微織構(gòu)刀具對鈦合金切屑形成影響的仿真研究

陳德雄 林夢晗 趙亞文 周華森 陳金國

（1 莆田學(xué)院新工科產(chǎn)業(yè)學(xué)院，莆田 351100）

（2 莆田學(xué)院，莆田 351100）

（3 莆田學(xué)院機(jī)電與信息工程學(xué)院，莆田 351100）

文 摘 針對微織構(gòu)刀具對鈦合金Ti6Al4V 切屑形成以及微槽二次切削機(jī)理分析的不足，通過建立熱-力耦合仿真模型對比研究不同微織構(gòu)刀具、微織構(gòu)幾何尺寸以及切削速度對切屑形成的影響規(guī)律。數(shù)值仿真結(jié)果表明：微織構(gòu)刀具更有利于斷屑，二次切削作用使切屑的彎曲半徑變大，微織構(gòu)可以減小刀屑之間實際接觸面積，降低切削溫度。增大微織構(gòu)寬度可以增強(qiáng)微槽的二次切削作用，利于斷屑，但應(yīng)注意其對刀具強(qiáng)度的削弱作用，而增大相鄰微槽間距則會出現(xiàn)相反的二次切削作用機(jī)制。提高切削速度對各刀具均有利于斷屑，弧形微織構(gòu)刀具的降溫效果最好，V 形微織構(gòu)刀具次之，矩形微織構(gòu)刀具降溫效果最差。研究結(jié)果對進(jìn)一步理解微織構(gòu)刀具對鈦合金切屑的二次切削作用機(jī)理提供一定參考。

0 引言

在金屬切削加工過程中，工件塑性變形和刀具與切屑、工件的相互摩擦作用容易在切削區(qū)產(chǎn)生局部高溫。當(dāng)溫度積累到一定程度時，容易引起刀具熱磨損，進(jìn)而影響工件加工精度和表面質(zhì)量，最終導(dǎo)致刀具失效［1］。近年來，鈦合金因其優(yōu)良的綜合性能，如強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點，在航空、航天以及醫(yī)療、化工、汽車等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［2］。然而，某些因素限制了鈦合金技術(shù)的更廣泛發(fā)展，特別是低熱導(dǎo)率和高化學(xué)活性使其相對其他金屬切削更容易引起刀具磨損和對切削效率產(chǎn)生影響［3］。因此，必須提高鈦合金切削過程中刀具在刀-屑界面的耐磨性。一般來說，為了降低摩擦力，工業(yè)上會使用冷卻液。然而，冷卻液的使用會增加成本，并危害人體健康。考慮到這些問題，為實現(xiàn)綠色制造，可持續(xù)加工工藝越來越受到重視。在各種摩擦學(xué)現(xiàn)象中，刀具表面微織構(gòu)是提高切削加工性能并實現(xiàn)環(huán)境友好加工的一個重要研究方向［4］，為減緩切削加工中的刀具磨損提供了新的思路。近年來，隨著微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展，在固體表面形成表面織構(gòu)來控制其摩擦學(xué)行為成為可能。目前，常用的微織構(gòu)加工方式主要包括激光加工、微磨削、超聲振動車削、電火花加工等。

