微細切削刀具設計理論與微銑鉆刀具制造技術基礎

微細切削刀具作為發(fā)展微細切削和微小型系統(tǒng)的基礎性關鍵技術，是目前國內外微細加工技術領域的研究熱點。本項目在深入揭示微細切削刀具作用機制與失效機理的基礎上，結合金屬材料結構件微細切削工藝中大量采用的微細銑刀、鉆頭的設計與制造，開展了系統(tǒng)的刀具材料適配性選擇，刀具幾何結構設計理論與方法，動平衡設計理論與方法，精密磨削和聚焦離子束銑削成形，刀具定位強化與減摩改性技術研究。從理論上闡明了非自由微細切削機理、刀具作用微區(qū)的微分幾何設計原理、刀具幾何結構及其動力學分析、刀具摩擦學與界面電物理電化學設計理論等關鍵科學問題。提出一種基于刃口局部強度和排屑規(guī)劃的微細準自由切削刀具設計理論，以及微銑鉆刀具變頻磁脈沖定位強化處理技術，建立了適用于微細切削刀具的設計理論與制造工藝，為開發(fā)形成具有我國自主知識產權的微細切削刀具技術提供了系統(tǒng)的基礎理論依據(jù)和方法指導。

微細切削刀具作為發(fā)展微細切削和微小型系統(tǒng)的基礎性關鍵技術，是目前國內外微細加工技術領域的研究熱點。（1）本申請擬在深入揭示微細切削刀具作用機制與失效機理的基礎上，結合金屬材料結構件微細切削工藝中大量采用的微細銑刀、鉆頭和車銑刀的設計與制造，開展系統(tǒng)的刀具幾何結構設計理論與方法，動平衡設計理論與方法，刀具材料適配性選擇，精密磨削、聚焦離子束銑削與超短激光刻蝕成形，刀具定位強化與減摩改性技術研究。（2）擬從理論上闡明非自由微細切削機理、刀具作用微區(qū)的微分幾何設計原理、刀具幾何結構及其動力學和熱力學分析、刀具摩擦學與界面電物理電化學設計理論等關鍵科學問題。（3）擬提出一種基于刃口局部強度和排屑規(guī)劃的微細準自由切削刀具設計理論，以及微銑鉆刀具變頻磁脈沖定位強化處理技術，建立適用于微細切削刀具的設計理論與制造工藝規(guī)范，為開發(fā)形成具有我國自主知識產權的微細切削刀具技術提供系統(tǒng)的基礎理論依據(jù)和方法指導。

微切削的切削深度和進給量都非常小，因此單位切削面積上的切削力較大，同時產生很大的熱量，使刀刃尖端局部區(qū)域的溫度升高，因此在微切削對刀具材料的性能要求較高，需采用耐磨、耐熱、高溫硬度高、高溫強度好的刀具材料，隨著回轉最小直徑的微小化，要求回轉刀具的抗彎強度、剛性與斷裂韌性均應較高。

除了刀具材料外，刀具的幾何形狀對于實現(xiàn)微切削加工至關重要。在微切削條件下，精確地切除極薄的材料需要極其鋒利的切削刃，也就是極小的刃口半徑。不僅如此，刃口鋒利度還關系到切削表面質量、微觀組織型貌以及晶格位錯等。精確測量刀具刃口輪廓是保證刀具刃口研磨和進行微細切削過程質量分析的前提。