刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的方法
【專利摘要】一種刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的方法，包括下列步驟：(1)對金屬工件表面進行平整加工，使其表面粗糙度不超過100nm，金屬工件的材質為粘性金屬材料；(2)用刀具按照設定的工藝參數在金屬工件表面切削出平行溝槽組；工藝參數如下：切削選用金剛石刀具；切削時，刀具與工件表面的夾角為5～30°，進給速度為20～100mm/min，切削深度為1～5μm；每切削完成一道溝槽，刀具相對工件偏移3～20μm，再進行下一條溝槽的切削。用本發明的方法加工成型的金屬表面具有特定微結構，不但能夠像閃耀光柵一樣呈現結構色，而且相比加工前具有更好的疏水性，從而具有更強的抗腐蝕能力，和更低的流體流動阻力。
【專利說明】
刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及金屬表面精加工領域，特別涉及刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結 構色金屬表面的方法。
【背景技術】
[0002] 為起到裝飾目的，現階段改變金屬外觀顏色需要依靠染料。使用染料染色不但會 造成環境污染，而且容易掉色、褪色(特別是遇到某些化學試劑時）。可見，研究如何克服染 料染色所存在的上述弊端或不足，具有重大意義。
[0003] 結構色又稱物理色，是一種由光的波長引發的光澤，與色素著色無關，即使遇到化 學試劑也不會掉色、褪色。可見，如果能夠在金屬表面加工出能夠呈現結構色的微結構，用 結構色代替色素色來裝飾金屬表面，那么用染料染色帶來的問題就迎刃而解了。因此，有必 要開發一種能夠在金屬表面加工出微結構，而使該金屬表面呈現結構色的金屬表面精加工 方法。
[0004] 此外，如何更為有效的防止金屬工件的表面腐蝕、降低金屬表面流體的流動阻力， 也是目前所面臨的重要課題。有研究發現，金屬表面的疏水性越強，那么其表面的抗腐蝕能 力也就越強，其表面上的流體所受到的流動阻力也會越低。因此，研發一種能提高金屬表面 疏水性的金屬表面精加工方法具有重大意義。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有金屬表面處理工藝的不具有結構色、疏水性較差、抗腐蝕能力較 弱、流動阻力較大的不足，本發明提供一種刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬 表面的方法。用該方法加工成型的金屬表面具有特定微結構，不但能夠像閃耀光柵一樣呈 現結構色，而且相比加工前具有更好的疏水性，從而具有更強的抗腐蝕能力，和更低的流體 流動阻力。
[0006] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0007] -種刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的方法，包括下列步驟：
[0008] (1)對金屬工件表面進行平整加工，使其表面粗糙度不超過100nm，所述金屬工件 的材質為粘性金屬材料；
[0009] (2)用刀具按照設定的工藝參數在金屬工件表面切削出平行溝槽組；切削過程的 工藝參數如下:切削選用刀尖角為80°~100°，主偏角為50°~65°，前角為10°~20°，后角為 10°~20°的金剛石刀具;切削時，刀具與工件表面的夾角為5~30°，進給速度為20~100mm/ min，切削深度為1~5μπι;每切削完成一道溝槽，刀具相對工件偏移3~20μπι，再進行下一條 溝槽的切削。
[0010] 進一步，所述步驟（1)中，采用拋光或研磨的方法對金屬工件表面進行平整加工， 使其表面粗糙度不超過30nm;所述金屬工件的材質為銅或鋁合金。當然，也可以是其他粘性 金屬。
[0011] 再進一步，所述步驟(2)中，切削選用刀尖角為90°，主偏角為60°，前角為15°，后角 為15°的金剛石刀具，切削時，刀具與工件表面的夾角為9°，進給速度為100mm/min，切削深 度為5μπι;每切削完成一道溝槽，刀具相對工件偏移ΙΟμπι，再進行下一條溝槽的切削。
[0012] 更進一步，所述平行溝槽組為曲線型溝槽組、環型溝槽組或直線型溝槽組。當然， 也可以是其他形狀。
[0013] 所述方法還包括步驟(3)，切削出與步驟(2)中獲得的直線型溝槽組相交叉的另一 直線型溝槽組，從而獲得交叉溝槽組，切削過程的工藝參數與步驟(3)相同。
[0014] 優選的，所述交叉溝槽組的交叉角為90°。當然，也可以是其他角度。
[0015] 與現有技術相比，本發明通過刀具按照特定的工藝條件在粘性金屬工件表面切削 出能夠像閃耀光柵一樣呈現結構色的微結構來實現裝飾目的，健康、環保，且即使遇到化學 試劑也不會掉色、褪色，解決了染料染色所存在的問題，此外，研究還發現，用本發明的方法 獲得的金屬表面相比加工前具有更好的疏水性，從而具有更強的抗腐蝕能力，和更低的流 體流動阻力。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合和實施例對本發明作進一步的說明。
[0017] -種刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的方法，包括以下步驟：
[0018] (1)對金屬工件表面進行平整加工，使其表面粗糙度不超過100nm;
[0019] (2)用刀具按照設定的工藝參數在金屬工件表面切削出設定的平行溝槽組；