織構(gòu)表面通過降低摩擦和提高耐磨性來提高具有摩擦接觸的零件之間的摩擦學(xué)性能。KAWASEGI等［5］較早研究刀具微織構(gòu)對難加工材料切削性能的影響。分析表明，當(dāng)微織構(gòu)方向與切屑流出方向互相垂直時，可以獲得較小的切削力。ARULKIRUBAKARAN 等［6］的試驗研究同樣得到了類似的結(jié)果。RAJBONGSHI 等［4］對比試驗研究刀具后刀面微織構(gòu)和非微織構(gòu)涂層刀具切削AISI D2 的切削性能。結(jié)果表明，與非微織構(gòu)刀具相比，微織構(gòu)刀具降低刀屑的接觸溫度，從而可以減小白層的厚度，工件表面粗糙度更低。THOMAS等［7］將微織構(gòu)刀具運用于中碳鋼和鋁合金加工，可以得到較低的切削力和切削溫度，鋁合金和中碳鋼的表面粗糙度分別降低23.21%和15.86%。SU 等［8］對比分析微織構(gòu)PCD 刀具和非微織構(gòu)PCD 刀具在不同潤滑條件下鈦合金的切削加工性能。結(jié)果表明，微織構(gòu)在刀具上的定向分布、刀具與切屑的實際接觸面積以及微溝槽對微小碎屑的截留作用對提高刀具性能起著重要作用。RAO 等［9］采用電火花鉆孔技術(shù)加工微孔織構(gòu)刀具并結(jié)合微量潤滑技術(shù)（MQL）研究鈦合金的切削過程。研究發(fā)現(xiàn)，微孔織構(gòu)刀具降低了前刀面上的摩擦，使振動降低了30%～50%，切削溫度、刀具磨損和表面粗糙度分別降低30%、50%和40%。類似地，ZHANG 等［10］研究表明，微坑織構(gòu)可以有效降低加工過程中前刀面的平均剪切強(qiáng)度和刀屑實際接觸長度，進(jìn)而有效降低擴(kuò)散磨損。LI 等［11］采用飛秒激光加工的亞毫米級WC/Co 微織構(gòu)刀具可以有效降低鈦合金的切削力和刀屑界面之間的摩擦。

有限元法（FEM）已廣泛應(yīng)用于切削加工領(lǐng)域來預(yù)測特定加工環(huán)境的性能并使時間和資源成本最小化。由于在刀具表面產(chǎn)生微織構(gòu)的成本很高，許多學(xué)者采用有限元模擬的方法來研究微織構(gòu)刀具的性能。OLLEAK 等［12］以有限元模型為基礎(chǔ)，研究5種織構(gòu)刀具設(shè)計對切削性能的影響。研究表明，垂直槽和斜槽微織構(gòu)刀具均可最大程度降低切削力。MA等［13］建立有限元模型研究了微織構(gòu)參數(shù)對切削力的影響規(guī)律。結(jié)果表明，微槽織構(gòu)刀具可以有效降低切削力，從而降低加工能耗。最佳微槽寬深比在10～16 時可以使3 個方向的切削力最小，并且有利于切屑的形成。基于類似研究過程，該學(xué)者研究表明微孔織構(gòu)刀具同樣可以有效降低切削力［14］。KIM等［15］建立有限元模型對比分析了3 種不同微織構(gòu)刀具對AISI52100 的切削力和刀屑之間的有效摩擦力。分析得出，垂直形狀織構(gòu)刃距為100 μm，節(jié)距為100 μm，織構(gòu)高度為50 μm 時可以得到最小的切削力和有效摩擦力。以上研究結(jié)果表明，有限元模擬方法能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測刀具的性能，為微織構(gòu)刀具的設(shè)計、開發(fā)和虛擬評估提供幫助［16］。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者大量的研究成果表明，刀具表面的微織構(gòu)化可以有效降低刀具與切屑的接觸面積，改善接觸狀態(tài)，利于儲存潤滑劑，降低切削溫度和切削力，從而提高工件的切削加工性能。切屑是加工過程中的一個重要過程因素，它會對刀具磨損、工件精度和表面粗糙度產(chǎn)生重要影響。但是，微織構(gòu)對切屑形成的影響規(guī)律以及其微槽對流經(jīng)切屑的二次切削所引起的切削性能變化，這在以往的研究中較少涉及。利用現(xiàn)有的微機(jī)械加工技術(shù)制造出完美的微織構(gòu)尺寸以及切削過程的瞬態(tài)觀測仍具有一定難度。3D建模往往由于要考慮網(wǎng)格數(shù)量對模型運行時間的影響而網(wǎng)格劃分相對粗糙，無法較為真實地反映切屑的形貌，并且無法觀測到關(guān)于切屑內(nèi)部切削應(yīng)力和溫度的信息。因而，本文采用2D 建模方式對微織構(gòu)刀具對切屑的影響進(jìn)行探討，以期對微織構(gòu)刀具的作用機(jī)理有進(jìn)一步的理解。

