CN107685257A - 采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法 - Google Patents

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朱泽朋
方从富
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Abstract

本发明公开了采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，包含：步骤1，砂轮表面微织构的制备，依序所设计刀具的微锯齿几何参数设计出砂轮表面微织构的几何参数，在砂轮表面加工出所设计的微织构图案；步骤2，刀具刃口微锯齿的制备，将制备好的微织构砂轮安装在磨床上，将刀具刃口沿砂轮轴向方向放置，采用微织构砂轮磨削刀具刃口，将砂轮表面的微米尺度形貌复印到刀具刃口，在刀具刃口加工出有规律的微米尺度锯齿。它具有如下优点：本发明先制备砂轮表面微织构，再通过磨削制备刀具刃口微锯齿，加工效率高、加工精度高、成本低，具有广阔的市场应用前景。

Description

采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法
技术领域
本发明涉及刀具制备领域，尤其是一种采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法。
背景技术
利用锋利刀具将材料划开的切割方式在实际生活中应用非常广泛，如在外科手术中，用锋利手术刀将软组织切开，在日常生活中用刀具切割各种肉类和蔬菜，在工业上利用刀具切割各种橡胶、塑料等。然而，在这些应用中对刀具的锋利度要求较高，如在外科手术中，刀具越锋利，切割精度越高，切割损伤越小，手术效果越好；在生活应用中，刀具越锋利，在切割肉类和蔬菜时越轻松便利。在工业应用中刀具越锋利，切割效率越高，切割效果也越好。因此，提高刀具锋利度一直是人们追求的目标。
为了提高切割刀具的锋利度，通常情况下选用硬质的刀具材料，并将刀具刃口磨得非常尖，即刀具刃口的楔角较小，且刃口圆弧半径很小，使得刀具更容易切入材料，达到提高刀具锋利度的目的。然而，当刀具刃口太尖，即刃口的楔角和圆弧半径太小时，刀刃的加工非常困难，且刀刃强度大大降低，难以满足使用要求。因此，通过减小刀具刃口楔角和刃口圆弧半径来提高刀具的锋利度是有限的。
近年来，已有学者提出在刀具刃口制备微米级或纳米级锯齿来提高刀具的锋利度，其原理是模仿野草划破皮肤原理，即有些野草由于边缘长着大量的微小刺针，很锋利，轻易就能将皮肤划开。因此，模仿锋利野草边缘的结构，在切割刀具刃口设计并制备有规律的微纳锯齿将大大提高刀具的锋利度。专利200910301743.1提供了一种微纳米锯齿振动手术刀，能有效减小切割力，提高切割精度。然而，目前市面上虽已有大尺度锯齿(毫米级)刀具，如切牛排刀具，某些切水果刀具，但微锯齿刀具却很少有应用。其主要原因是微锯齿刀具的材料必须是硬度高强度大的材料，这些硬质材料刀具本身的制备就较为困难，要在这种刀具刃口制备微锯齿就更加困难。微锯齿刀具制备技术成为制约其发展和应用的瓶颈，因此，发展微锯齿刀具的高效、精密、低成本制备技术对微锯齿刀具的广泛应用具有重要意义。
发明内容
本发明提供了采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，其克服了背景技术中制备微锯齿刀具的方法所存在的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：
采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，包含：
步骤1，砂轮表面微织构的制备，依序所设计刀具的微锯齿几何参数设计出砂轮表面微织构的几何参数，在砂轮表面加工出所设计的微织构图案；
步骤2，刀具刃口微锯齿的制备，将制备好的微织构砂轮安装在磨床上，将刀具刃口沿砂轮轴向方向放置，采用微织构砂轮磨削刀具刃口，将砂轮表面的微米尺度形貌复印到刀具刃口，在刀具刃口加工出有规律的微米尺度锯齿。
一实施例之中：该步骤1中，在车床上利用单点金刚石车削方法在微小金属结合剂砂轮表面加工出所设计的微织构图案。
一实施例之中：所述砂轮为细粒度金属结合剂金刚石砂轮，金刚石粒径为0.1-1μm，金属结合剂为青铜基、铁基和镍基结合剂中的至少一种。
一实施例之中：所述单点金刚石刀具刃口钝圆半径为0.25～1μm，金刚石前角数值为0°～5°，后角数值为5°～10°。
一实施例之中：所述微织构砂轮表面被加工出具有微小V型槽的阵列,槽宽为1μm～20μm，槽深为1μm～20μm，槽间距为1μm～100μm。
一实施例之中：所述刀刃材料采用硬质合金、陶瓷、蓝宝石中的一种。
一实施例之中：所加工出的微锯齿：锯齿齿宽L为1μm～20μm，齿深H为1μm～20μm，齿距T为1μm～100μm，楔角θ为30°～75°，锯齿前角角度α为5°～175°，锯齿后角角度β为5°～175°。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本发明先制备砂轮表面微织构，再通过磨削制备刀具刃口微锯齿，加工效率高、加工精度高、成本低，具有广阔的市场应用前景。