[0020] 本發明方法的加工對象為粘性金屬材料(如銅、鈦合金等)制成的金屬工件;本發 明方法的步驟(2)中的切削相關工藝參數如下：切削選用刀尖角為80°~100°，主偏角為50° ~65°，前角為10°~20°，后角為10°~20°的金剛石刀具;切削時，刀具與工件表面的夾角為 5~30°，進給速度為20~100mm/min，切削深度為1~5μπι;每切削完成一道溝槽，刀具相對工 件偏移3~20μπι。
[0021] 實驗表明，用本發明的方法加工成型的金屬表面具有特定微結構，不但能夠像閃 耀光柵一樣結構色，產生虹彩，而且相比加工前具有更好的疏水性。
[0022] 進一步實驗表明，本發明方法的步驟(1)中，宜采用拋光或研磨的方法對金屬工件 表面進行平整加工，并使其表面的粗糙度達到30nm;所述金屬工件的材質宜選用銅或鋁合 金。
[0023] 更進一步實驗表明，本發明方法的步驟(2)中，宜將工藝條件控制為:切削選用刀 尖角為90°，主偏角為60°，前角為15°，后角為15°的金剛石刀具，切削時，刀具與工件表面的 夾角為9°，進給速度為100mm/min，切削深度為5μπι。此時，獲得的金屬表面具有相對更強的 疏水性。各個參數也可以選用給定范圍內的上下限或其他中間值。
[0024] 所述平行溝槽組可以為曲線型溝槽組或環型溝槽組，此時，工藝操作比較容易，有 利于控制加工成本，從而有利于在產業上進行推廣、應用。
[0025]所述平行溝槽組也可以為直線型溝槽組。進一步，所述方法還包括步驟(3):切削 出與步驟(2)中的獲得的平行溝槽組相交叉的另一直線型溝槽組，從而獲得交叉溝槽組;切 削過程相關工藝參數與步驟（2)相同。再進一步，所述交叉溝槽組的交叉角（相交叉的兩道 溝槽的夾角)優選為90°。實驗表明，交叉溝槽組能夠使得金屬表面具有相對更強的疏水性， 且還能提供具有更高飽和度的結構色。
[0026] 所述平行溝槽組由一組相互平行的溝槽組成;所述直線型溝槽組指的是構成溝槽 組的溝槽看上去為直線;所述曲線型溝槽組指的是構成溝槽組的溝槽看上去為曲線;所述 環型溝槽組指的是構成溝槽組的溝槽看上去為封閉曲線，如圓形或橢圓形。
[0027] 下面以用本發明方法加工銅工件為例，對本發明作更進一步說明。
[0028] 步驟(1)中選用的銅工件，相關參數如表1:
[0031] 經過步驟(1)加工后，銅工件表面粗糙度不超過30nm。
[0032]步驟(2)中，刀具切削參數如表2:
[0035]步驟(2)中，每切削完成一道溝槽，刀具相對工件偏移ΙΟμπι，再進行下一條溝槽的 切削。
[0036] 實驗獲得的銅表面不但能夠呈現高飽和度和高亮度的結構色，產生虹彩，疏水性 也比加工前提高了2倍以上。
[0037] 上述對本申請中涉及的發明的一般性描述和對其【具體實施方式】的描述不應理解 為是對該發明技術方案構成的限制。本領域技術人員根據本申請的公開，可以在不違背所 涉及的發明構成要素的前提下，對上述一般性描述或/和【具體實施方式】(包括實施例）中的 公開技術特征進行增加、減少或組合，形成屬于所述發明的其它的技術方案。
【主權項】
1. 一種刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的方法，其特征在于:所述 方法包括下列步驟： (1) 對金屬工件表面進行平整加工，使其表面粗糙度不超過lOOnm，所述金屬工件的材 質為粘性金屬材料； (2) 用刀具按照設定的工藝參數在金屬工件表面切削出平行溝槽組；切削過程的工藝 參數如下：切削選用刀尖角為80°~100°，主偏角為55°~70°，前角為10°~20°，后角為10° ~20°的金剛石刀具；切削時，刀具與工件表面的夾角為5~30°，進給速度為20~100mm/ min，切削深度為1~5μπι;每切削完成一道溝槽，刀具相對工件偏移3~20μπι，再進行下一條 溝槽的切削。2. 如權利要求1所述的一種刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的方 法，其特征在于:所述步驟(1)中，采用拋光或研磨的方法對金屬工件表面進行平整加工，使 其表面粗糙度不超過30nm;所述金屬工件的材質為銅或錯合金。3. 如權利要求1或2所述的一種刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的 方法，其特征在于:所述步驟(2)中，切削選用刀尖角為90°，主偏角為60°，前角為15°，后角 為15°的金剛石刀具，切削時，刀具與工件表面的夾角為9°，進給速度為100mm/min，切削深 度為5μπι;每切削完成一道溝槽，刀具相對工件偏移ΙΟμπι，再進行下一條溝槽的切削。4. 如權利要求1或2所述的一種刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的 方法，其特征在于:所述平行溝槽組為曲線型溝槽組、環型溝槽組或直線型溝槽組。5. 如權利要求4所述的一種刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的方 法，其特征在于:所述方法還包括步驟(3)，切削出與步驟(2)中獲得的直線型溝槽組相交叉 的另一直線型溝槽組，從而獲得交叉溝槽組，切削過程的工藝參數與步驟(3)相同。6. 如權利要求5所述的一種刀具切削成型基于閃耀光柵結構的結構色金屬表面的方 法，其特征在于:所述交叉溝槽組的交叉角為90°。
【文檔編號】B23P9/02GK106078079SQ201610446422
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】呂冰海, 陳振華, 鄧乾發, 翁海舟, 戴偉濤, 邵琦, 杭偉
【申請人】浙江工業大學