微细刀具是微细切削技术中的主要组成部分。在微细加工中,微细刀具变形、摩擦磨损以及应力场、温度场均发生在一个极小尺度范围内,这就要求微细刀具的切削刃必须具有较高的强度,因此须对微细刀具进行强化处理。本文针对微细刀具强化处理中存在的问题和难点,提出使用脉冲磁场对微细刀具进行强化处理。在本研究中,综合应用材料学、电磁学、金相学、位错理论、金属切削理论等学科的理论和方法,从材料金相组织变化、位错组态变化、力学性能变化和微铣刀铣削力、刀具磨损、加工表面质量等方面出发,对微细刀具脉冲磁场强化处理方法及其机理开展了深入系统地研究,揭示了脉冲磁场强化本质规律,为微细刀具脉冲磁场强化处理技术的广泛应用提供了理论指导与技术支持。本文开展的主要研究内容与创新性成果如下:1.研究了脉冲磁场强化处理对微细刀具材料金相组织与力学性能影响规律。使用金相原位观察法分析了脉冲磁场强化处理前后高速钢材料碳化物、马氏体组织以及残余奥氏体组织变化规律,结果表明经脉冲磁化处理后,高速钢基体中碳化物数量明显增加,碳化物呈现析出、碎化以及变形三种变化形式,材料残余奥氏体含量降低,马氏体组织变细密,晶粒细化。基于马氏体相变动力学,提出了磁致应力可诱发高速钢材料残余奥氏体发生fcc-hcp(γ→ε)马氏体转变,磁场增大了奥氏体相与马氏体相的自由能差,增加了相变驱动力。材料金相组织的变化导致了材料力学性能发生变化,高速钢材料洛氏硬度最大可以增加2.9 HRC,低温红硬性增加,硬质合金材料显微硬度最大可以增加66 HV。2.研究了微细刀具材料脉冲磁场强化作用机制。采用XRD和TEM方法对脉冲磁化处理前后高速钢刀具材料位错密度、位错组态进行了分析,结果表明,经脉冲磁化处理后,高速钢材料位错密度增加了24%,材料基体中位错发生增殖,位错缠结并形成位错胞结构。对脉冲磁场作用下位错所受推力、位错阻力进行了分析,建立了材料流变应力模型,分析并指出微细刀具脉冲磁场强化是位错强化、弥散强化以及细晶强化三种强化机制共同作用的结果。3.研究了脉冲磁场强化处理对微细铣刀切削性能影响规律。设计并采用CNS7d数控刃磨机制作了切削摩擦专用微铣刀,选用铁磁性、顺磁性和抗磁性三种不同磁属性加工工件,分析了脉冲磁场强化处理前后微细铣刀磨损、铣削力以及加工表面质量变化规律。结果表明:脉冲磁场强化处理微细铣刀包含两方面的作用,一方面是刀具材料力学性能的变化,另一方面是刀具磁性对“刀具-切屑-工件”三者接触状态的影响。铣削铁磁性材料时,微细刀具与工件材料形成闭合磁路,“刀具-切屑-工件”之间在磁吸附作用下形成三体摩擦状态,微细铣刀磨损减小,加工表面质量提高,刀具的强化作用是两方面共同作用。铣削顺磁性材料时,微细铣刀刀具磨损减小,强化作用只有刀具材料力学性能变化单方面作用。铣削抗磁性材料时,由于微细刀具磁路与工件磁路方向相反,导致切削过程中产生扰动,微细铣刀磨损加剧、加工表面质量下降。4.对微细刀具脉冲磁场强化处理工艺进行优化研究。分析了微细刀具脉冲磁场强化处理效果影响因素,确定了微细刀具脉冲磁场强化处理工艺参数选择原则。通过正交实验研究了切削速度、切削深度、进给量三个因素对脉冲磁场强化处理效果影响规律,结果表明进给量是脉冲磁化处理后微细刀具加工表面粗糙度最显著影响因素,轴向切深是加工表面毛刺最显著影响因素,使用经过优化的工艺参数,微细铣刀经脉冲磁化处理后,刀具磨损下降30%,表面粗糙度值减小8%。