微细切削刀具设计理论与微铣钻刀具制造技术基础

微细切削刀具作为发展微细切削和微小型系统的基础性关键技术，是目前国内外微细加工技术领域的研究热点。本项目在深入揭示微细切削刀具作用机制与失效机理的基础上，结合金属材料结构件微细切削工艺中大量采用的微细铣刀、钻头的设计与制造，开展了系统的刀具材料适配性选择，刀具几何结构设计理论与方法，动平衡设计理论与方法，精密磨削和聚焦离子束铣削成形，刀具定位强化与减摩改性技术研究。从理论上阐明了非自由微细切削机理、刀具作用微区的微分几何设计原理、刀具几何结构及其动力学分析、刀具摩擦学与界面电物理电化学设计理论等关键科学问题。提出一种基于刃口局部强度和排屑规划的微细准自由切削刀具设计理论，以及微铣钻刀具变频磁脉冲定位强化处理技术，建立了适用于微细切削刀具的设计理论与制造工艺，为开发形成具有我国自主知识产权的微细切削刀具技术提供了系统的基础理论依据和方法指导。

微细切削刀具作为发展微细切削和微小型系统的基础性关键技术，是目前国内外微细加工技术领域的研究热点。（1）本申请拟在深入揭示微细切削刀具作用机制与失效机理的基础上，结合金属材料结构件微细切削工艺中大量采用的微细铣刀、钻头和车铣刀的设计与制造，开展系统的刀具几何结构设计理论与方法，动平衡设计理论与方法，刀具材料适配性选择，精密磨削、聚焦离子束铣削与超短激光刻蚀成形，刀具定位强化与减摩改性技术研究。（2）拟从理论上阐明非自由微细切削机理、刀具作用微区的微分几何设计原理、刀具几何结构及其动力学和热力学分析、刀具摩擦学与界面电物理电化学设计理论等关键科学问题。（3）拟提出一种基于刃口局部强度和排屑规划的微细准自由切削刀具设计理论，以及微铣钻刀具变频磁脉冲定位强化处理技术，建立适用于微细切削刀具的设计理论与制造工艺规范，为开发形成具有我国自主知识产权的微细切削刀具技术提供系统的基础理论依据和方法指导。

微切削的切削深度和进给量都非常小，因此单位切削面积上的切削力较大，同时产生很大的热量，使刀刃尖端局部区域的温度升高，因此在微切削对刀具材料的性能要求较高，需采用耐磨、耐热、高温硬度高、高温强度好的刀具材料，随着回转最小直径的微小化，要求回转刀具的抗弯强度、刚性与断裂韧性均应较高。

除了刀具材料外，刀具的几何形状对于实现微切削加工至关重要。在微切削条件下，精确地切除极薄的材料需要极其锋利的切削刃，也就是极小的刃口半径。不仅如此，刃口锋利度还关系到切削表面质量、微观组织型貌以及晶格位错等。精确测量刀具刃口轮廓是保证刀具刃口研磨和进行微细切削过程质量分析的前提。