1 切削仿真模型的建立

1.1 切削仿真幾何模型

采用非線性有限元分析軟件ABAQUS建立2D有限元仿真模型，模型示意圖如圖1所示。通過該軟件可以對切屑形成機(jī)理、切削區(qū)熱量產(chǎn)生、刀-屑摩擦特性和加工表面的完整性進(jìn)行分析，并且有助于了解一些物理參數(shù)對刀具和工件的溫度和應(yīng)力分布的影響規(guī)律。工件的幾何尺寸為L×W（3 mm×1 mm），工件和刀具采用不同網(wǎng)格尺寸進(jìn)行劃分。工件在切削區(qū)域的網(wǎng)格采用0.01 mm×0.01 mm的單元尺寸，以便獲得精確的結(jié)果，非切削區(qū)域的網(wǎng)格采用0.15 mm×0.01 mm的單元尺寸。在刀尖以及前刀面采用密集網(wǎng)格劃分，其他區(qū)域采用漸變網(wǎng)格劃分。將刀具定義為剛體，前角為0°，后角為7°，刃口鈍圓半徑為10 μm。在工件底部和左右兩側(cè)定義約束限制其運動。工件與刀具之間的相對運動通過在刀具定義參考點并施加水平方向的切削速度來實現(xiàn)。V為切削速度，f為進(jìn)給量。采用平面線性縮減積分單元CPE4RT定義工件和刀具，進(jìn)行切削過程的溫度-位移耦合動力學(xué)分析，可以得到切削過程中的溫度分布。采用單元刪除技術(shù)使單元分離形成切屑，一旦單元中的節(jié)點達(dá)到退化閾值1，該單元將分離并從計算中刪除。

圖1 切削仿真幾何模型Fig.1 Geometry model of cutting simulation

1.2 材料本構(gòu)模型

在金屬加工中，材料從初始變形到斷裂的過程，對應(yīng)著有限元中的單元從彈性變形、塑性變形、損傷到單元失效的相應(yīng)過程。在切屑形成過程中，工件材料在很大的應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度范圍內(nèi)發(fā)生塑性變形。在刀尖前的嚴(yán)重變形區(qū)，局部應(yīng)變可以在很短的時間內(nèi)從0 增加到很高的數(shù)值，局部應(yīng)變率在0～5×104s-1變化［17］。因此，選擇合適的材料流動應(yīng)力模型是描述高應(yīng)變率變形條件下工件材料行為的關(guān)鍵。JOHNSON-COOK（J-C）［18］材料本構(gòu)模型廣泛應(yīng)用于材料流動應(yīng)力的分析，特別是對那些流動應(yīng)力受溫度和應(yīng)變率影響較大的材料。J-C 材料本構(gòu)模型綜合考慮了塑性變形過程中應(yīng)變和應(yīng)變率相關(guān)的硬化行為，溫度相關(guān)的熱軟化行為對流動應(yīng)力的影響，可以較為準(zhǔn)確地描述鈦合金切削過程的熱力學(xué)行為，其流動應(yīng)力表達(dá)式如下：

1.3 基于能量的延性失效準(zhǔn)則

材料的損傷失效包括2部分：損傷起始和損傷演化。JOHNSON-COOK（J-C）失效準(zhǔn)則［21］可以將應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度對延展性金屬流動應(yīng)力的影響建立起相應(yīng)的聯(lián)系，能更好地闡述工件與刀具相互作用表面之間的裂紋生長行為。當(dāng)材料的塑性應(yīng)變達(dá)到初始損傷閾值時，材料損傷起始并逐漸演化，直至材料失效，其起始失效等效塑性應(yīng)變可表示為：

