[01152503]高速切削刀具表面自组织结构减摩特性及其对加工表面完整性影响研究

高温合金、高强钢等难加工材料由于其优异的机械性能,被广泛应用于飞机、汽车、轮船等高端装备的关键零部件上,这些零部件服役条件恶劣,对加工质量要求极高。然而在其以切削加工为主的制造过程中,存在切削刀具磨损快、寿命短、加工质量及其稳定性差等突出问题,严重制约着我国高端装备的性能提升和快速发展。高效高质量切削加工技术是切削加工的发展方向,而随着智能制造工程、绿色制造工程分别被列入中国制造2025的战略发展方向,高效高质量切削加工的智能化、绿色化要求越来越高。要促进该技术的发展和推广,急需高性能的切削刀具和先进的切削技术。 高端刀具核心技术目前还掌握在少数发达国家之手,如瑞典、美国、以色列、日本等。在高端装备制造领域,刀具作为高价值耗材,无法实现国产化将对国家安全造成战略隐患。近年,随着技术进步,国产刀具在部分领域（如飞机、汽车、模具等）,市场占有率开始提升,有逐步替代进口的趋势,但在关键领域,如航空发动机、精密模具等领域,90%以上都是使用进口刀具,国产刀具占比仍然非常少。因此,有必要以高性能刀具的研发以及对现有刀具实现性能大幅提升作为切入点,通过加大相关关键核心技术的研究与开发,快速促进我国高端刀具及智能切削技术的发展,大幅提升难加工材料的高效高质量稳定性加工。 提出了基于表面处理的涂层刀具表面完整性提升技术,发明了涂层刀具高速自组织智能切削技术,提出了基于分形理论的刀具磨损和加工表面完整性智能监测方法,实现了高效高质量切削工艺参数优化,研发出系列高性能金属切削刀具。对高效高质量切削工艺进行了数学建模、仿真与优化。通过不同材料的高速干式切削实验,验证了所研发的高性能梯度/涂层刀具与高速自适应智能切削技术。 所研发的高速自适应智能切削技术,改善了切削环境,刀具寿命和加工表面质量大幅提升,提高加工效率的同时降低了加工成本。所研发的刀具表面完整性提升技术,预计产业化后每个可转位刀片提高附加值约20元,每年可新增利税约30亿元。所研发的高速自适应智能切削技术,可实现高温合金、高强钢、钛合金、模具钢等难加工材料复杂曲面的高效高质量切削加工,刀具寿命提高30-50%,加工质量提高20%,加工效率提升30%。研发成果已在多家企业推广应用,取得良好的经济效益。