在车床上利用单点金刚石车削方法在微小金属结合剂砂轮表面加工出所设计的微织构图案，加工方便，精度高。
砂轮为细粒度金属结合剂金刚石砂轮，金刚石粒径为0.1-1μm，金属结合剂为青铜基、铁基和镍基结合剂中的至少一种，磨削制备刀具刃口微锯齿的精度高，加工效率高。
单点金刚石刀具刃口钝圆半径为0.25～1μm，金刚石前角数值为0°～5°，后角数值为5°～10°，便于加工微织构，加工出的微织构的精度高。
微织构砂轮表面被加工出具有微小V型槽的阵列,槽宽为1μm～20μm，槽深为1μm～20μm，槽间距为1μm～100μm，便于加工刀具刃口微锯齿，而且，加工出的刃口微锯齿精度高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为单点金刚石车削制备微织构砂轮的示意图。
图2为微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的示意图
图3为微锯齿刀具的刀刃处局部放大图。
具体实施方式
请查阅图1至图3，采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，包含：
步骤1，砂轮2表面微织构的制备，依序所设计刀具3的微锯齿几何参数设计出砂轮2表面微织构的几何参数，在超精密车床上利用单点金刚石1车削方法在微小金属结合剂砂轮2表面加工出所设计的微织构图案；
步骤2，刀具3刃口微锯齿的制备，将制备好的微织构砂轮2安装在超精密磨床上，将刀具3刃口沿砂轮2轴向方向放置，采用微织构砂轮2磨削刀具3刃口，将砂轮2表面的微米尺度形貌复印到刀具3刃口，在刀具3刃口加工出有规律的微米尺度锯齿。
本具体实施方式之中：所述砂轮2为细粒度金属结合剂金刚石砂轮，金刚石粒径为0.1-1μm，金属结合剂为青铜基、铁基和镍基结合剂中的至少一种；砂轮2表面微织构的制备可以采用单点金刚石1车削，也可以采用其他精密微加工方法；所述单点金刚石1刀具刃口钝圆半径为0.25～1μm，金刚石前角数值为0°～5°，后角数值为5°～10°；所述微织构砂轮2表面被车削加工出具有微小V型槽的阵列,槽宽为1μm～20μm，槽深为1μm～20μm，槽间距为1μm～100μm；所述刀刃材料可根据刀具3的用途进行选择，可以采用硬质合金、陶瓷、蓝宝石等硬质材料；所加工出的微锯齿，锯齿齿宽L为1μm～20μm，齿深H为1μm～20μm，齿距T为1μm～100μm，楔角θ为30°～75°，锯齿前角角度α为5°～175°，锯齿后角角度β为5°～175°；
更进一步，该方法可用于制备医用、家用以及工业用等各类微锯齿刀具的制备。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，其特征在于：包含：
步骤1，砂轮表面微织构的制备，依序所设计刀具的微锯齿几何参数设计出砂轮表面微织构的几何参数，在砂轮表面加工出所设计的微织构图案；
步骤2，刀具刃口微锯齿的制备，将制备好的微织构砂轮安装在磨床上，将刀具刃口沿砂轮轴向方向放置，采用微织构砂轮磨削刀具刃口，将砂轮表面的微米尺度形貌复印到刀具刃口，在刀具刃口加工出有规律的微米尺度锯齿。
2.根据权利要求1所述的采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，其特征在于：该步骤1中，在车床上利用单点金刚石车削方法在微小金属结合剂砂轮表面加工出所设计的微织构图案。
3.根据权利要求1所述的采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，其特征在于：所述砂轮为细粒度金属结合剂金刚石砂轮，金刚石粒径为0.1-1μm，金属结合剂为青铜基、铁基和镍基结合剂中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，其特征在于：所述单点金刚石刀具刃口钝圆半径为0.25～1μm，金刚石前角数值为0°～5°，后角数值为5°～10°。
5.根据权利要求1所述的采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，其特征在于：所述微织构砂轮表面被加工出具有微小V型槽的阵列,槽宽为1μm～20μm，槽深为1μm～20μm，槽间距为1μm～100μm。
6.根据权利要求1所述的采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，其特征在于：所述刀刃材料采用硬质合金、陶瓷、蓝宝石中的一种。
7.根据权利要求1所述的采用微织构砂轮磨削制备微锯齿刀具的方法，其特征在于：所加工出的微锯齿：锯齿齿宽L为1μm～20μm，齿深H为1μm～20μm，齿距T为1μm～100μm，楔角θ为30°～75°，锯齿前角角度α为5°～175°，锯齿后角角度β为5°～175°。
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