纯铁材料因具有较好的塑性变形特性、冲击韧性和低廉的价格等特点,在航空仪器仪表和爆轰物理试验关键零部件中有广泛的应用。然而纯铁的塑性和韧性较高,在切削纯铁过程中严重的塑性侧向流动和加工硬化倾向会加剧刀具的磨损,降低工件表面质量。在切削区域引入含有丰富活性粒子的大气压冷等离子体射流,能够有效调控刀具-工件接触区域复杂的热力状况、提高工件表面润湿性、降低纯铁材料的断裂强度,从而改善纯铁材料的可切削性。论文提出采用裸电极放电形式产生的大气压冷等离子体射流辅助微铣削和精密车削纯铁材料,并对不同冷却润滑环境下纯铁的加工性能进行分析与研究。主要内容如下:为探究大气压冷等离子体射流辅助切削机理,开展润湿性试验、力学拉伸试验以及纳米压痕试验。结果表明,冷等离子体在不改变工件表面微观形貌的前提下可快速提高工件表面的润湿性,有助于冷却润滑介质充分浸润铺展于刀具-工件接触区域,此外冷等离子体处理后的工件断裂强度和硬度也有所下降,使得工件表层材料更易去除,抑制了塑性侧向流动,进而提高已加工表面质量。以冷等离子体对纯铁的表面改性机理为基础,在不同冷却润滑环境下利用PCD刀具微铣削加工纯铁材料,并对比分析不同冷却润滑环境下工件已加工表面粗糙度、表面微观形貌、切削力和残余应力。结果表明,冷等离子体+雾化辅助铣削时工件表面塑性侧向流动得到缓解,可获得粗糙度值Ra为0.027μm的较佳表面质量,相比干式铣削,其表面粗糙度、切削力和残余应力分别降低了约42%、72%和50%。为拓展大气压冷等离子体射流在大尺寸纯铁加工中的应用,开展硬质合金涂层刀具精密车削纯铁材料试验,探究了冷等离子体射流对车削纯铁过程中工件表面完整性、切削力及刀具耐用度的影响。结果表明,冷等离子体辅助车削时工件表面完整性得到明显改善,其表面粗糙度较干式车削下降约59.6%,工件已加工表面上刀痕、碎屑和塑性流动等均可得到明显缓解。冷等离子体+MQL辅助车削时切削力和刀屑间摩擦系数明显降低。另外,冷等离子体可抑制车削纯铁材料时的刀具磨损并延长刀具使用寿命,高速车削60 min后,相比普通车削,冷等离子体辅助车削下的刀具后刀面磨损宽度、主沟槽磨损量和副沟槽磨损量分别下降了12%、15%和14.5%。