制产生增殖、滑移，即材料内部会不断发生晶格畸变，位错密度增加。这种变化会导致奥氏体对碳的溶解度降低，马氏体激活能降低，马氏体形核率增加，从而导致变频脉冲磁场冲击后，材料基体内会析出大量弥散碳化物，且微观组织将变细密，并最终导致材料力学性能发生转变，即硬度增加，耐磨性提高。
[0007](3)微细刀具经变频脉冲磁场刃区定位强化处理后，微细刀具会具有微弱磁性。但在进行微细切削加工时，微细刀具刀尖与切屑接触区域非常小，因此微细刀具的弱磁性会明显改变微细切削加工机理，导致其在切削加工铁磁性以及顺磁性材料时，剪切角增大，刀具磨损减小。而在加工抗磁性材料时，影响不大。
[0008]具体的技术方案如下:
[0009]第一步:将需要进行强化处理的微细刀具置于超声清洗机中，使用无水乙醇清洗30s，此步骤主要目的为清除微细刀具加工、运输过程中附着其上的切屑，防止对后续处理产生影响。
[0010]第二步:将清洗后的微细刀具4放置于动铁芯2、静铁芯5气隙之间，调节手柄1，使动静铁芯与微细刀具刀杆完全接触。调节电源7，使脉冲波形为单向方波、打开输出开关，使脉冲频率为在5?200Hz变化，调节磁场强度为1.5T，保持120s时间后，关闭输出开关。
[0011]第三步:调节手柄至动、静铁芯与刀杆分离，取出微细刀具，再次放入超声清洗机中，使用无水乙醇清洗30s，完成微细刀具脉冲磁场刃区定位强化处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]附图1:本发明的微细刀具脉冲磁场定位强化系统的工作示意图。图中I为调节手柄，2为动铁芯，3为线圈，4为微细刀具，5为静铁芯，6为机架，7为电源。
【具体实施方式】
[0013]以下仅为本发明的较佳实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。
[0014]实施例1
[0015]取微细钻头常用材料W9高速钢棒料Φ 10*2若干，将其置于微细刀具脉冲磁场定位强化系统中，处理频率为5?200Hz变化，磁场强度为1.5T，处理时间为120s。测量处理前后材料表面显微硬度，结果表明，处理后材料表面显微硬度平均增加50HV。
[0016]实施例2
[0017]取微细钻头常用材料M42高速钢棒料Φ 10*2若干，将其置于微细刀具脉冲磁场定位强化系统中，处理频率为5?200Hz变化，磁场强度为1.5T，处理时间为120s。测量处理前后材料洛氏硬度，结果表明，处理后材料洛氏硬度最大可以增加2.9HRC。
[0018]实施例3
[0019]取微细钻头常用材料M42高速钢块料10*10若干，将其置于微细刀具脉冲磁场定位强化系统中，处理频率为5?200Hz变化，磁场强度为1.5T，处理时间为120s。使用X射线衍射仪(PHILIPS APD-10)测量处理前后材料位错密度，结果表明，处理后材料位错密度可以增大24%。
[0020]实施例4
[0021]取硬质合金微细统刀Φ 0.5*3若干，将其置于微细刀具脉冲磁场定位强化系统中，处理频率为5?200Hz变化，磁场强度为1.5T，处理时间为120s。经处理的铣刀与同一批次生产的未经处理的铣刀在相同工作条件下进行切削不锈钢2Crl3实验，结果表明，处理后微细铣刀副后刀面的磨损面积可以最大减小80%。
【权利要求】
1.一种微细刀具变频脉冲磁场刃区定位强化方法，其特征在于，将微细刀具按选定方向放置于微细刀具脉冲磁场定位强化系统中，利用频率与强度均随时间变化的磁场对刀刃区进行定位强化处理。
2.根据权利要求1所述微细刀具变频脉冲磁场刃区定位强化方法，其特征在于，脉冲磁场将固定作用到微细刀具的刀尖区和刃口区，处理后刀具材料硬度会增加，耐磨性会提高，加工铁磁性和顺磁性材料工件时，切削机理会改变，剪切角增大，刀具磨损减小。
3.根据权利要求1所述微细刀具脉冲磁场定位强化系统，其特征在于，由一个频率和强度均可随时间变化的脉冲电源、线圈、动、静铁芯以及调节装置组成。
【文档编号】C21D9/18GK104388635SQ201410522377
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月7日 优先权日:2014年10月7日
【发明者】梁志强, 马利平, 王西彬, 刘志兵, 解丽静, 焦黎, 周天丰 申请人:北京理工大学