刀具表面织构化已被证实是提高干切削刀具耐磨性能的有效方法之一,在已有的刀具微织构中填充固体润滑剂,以双重耦合作用提高刀具切削性能的研究也有一定的进展。但由于微织构的制备及润滑剂的填充等环节均对微织构-固体润滑剂双重耦合刀具的性能有重要影响。因此探索集诸多环节于一体,原位成型双重耦合作用微织构自润滑陶瓷刀具是必要的。本研究结合传统刀具的切削特征,以切削仿真为基础,采用原位成型法设计并制备微织构自润滑陶瓷刀具,并进行45#钢和40Cr切削试验,对比分析其切削性能,研究原位成型微织构自润滑陶瓷刀具减磨和耐磨机理。主要内容如下:(1)根据传统无织构刀具切削特点,在前刀面的刀-屑接触区域设计不同形貌微织构,包括不同沟槽方向、微织构位置、沟槽宽度及间距等结构形式,在此基础上设计微织构凸模。(2)对所设计的不同形貌微织构刀具在相同的切削条件下进行45#钢和40Cr有限元切削仿真试验,与传统无织构刀具对比分析切削力、切削温度、前刀面应力分布及切屑形态,结果表明:微织构的存在,可有效提高刀具的切削性能,当沟槽方向与流屑垂直且微织构边界距切削刃0.2mm、沟槽宽度和间距为0.1mm时,切削力和切削温度的降低较为明显。(3)采用微铣削加工方式制备用以原位成型微织构的固体润滑剂凸模,陶瓷刀具烧结时,用已加工的微织构凸模代替石墨垫片,利用凸模在基体中的占位,在饼状基体材料表面原位成型了与凸模微凸起相吻合的微沟槽,通过切片、粗磨、精磨和抛光等工序,一次性制备出硬质耐磨相与软质润滑相交替共存的微织构自润滑刀具。为了保证烧结过程中凸摸占位不发生改变,所使用的上压头、凸模、石墨垫片、下压头的外圆直径均为φ42-0.050mm,套筒的内径为φ420+0.05mm,由此保证凸模与套筒紧密配合,在高压下避免凸模横向移动。(4)采用已制备出的不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具进行45#钢和40Cr切削试验,分析切削力、切削温度、摩擦因数、剪切角、前刀面磨损及切屑形态等特征,结果表明:与无织构刀具相比,横向织构陶瓷刀具具有良好的切削性能;经对比研究得出,得出最佳形貌参数为:微织构边界距切削刃0.2mm、沟槽宽0.1mm、沟槽间距0.1mm,与仿真结果一致。(5)通过对原位成型微织构自润滑陶瓷刀具减磨机理分析,刀具切削性能提高的原因如下:a.流屑作用下,磨粒挤入微织构,使织构内的石墨固体润滑剂溢出并涂覆在前刀面,形成一层润滑膜,降低了刀-屑接触面的剪切强度,原本切屑与前刀面之间的摩擦,就会转变成切屑与润滑膜之间的摩擦,由于石墨固体润滑剂有较小的剪切强度,从而降低摩擦力。b.微织构的存在减小了刀-屑接触面积,从而降低了刀-屑之间的摩擦。