本发明属于机械加工行业刀具设计领域，具体为一种具有微织构功能表面的仿生刀具及其设计方法。
背景技术：
1、在现代机械加工行业，刀具设计的进步对于提高加工效率和产品质量至关重要。传统刀具在高速加工和复杂表面加工中面临着诸多挑战，例如切削液或冷却液的有效利用问题以及环境污染带来的负面影响。针对这些问题，本发明提出了一种具有微织构功能表面的仿生刀具及其设计方法，以解决现有技术中的诸多不足。首先，传统刀具在高速切削过程中常常面临刀具热量积聚和润滑不足的问题，这不仅限制了切削速度和加工精度，还可能导致材料表面的不均匀切削和损伤。
2、本发明的仿生刀具采用了创新的微织构功能表面，通过在刀具本体上形成超疏水磨粒和导流槽的设计，有效地调节和优化切削过程中液体的分布和流动路径。特别地，在切削刃侧刃部分钎焊超疏水性能的仿生金刚石磨粒，这些磨粒能够在刀具运行时将空气中的液体颗粒凝结成液滴或水滴，并通过导流槽精确导流至切削刃口，从而实现了对刀具切削刃口的精准降温和润滑，保持了理想的加工温度范围，进而提升了加工质量和精度。其次，本发明的仿生刀具设计不仅在技术上优化了切削液或冷却液的使用效率，还有效降低了液体废物的产生量，从而减少了加工过程对环境的负面影响。因此，本发明所提供的具有微织构功能表面的仿生刀具及其设计方法，不仅在机械加工领域具有显著的技术进步，而且在可持续发展和环境保护方面也具有重要意义，为未来工业制造提供了新的技术路径和创新思路。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题主要在于克服上述现有技术之不足，具体为提供一种具有微织构功能表面的仿生刀具及其设计方法。
2、本发明的具有微织构功能表面的仿生刀具及其设计方法采用的主要技术方案为：包括具有刀头断面的刀具本体，该刀具本体上形成有沿轴向延伸并连通到所述刀头端面的四条排屑槽和由排屑槽分隔而成的切削部，以及在切削刃侧刃所钎焊的金刚石磨粒和激光去除的导流槽。
3、本发明所提供的一种具有仿生特征的固液导流仿生刀具及其工作方法还采用如下附属技术方案：
4、所述端面为平整切面。
5、所述刀具本体由硬质合金制成，并且在切削部表面涂覆超细晶金刚石涂层，且所述切削部的刀刃的粗糙度ra≤0.03 μm。
6、所述仿生微织构包括具有超疏水功能的金刚石磨粒和具有导流功能的沟槽，其仿生结构来源于纳米布沙漠甲虫的背部结构，优选地，金刚石磨粒半径（附图5中用r表示）为0.1 mm，为满足超疏水性要求，磨粒的圆弧过平面接触点处的切线与水平线夹角（附图5中用α表示）为0°-30°磨粒精密排列且为仿生结构的球状形貌，沿切削部同方向螺旋延伸。导流槽槽底圆半径（附图5中用r表示）为0.02 mm，平面与导流槽过渡圆角为0.06 mm，圆角圆弧过平面接触点的切线与水平线夹角（附图5中用β表示）为15°。导流槽介于相邻两磨粒之间，且距两磨粒都有一定间隔，且为仿生结构的沟槽形貌，沿切削部同方向螺旋延伸。
7、所述固液导流方法包括控制所述固液导流仿生刀具的所述刀具本体回旋，并且首先控制所述刀具本体在待加工材料中沿所述轴向方向行进，然后控制所述刀具本体沿垂直与该轴向方向的径向方向移动。
8、所述刀具本体的切削部的切削刃的边缘刀尖回转线速度为100-200 m/min，优选地，控制所述回转线速度为158 m/min。
9、按照本发明所提供的一种具有微织构功能表面的仿生刀具与现有技术相比具有如下优点，仿生刀具在进行铣削工作时，通过侧刃钎焊的仿生金刚石磨粒，能有效固结切削液和水分子，形成液滴，经激光去除的导流槽引导至切削刃口，实现精准降温和润滑，保护刀具并延长使用寿命。同时，该设计优化了切削液的利用率，减少了加工中的材料缺陷，提高了加工质量和精度。此外，减少切削液使用也降低了环境污染，展现了环保与性能并重的优势。
1.一种具有微织构功能表面的仿生刀具，其特征在于，包括具有刀头断面的刀具本体，刀具本体上所形成的沿轴向延伸并连通到所述刀头端面的排屑槽，由排屑槽分隔而成的切削部，以及在切削刃侧刃所钎焊的金刚石磨粒和激光去除的导流槽。
2.根据权利要求1所述的一种具有微织构功能表面的仿生刀具，其特征在于，所述刀具本体由硬质合金制成，并且在切削部表面涂覆有超细晶金刚石涂层，所述切削部的刀刃粗糙度ra≤0.03 μm。
3.据权利要求2所述的一种具有微织构功能表面的仿生刀具，其特征在于，所述端面为平整切面。
4.根据权利要求3所述的一种具有微织构功能表面的仿生刀具，其特征在于，在切削刃侧刃上钎焊具有超疏水性能的仿生金刚石磨粒并且沿切削部同方向螺旋延伸。
5.根据权利要求4所述的一种具有微织构功能表面的仿生刀具，其特征在于，侧刃上的仿生金刚石磨粒能够凝结空气中分散的切削液和水分子形成液滴或水滴。
6.根据权利要求5所述的一种具有微织构功能表面的仿生刀具，其特征在于，刀具本体上还包括激光去除的导流槽，导流槽沿沟槽导流液滴或水滴至铣削刃口，导流槽沿切削部同方向螺旋延伸。
7.根据权利要求6所述的仿生刀具，其特征在于，导流槽通过激光去除以实现对液滴或水滴的导流作用。
8.根据权利要求7所述的仿生刀具，其特征在于，通过导流槽将固结的切削液或冷却液流向切削刃口，实现对切削刃口的精准降温和润滑。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的仿生刀具设计方法，其特征在于，侧刃钎焊的金刚石磨粒的圆弧过平面接触点处的切线与水平线夹角为0°-30°，满足超疏水性能要求，金刚石磨粒半径为0.1 mm，磨粒精密排列且沿切削部同方向螺旋延伸。激光去除的导流槽分布在每列磨粒的左右两边，其横截面形状由两段1/4圆弧和一段部分圆弧组成，槽底圆半径为0.02 mm，平面与导流槽过渡圆角为0.06 mm，圆角圆弧过平面接触点的切线与水平线夹角为15°。其设计目的是最大限度地保证磨粒上形成的液滴能全部落到导流槽中，最终经导流槽流至铣削刃口。磨粒和导流槽的仿生设计来源均来自于纳米布沙漠甲虫的背部结构，仿生磨粒能够凝结空气中分散的切削液，形成液滴后滴落到导流槽中并沿槽流至铣削刃口，实现降温润滑的目的。本发明所提供的仿生刀具能够保持铣削刃口的温度在一个理想的范围内，提高加工质量和精度。此外，仿生刀具的设计还能有效减少切削液或冷却液的使用量，降低液体废物产生，有助于减少环境污染。