采用基于累積損傷規(guī)律的標(biāo)量損傷參數(shù)ω來定義材料損傷失效，其表達(dá)式為：

式中，Le為單元特征長度為失效時的等效塑性應(yīng)變，σy為屈服應(yīng)力為失效時的等效塑性位移。在損傷開始之前，等效塑性位移為0（-u=0），位移率也為。一旦滿足特定的損傷起始準(zhǔn)則，材料的剛度和承載能力就會根據(jù)一定的損傷演化規(guī)律而降低。本文采用線性損傷演化規(guī)律來定義材料剛度隨相對塑性位移的退化過程，定義剛度衰減因子D∈［0，1］，表達(dá)式如下：

1.4 摩擦模型

在加工過程中，由于刀具與工件的摩擦作用，工件會產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形。刀具與切屑的接觸特性直接影響著刀具與切屑接觸表面的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度分布，進(jìn)而影響切屑的變形和失效行為。因此，對接觸的合理定義是準(zhǔn)確描述有限元切削仿真模型的重要因素。刀具-切屑界面的摩擦行為采用由ZOREV［23］提出的混合摩擦模型?；旌夏Σ聊Ｐ图僭O(shè)在刀具-切屑界面上同時存在滑動區(qū)域和黏滯區(qū)域。摩擦剪切應(yīng)力τf與接觸壓應(yīng)力σn有關(guān)。在黏滯區(qū)域，μσn大于臨界剪切應(yīng)力等于工件的臨界剪切應(yīng)力；在滑動區(qū)域，μσn小于臨界剪切應(yīng)力，摩擦剪切應(yīng)力τf與接觸壓應(yīng)力σn成正比。

1.5 熱傳遞模型

金屬切削中的熱量主要是由第一變形區(qū)的大塑性變形和第二變形區(qū)的切屑與刀具前刀面的摩擦產(chǎn)生的。由工件塑性變形產(chǎn)生的熱量可表示為：

由刀具和工件之間的摩擦產(chǎn)生的熱量可表示為：

式中，J是熱功當(dāng)量，熱生成系數(shù)ηp和熱分布系數(shù)ηf是刀具-工件界面的2個熱相關(guān)參數(shù)。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 仿真模型驗證

為了驗證所建立模型的合理性，通?？梢詫⒎抡嫠玫降那行夹蚊埠颓邢髁εc已發(fā)表的切削實驗結(jié)果進(jìn)行比較［24］。采用與文獻(xiàn)［25］一致的三組切削工藝參數(shù)進(jìn)行比較，分別為：（1）v=210 m/min，f=100 μm/r；（2）v=250 m/min，f=100 μm/r；（3）v=170 m/min，f=120 μm/r，結(jié)果如圖2 所示。從圖2（a）可以看出，仿真得到的鋸齒形形貌與試驗得到的鋸齒形形貌相似，齒頂?shù)阶杂善矫娴木嚯x分別為109 和129 μm，鋸齒之間的間距分別為52 和60 μm，齒谷到自由平面的距離分別為81 和88 μm。在切削仿真穩(wěn)定階段的平均切削力為350.7 N，試驗結(jié)果的切削力為362 N。從圖2（b）和圖2（c）同樣可以看出仿真結(jié)果與試驗具有較好的吻合趨勢。因而，可以證明所建立的切削仿真模型具有較好的準(zhǔn)確性。

2.2 不同微織構(gòu)刀具對切屑形成的影響

微織構(gòu)刀具幾何模型如圖3所示，未織構(gòu)化處理的普通刀具命名為CT，在刀具前刀面定義3 種微織構(gòu)結(jié)構(gòu)：（1）矩形截面微織構(gòu)刀具（RT）；（2）V 形截面微織構(gòu)刀具（VT）；（3）弧形截面微織構(gòu)刀具（ET）。微織構(gòu)幾何尺寸如表2所示。

