表面织构化因其具有优良的摩擦学性能,为进一步提高刀具耐用度提供了新的突破口。然而,在实际切削过程中,刀-屑接触面恶劣的摩擦条件常常会造成表面织构出现被堵塞的现象,使得微织构难以发挥减摩润滑的作用。本文根据微织构刀具在切削过程中容易发生堵塞的问题,提出了微织构刀具衍生切削的概念,并在试验研究的基础上,分析了衍生切削的负作用。理论分析了微织构刀具衍生切削的形成机理,研究了微织构刀具衍生切削对其切削性能的影响,提出了抑制微织构刀具衍生切削产生的方法。基于对切屑流向和卷曲规律的分析,提出了微织构刀具衍生切削概念,即:微织构刀具衍生切削是指前刀面微织构对切屑底部产生的微小“附加切削”现象。通过设计切削试验验证了微织构刀具衍生切削是造成微织构堵塞的主要原因,通过对比分析微织构刀具与普通刀具所产生的切削力、刀-屑界面的摩擦系数、刀具前刀面磨损形貌、刀-屑接触长度、切屑形貌和切屑硬度,得出了微织构刀具衍生切削的负作用,即:(1)微织构刀具衍生切削增加了微织构刀具切削过程中的能量消耗,导致切削力增加;(2)微织构刀具衍生切削产生的衍生切屑会粘滞在微织构中,衍生切屑与切屑底部相互作用,导致刀-屑界面的摩擦力增加;(3)衍生切屑堵塞了微织构,导致微织构无法起到减少刀-屑接触面积、收集磨屑、促进润滑液渗透等作用。利用数学解析方法分析了微织构衍生切削厚度和衍生切削力,建立了考虑衍生切削的微织构刀具切削力和温度模型。综合上述的理论分析和模型,建立了数值迭代算法计算微织构刀具的切削力,分析了微织构距切削刃的距离、微织构宽度、微织构上表面高度和微织构边缘刃口半径对微织构刀具衍生切削形成的影响,并探究了微织构结构参数和切削速度对衍生切削力的影响。通过设计切削试验验证了微织构衍生切削的理论分析具有合理性。因此,揭示了微织构刀具衍生切削形成机理,为实现抑制微织构刀具衍生切削提供了理论依据。研究了微织构刀具衍生切削对其切削性能的影响。通过干切削H13钢试验,分析了微织构刀具衍生切削对切削力、刀具磨损和切屑形成的影响。结果表明:切削速度95-237 m/mirn的条件下,微织构刀具衍生切削导致其切削力高于普通刀具;微织构刀具衍生切削使切屑自由表面的层状组织减少,以及锯齿化频率和锯齿化程度降低,此外衍生切削导致切屑的两个变形区产生额外的塑性变形、切屑底面产生严重的划痕以及切屑边缘形成毛边;在较低切削速度下,微织构刀具衍生切削导致微织构附近前刀面产生磨粒磨损,在较高切削速度下,微织构刀具衍生切削导致前刀面产生严重的粘结磨损和月牙洼磨损。提出了抑制微织构刀具衍生切削产生的方法,即:(1)微织构边缘加工倒角;(2)降低微织构上表面高度。依据以上的抑制方法,制备了两种新型微织构刀具,通过切削试验研究了该新型微织构刀具对抑制微织构刀具衍生切削产生的效果。结果表明:微织构边缘加工倒角,加大了微织构边缘的有效负前角,对微织构衍生切削有抑制作用,并随着倒角角度增加抑制效果更加显著,然而在高切削速度下微织构的磨损会导致其抑制作用失效。但值得注意的是,在不同切削速度下降低微织构上表面高度的微织构刀具均能够有效抑制衍生切削的产生,并表现出良好的切削性能。一方面,降低微织构上表面高度,致使切屑底面直接越过微织构边缘而与微织构上表面接触,从而衍生切削被抑制;另一方面,有限长度的前刀面可减少切屑与前刀面的接触长度,使得微织构刀具前刀面的磨损程度得到明显缓解,从而保持了微织构结构的完整性,使微织构更好地发挥减摩抗磨的作用。