刀具表面具有微观形貌的微织构已经被证明能够优化刀具的切削性能,相关的研究工作已取得一些进展。由于目前加工制造能力的限制,高精度的微织构刀具制造难度较大,影响了对微织构刀具切削性能的研究。本文通过有限单元法仿真分析了微织构陶瓷刀具的切削性能,在切削试验的基础上调整仿真参数继续仿真,探索了微织构在金属切削过程中对刀具切削性能的影响因素,主要工作如下:(1)综述了微织构刀具切削仿真现状及仿真过程中存在的问题;分析了常用切削仿真软件各自的优势及仿真中需要设置的参数意义与设置依据,运用切削仿真软件自带的后处理功能进行结果云图、数据图表的显示。(2)根据文献建立了无织构Al2O3-TiC陶瓷刀具与横向沟槽型微织构Al2O3-TiC陶瓷刀具3D模型,将模型导入有限元仿真软件中进行切削45#钢切削仿真。结果表明,横向沟槽微织构Al2O3-TiC陶瓷刀)具的主切削力较小,刀具切削温度较低,不同切削速度下主切削力与切削温度变化趋势有一定差异。(3)按照横向沟槽微织构Al2O3-TiC陶瓷刀具3D模型设计石墨凸模进行刀具烧制,采用原位成型微织构刀具的制备方法制备相关刀具并进行切削试验。试验结果表明,与仿真结果比较主切削力与切削温度在速度的变化下趋势走向有所差异,在切削速度大于150m/min下仿真与试验能够较好的符合。(4)使用调整后的仿真参数对凹坑类与凸起类形貌微织构Al2O3-TiC陶瓷刀具进行了大量的切削仿真,这些仿真主要围绕着微织构的宽度,深度,间距以及距离切削刃的距离尺寸变化而进行,在某一尺寸变化时保持其他参数不变,这样就得到了刀具切削性能即主切削力、切削温度、切削应力等与微织构尺寸之间的关系的数据。仿真结果表明,在切削45#钢方面Al2O3-TiC凸起类微织构陶瓷刀具降低主切削力幅度可达43.8%,Al2O3-TiC凹坑类微织构陶瓷刀具降低主切削力幅度可达31.3%;凹坑类微织构可降低切削温度幅度达18.1%,凸起类微织构可降低切削温度幅度达27.4%。(5)对仿真得到的大量数据进行优化与分析并进行数据拟合,近似的得到相关关系与规律的多元函数曲线。在此基础上求得函数极值即更加优化的微织构尺寸并再次进行切削仿真与试验。研究表明,微织构Al2O3-TiC陶瓷刀具在以主切削力做为优化目标时得到的切削温度也是最佳的,因而只需要优化主切削力即可。(6)选取了横向沟槽微织构Al2O3-TiC陶瓷刀具优化后的结果设计石墨凸模并进行Al2O3-TiC陶瓷刀具的烧制,使用该刀具进行切削试验,结果表明优化后的微织构刀具实际降低主切削力幅度为19%。降低切削温度幅度为14.6%。凸起类微织构较凹坑类微织构更能够起到减摩降温的作用,这主要在于其结构的特殊性,仿真结果表明凸起类微织构的尺寸越小分布越密集距离切削刃越近其对刀具切削性能的影响效果越好。综合以上,可以看到微织构在刀具切削中有着不可忽视的潜力。