与常规金属切削刀具相比,微细切削刀具的几何结构和切削机理与之存在较大差异。高速钢、硬质合金（包括涂层）、陶瓷、CBN和金刚石为目前主流的常规金属切削刀具材料,而微细切削刀具的材质多数为高速钢和硬质合金,鲜有陶瓷材质制作微铣刀的成功研究报道。陶瓷作为刀具材质候选之一,其具有高硬度、良好耐磨性和耐热性,理论上也能够满足微细切削加工的要求,尤其是难加工材料的微细切削加工需求。由此,本文针对目前硬质合金微铣刀的耐磨能力不高,涂层微铣刀面临着涂层易剥落和刃口锋利度不够的问题,将综合力学性能介于硬质合金和立方氮化硼之间的金属陶瓷材质用于制作微铣刀,开展全新的微铣刀刀具材质、设计与制造技术及其切削性能的研究。总研究思路为:以难加工材料TC4钛合金为切削对象,从刀具材料制备与力学性能角度,优化制备适用于制作微铣刀的金属陶瓷刀具材质,评估金属陶瓷材质的力学性能与行为;从刀具结构设计与制造角度,设计φ0.3～φ1.0 mm微铣刀的空间几何结构,并进行结构创成研究;从切削受载角度,论证金属陶瓷材质能够满足微铣刀的切削性能要求;从应用角度,开展金属陶瓷微铣刀铣削TC4钛合金的切削性能研究。本研究能扩大和丰富微细刀具种类,为难加工材料微细结构加工制造提供刀具支持和工具保障,具有较好的学术研究与工程应用价值。具体研究工作如下:在课题组前人刀具材料制备研究的基础上,针对微细铣削加工的特点及其对微细刀具的材质和结构的要求,选用典型难加工材料TC4钛合金为切削加工对象,开展金属陶瓷材质的优化制备与性能评估研究。结果表明,烧结温度为1475℃时,金属陶瓷材质的微观组织最为均匀且细小,其抗弯强度、维氏硬度和断裂韧度均达到最优值;在微铣工况下刀具所应承载的温度范围内,金属陶瓷材质的高温抗弯强度呈现升高的趋势,其高温硬度和高温断裂韧度呈现降低的趋势,并且金属陶瓷材质的高温抗裂纹扩展能力得到了提高。开展φ0.3～φ1.0 mm金属陶瓷微铣刀空间几何结构设计及其创成工艺研究。考虑金属陶瓷刀具材料的力学性能和微细加工特征,研究适用于金属陶瓷微铣刀的空间几何结构,并设计双锥度颈部结构、刀尖保护结构和刀尖形状等空间几何结构;开展金属陶瓷微铣刀三维铣削TC4钛合金的仿真模型研究,优选金属陶瓷微铣刀的螺旋角、周刃径向前角及其后角;基于Helitronic Tool Studio工具刃磨软件,创成金属陶瓷微铣刀的空间几何结构,制定刃磨金属陶瓷微铣刀的制造工艺规划及参量,建立刃磨金属陶瓷微铣刀螺旋槽时的磨削力数学模型。结果表明,通过铣削实验验证了仿真模型的有效性;刃磨φ0.3 mm金属陶瓷微铣刀螺旋槽时,作用在金属陶瓷微铣刀刃部的最大拉应力σmax≤231.8 MPa,该值小于金属陶瓷材质的抗拉强度,由第一强度理论可知,在弯矩作用下其刃部结构不会发生断裂现象,成功制造出了φ0.3～φ1.0 mm金属陶瓷微铣刀。从切削受载角度,论证金属陶瓷材质能够满足微铣刀的切削性能要求。开展金属陶瓷微铣刀刃口微区受载应力模型和铣削力模型研究。结果表明,通过微细铣削实验验证了该模型的正确性,并且论证了金属陶瓷微铣刀切削刃上的最大法向接触应力均小于金属陶瓷材质的抗压强度,故金属陶瓷微铣刀能够承载刃口微区的应力而不发生破损。从应用角度,开展金属陶瓷微铣刀铣削TC4钛合金的切削性能研究。探索φ0.3～φ1.0 mm金属陶瓷微铣刀的磨损、破损机理及其加工质量。结果表明,四种不同直径的金属陶瓷微铣刀均具有良好的切削性能,φ0.3 mm、φ0.5 mm和φ0.8 mm金属陶瓷微铣刀的主要损坏形式均为磨损,其主要磨损机理为粘结磨损,主要磨损形态为后刀面磨损;φ1.0 mm金属陶瓷微铣刀的主要损坏形式为破损。相对于涂层和未涂层硬质合金微铣刀,金属陶瓷微铣刀的加工效率增高,并且可获得较小的毛刺宽度和表面粗糙度。