表2 微織構(gòu)刀具幾何尺寸Tab.2 Geometric dimensions of micro-textured tool

圖3 微織構(gòu)刀具幾何模型Fig.3 Geometric model of micro-textured tools

取切削速度V=90 m/min，進(jìn)給量f=200 μm/r，不同類型刀具在相同切削條件下的切屑形貌隨時間變化情況如圖4～圖7 所示，PEEQ 代表等效塑性應(yīng)變。對于普通刀具切削，材料在第一變形區(qū)發(fā)生集中剪切滑移，塑性應(yīng)變增大，切屑沿剪切滑移帶斷裂，出現(xiàn)了鋸齒狀切屑雛形，如圖4（a）所示。裂紋從自由表面開始，并向材料內(nèi)部傳播。隨著切削過程的不斷推進(jìn)，逐漸形成規(guī)則連續(xù)的鋸齒形切屑。切屑由周期性分布的絕熱剪切帶和鋸齒分節(jié)構(gòu)成，并且新生成表面光滑，切屑沒有出現(xiàn)斷屑的現(xiàn)象。

圖4 CT刀具切削工件切屑形貌Fig.4 Workpiece chip morphology of CT tool

對于RT 微織構(gòu)刀具，剛開始切削主要集中在前2 個微槽，對第一個鋸齒產(chǎn)生二次切削作用，使其產(chǎn)生裂紋，如圖5（b）所示。隨著切削的不斷進(jìn)行，微槽中的切屑出現(xiàn)脫落，隨后又發(fā)生切屑阻塞微槽的現(xiàn)象。從圖5 可以看出，在整個切削過程中，切屑不斷填充第1 個微槽，并隨后脫落，以此循環(huán)。在實際切削過程中，切屑易與刀具發(fā)生黏結(jié)堵塞在溝槽內(nèi)部，不易從微織構(gòu)刀具溝槽脫落。切屑在刀具前刀面移動，二次切削主要發(fā)生在第1 個微槽，隨著鋸齒切屑的不斷形成，在后續(xù)微槽的作用下，切屑出現(xiàn)裂紋，但并未完全斷裂。第1 個微槽對切屑的二次切削作用相當(dāng)于前角為0°的微切削刃對切屑施加向下的作用力F，該作用力拉扯著切屑沿著前刀面運動，彎曲半徑明顯大于普通切削。

圖5 RT刀具切削工件切屑形貌Fig.5 Workpiece chip morphology of RT tool

如圖6和圖7所示，對于VT微織構(gòu)刀具和ET微織構(gòu)刀具，二次切削同樣主要集中在第1個微槽。同樣地，VT和ET微織構(gòu)刀具第1個微槽對切屑的二次切削作用相當(dāng)于正前角的微切削刃。隨著切削的不斷進(jìn)行，在后續(xù)微槽的作用下，切屑出現(xiàn)明顯的裂紋和斷屑行為形成碎屑，VT和ET微織構(gòu)刀具更有利于斷屑。

