切削加工在机械制造行业中一直占据主导地位,以高效化、智能化、绿色化为发展方向的现代制造业必须采用先进的加工技术。切削刀具作为制造系统的终端执行部件和最基础的切削加工工艺装备,对制造业的经济效益和生产技术水平会造成直接影响。但是,目前广泛使用的硬质合金刀具在切削加工中普遍存在磨损严重、加工效率低、加工质量差等问题。本课题从改善刀具切削性能的角度出发,提出在YT15硬质合金刀具的表面加工平行于主切削刃的沟槽型微织构,并结合磁场辅助切削技术,以磁性纳米流体为切削液,探索磁场作用下微织构和磁性纳米流体的耦合作用对刀具切削性能的影响,为推动高端切削装备提供了一种新思路。本文主要研究内容如下:首先,根据磁场相关理论,判断试验的可行性,结合毕奥-萨伐尔定律,构造稳定可调节的磁场并将其搭建在CD6140A车床上。选取质量分数0.5%的Fe3O4磁性纳米流体(MN)做切削液。再用优化后的激光加工参数在YT15硬质合金试样表面制备19组不同尺寸形貌的微织构。其次,分析了磁场下磁性纳米流体和微织构耦合机制对硬质合金试样摩擦磨损性能的影响。分析摩擦系数、磨球磨损率和试样磨损形貌发现,磁场和磁性纳米流体结合可以有效提升润滑液的润滑性能,与一定形貌尺寸的微织构结合可以发挥更优异的抗磨减摩性能,并揭示了相应的抗磨减摩机理。同时运用极差法,揭示并分析了影响微织构摩擦系数的主次因素。然后,选取摩擦磨损试验中减摩抗磨效果最优的一组微织构参数,以YT15硬质合金车刀为基体制备微织构刀具(TP),并用无织构刀具(CT)作对比。分别在无磁场、10kA/m、20 kA/m、30 kA/m、40 kA/m的磁场强度下,以传统切削液(CC)和磁性纳米流体(MN)分别作为切削液,进行车削45钢试验。结果显示,与CT+CC相比,在不同磁场强度下TP+MN的切削力Fc降低了 40.1%-48.6%;表面粗糙度Ra降低了26.4%-36.3%;在切削1000 mm后,后刀面最大磨损量VBmax降低了30.7%-45.6%。因此,可以认为,磁场作用下磁性纳米流体和微织构耦合作用能有效提高硬质合金刀具的切削性能。最后,分析了磁场作用下磁性纳米流体和微织构的耦合作用机理,分析认为:磁场作用下磁性纳米流体和微织构耦合具有降低切削力、降低被加工工件表面粗糙度、提升刀具切削性能的作用。因为磁性纳米流体具有磁感应效应,其中的磁性纳米颗粒在磁场下受力可以聚集在切削区域,形成润滑膜,保护刀具基体表面并减少刀具磨损,随着磁场强度的增大,磁性纳米流体能够形成更加稳定且致密的润滑膜;而且,刀具表面的微织构在切削过程中可以促进润滑液的渗入,容纳切削液并使其发挥润滑作用,从而降低刀-屑间摩擦系数和切削力,同时,微织构还可以存储部分磨屑,防止磨粒划伤刀具基体表面;此外,磁性纳米颗粒还能够填补被加工表面的微凹坑、修复受损表面,能带走被加工表面的碎屑,减小表面粗糙度。在以上共同作用机制下,YT15硬质合金刀具的切削性能有明显提升。