基于多重尺度效应耦合的超硬微铣刀设计理论和制造技术

微细铣削加工技术因具有多种材料适应性、可加工复杂三维形状和精确的几何误差控制等优点而在微加工技术中具有独特的优势，但因其加工精度和表面质量难以保证，由此阻碍了该技术在高精度微细零件制造中的广泛应用。本项目针对高精密微细铣削应用中存在的关键科学问题，应用物理仿真试验和跨尺度分析相结合方法，研究多重尺度耦合作用下微细铣削表面形成机理、刀具磨损与破损机制，揭示在多重尺度效应共生和耦合条件下微细铣削的科学本质；探索基于多重尺度效应解耦的超硬微铣刀设计新方法和设计准则，形成超硬微铣刀P3设计理论；突破超硬微铣刀制造、刃磨的关键技术难题，实现超硬微铣刀的低应力、低损伤、快速精密制造；建立超硬微铣刀评价体系，在此基础上完善高精密微细铣削工艺技术，并应用于微型飞机、核聚变靶和微惯导关键零件的高精密微细铣削加工。课题研究对微细加工技术的发展、装备及其制造技术的微小型化等有着极其重要的科学意义和实用价值。

项目按计划针对微细铣削中存在多种尺寸效应对切削比能的影响，以及PCD超硬微铣刀的设计与制造问题进行了研究，项目完成情况与主要成果如下：.（1）通过对微细铣削中的多种尺寸效应的理论与数值分析和试验研究，提出一种分离刀具刃口尺寸效应的方法，首次实现了刃口尺寸效应与材料尺寸效应对切削比能影响的定量分析。在此基础上，对微细铣削的毛刺形成机理进行了研究，提出了控制毛刺的多种工艺技术手段，为超硬微铣刀的设计与应用提供了理论基础。.（2）提出了以切削比能为核心的微铣刀设计准则，基于切削比能控制，形成了基于加工精度、可生产性、和加工性能的超硬微铣刀设计流程，建立了微铣刀设计体系和基准表征参数。建立了超硬微铣刀优化设计模型，根据应用需求对超硬微铣刀选材、结构、刃口等参数进行了优化设计。.（3）完成了超硬微铣刀的低应力、低损伤焊接，以及WEDM预成形，和超硬微铣刀的快速、精密刃磨。研制出Φ0.5—Φ0.1mmPCD系列超硬微铣刀，超硬微铣刀制造技术具有较高的技术成熟度，已通过生产验证。.（4）通过研究超硬微铣刀的评价参数、评价准则以及适用的切削参数范围，建立了超硬微铣刀性能综合评价准则。应用研制的超硬微铣刀，针对航空航天等重要领域和国家重大研究计划的微细铣削加工难题，优化微细铣削工艺，完成了金属、非金属等多种材料的一批介观尺度零件的高精密加工，其中应用PCD球头微铣刀进行KDP晶体修复、微喷发动机微喷嘴等微结构的加工中均取得良好效果，。.项目发表学术期刊论文85篇，其中被SCI收录25篇、EI收录35篇，IF因子总计31.981，SCI他引32次；合作发表论文10篇。授权发明专利9项，申请发明专利26项，培养博士生2人、硕士生25人，在读博士7名，在国际学术会议作特邀报告3次；获省部级奖2项。