随着科学技术的发展,对微细孔加工质量的要求越来越高,且孔径越来越小。微细钻削刀具是影响微孔加工的关键因素,采用高性能的微细刀具有助于提高孔的加工质量和加工效率。本文针对微钻削机理及微细钻削刀具的设计进行了深入的理论研究和实验分析,主要研究内容包括以下几个方面:1.对切屑形成、切屑形态、切屑卷曲、切屑流动以及切屑折断进行了理论分析,依据最小能量耗散原理建立了微钻削流屑角的数学模型。在不锈钢材料微钻削过程中,在上向卷曲、侧向卷曲和流屑角的共同作用下,初始切屑呈圆锥形,由于不锈钢材料韧性高,切屑易缠绕在微钻上,最终形成缠绕型带状切屑;通过仿真与实验方法分析了不同参数对流屑角的影响规律,发现钻尖锋角越大,切屑的流屑角越大;随着进给量的增加,流屑角增大;当实际切削厚度接近最小切屑厚度时,切屑流屑角存在一个最大值。2.基于滑移线场理论和微钻的几何特征建立了微钻削的切削力数学模型。分别在主切削刃、第二切削刃和压进区三个区域进行了建模,主切削刃为斜角切削模型,第二切削刃为正交切削模型,压进区为刚性楔体模型;主切削刃和第二切削刃模型中包含了微钻削的剪切和耕犁行为;通过微钻削实验,将模型预测切削力和实验采集切削力进行了对比,切削力模型有较好的预测精度;横刃产生的轴向力占到了总轴向力的60%~70%,其大小与微钻横刃的长度和实验中进给速度的选择有关。3.设计了一种新型微细钻削刀具并建立了钻尖的数学模型。在保证微钻强度、刚度的前提下,为了提高微钻的定心能力,设计了一种新型无横刃微钻,该微钻结构简单,容易刃磨;通过有限元模拟仿真方法,分析了平面钻尖微钻和新型微钻钻削过程中的等效应力、接触应力、切削力、切削温度等,对比得出新型微钻的定心能力和切削性能更优。4.对比了YG8、YG8UA和YG8UF三种不同晶粒尺寸硬质合金刀具的切削性能,分析了微钻的失效形式及磨损机理。硬质合金刀具低速条件下主要产生磨粒磨损,而当切削速度较高时,粘着磨损则是主要的磨损机理;对于不锈钢材料的微钻削,由于进给速度较低,微钻横刃拐角处的磨损程度高于主切削刃外缘转角处;不锈钢钻削过程中,微钻的主要磨损机理是磨粒磨损和粘着磨损;晶粒越细的硬质合金微钻的抗磨损、破损的能力越好,使用寿命越高。5.通过微钻削实验,对比了新型微钻与平面钻尖微钻的切削性能。分别对1045钢和304不锈钢进行了微钻削实验,从切削力、微钻失效、微孔加工质量、刀具使用寿命等方面,将新型微钻与平面钻尖微钻进行了对比;当进给速度较低时,新型微钻的使用寿命高于平面钻尖微钻,而当进给速度超过一定值以后,使用寿命低于平面钻尖微钻;在相同的切削条件下,新型微钻的切削性能要明显优于平面钻尖微钻。