圖6 VT刀具切削工件切屑形貌Fig.6 Workpiece chip morphology of VT tool

圖7 ET刀具切削工件切屑形貌Fig.7 Workpiece chip morphology of ET tool

圖8 為不同刀具切削溫度分布。從圖8 中可以看出：微織構(gòu)刀具的溫度分布范圍比無織構(gòu)刀具大，這主要是因為微槽對切屑的微切削作用使切屑彎曲半徑變大，切屑與前刀面接觸區(qū)域變大，從而使微織構(gòu)刀具的溫度分布區(qū)域變大。無織構(gòu)刀具的高溫區(qū)域主要集中在距離刀尖一定距離的位置，微織構(gòu)刀具的高溫區(qū)域主要集中在靠近刀尖的非織構(gòu)區(qū)域和第1 個微槽位置。與無織構(gòu)刀具相比，矩形、V 形、弧形微織構(gòu)刀具的切削溫度均有所降低。當(dāng)切屑呈連續(xù)性鋸齒狀時，切屑與刀具前刀面接觸時間較長，摩擦?xí)a(chǎn)生更多的熱量，加之連續(xù)性切屑不易排出，因而無織構(gòu)刀具與切屑接觸的前刀面會有較高的溫度；微織構(gòu)的鏤空作用減少了刀具與切屑實際發(fā)生接觸的面積，有利于減少摩擦，降低切削溫度。同時，由于V 形和弧形微織構(gòu)刀具更有利于斷屑會帶走更多的熱量和減少與刀具前刀面接觸的時間，刀具的切削溫度更低，降溫效果更好。

圖8 不同刀具切削溫度分布Fig.8 Cutting temperature distribution of different tools

2.3 微織構(gòu)幾何尺寸對切屑形成的影響

切屑與刀具發(fā)生接觸的位置主要集中在刀具前刀面，因而微織構(gòu)寬度L1和相鄰溝槽的間距L3直接影響切屑和刀具的接觸面積。以矩形微織構(gòu)刀具為例，探究微織構(gòu)幾何尺寸對切屑形成的影響。取切削速度v=90 m/min，進(jìn)給量f=200 μm/r，不同微織構(gòu)幾何尺寸切屑形貌對比，如圖9所示。從圖9（a）可以看出：隨著微織構(gòu)寬度L1增大，切屑更容易發(fā)生斷屑行為形成碎屑堆積在刀具前刀面。應(yīng)當(dāng)注意的是，微織構(gòu)寬度越大對刀具整體強(qiáng)度的削弱也越大，同時頻繁的斷屑行為會引起切削力波動增大，對刀具的造成更大的沖擊。從圖9（b）中可以看出：增大相鄰微槽間距L3，則相當(dāng)于是增大切屑與刀具前刀面實際接觸位置的接觸面積，其切削效果逐漸接近于無織構(gòu)刀具，切屑彎曲半徑逐漸減小。

圖9 不同微織構(gòu)幾何尺寸切屑形貌對比Fig.9 Comparison of chip morphology with different micro-textured geometric dimensions

2.4 切削參數(shù)對切屑形成的影響

鋸齒形切屑是鈦合金高速切削過程中一個顯著的工藝特征，WANG 等［26］研究表明，切削工藝參數(shù)中對鋸齒形切屑形成影響最大的是切削速度。取進(jìn)給量f=200 μm/r，4 種不同刀具隨切削速度變化獲得的切屑形貌，如表3所示。對于CT刀具切削，隨著切削速度的提高，切屑的鋸齒化程度變大，說明工件的熱軟化效應(yīng)與應(yīng)變硬化效應(yīng)和應(yīng)變速率強(qiáng)化效應(yīng)相比占據(jù)主導(dǎo)地位。鋸齒化程度越高，越可以降低斷屑所需的能量，越利于斷屑［27］。因而，當(dāng)切削速度增大時，CT 刀具所形成的切屑出現(xiàn)明顯裂紋現(xiàn)象和斷屑行為。同理可以推知，對于微織構(gòu)刀具切削，從整體上來看，隨著切削速度的增大，各切屑均出現(xiàn)更為明顯的裂紋和斷屑行為。當(dāng)切削速度為90 m/min 時，RT刀具的切屑為鋸齒形連續(xù)切屑。隨著切削速度的增大，切屑出現(xiàn)斷裂形成碎屑，在切削速度為180 m/min時，形成多段斷裂式碎屑。

表3 不同切削速度切屑形貌對比Tab.3 Comparison of chip morphology at different cutting speeds

圖10 為不同刀具隨切削速度變化的切削溫度。從圖可知：刀具的切削溫度均隨著切削速度的增加而升高。這主要是因為切削速度增大，工件和刀具之間的相互作用力增大，并且切屑沿刀具前刀面的相對滑動速度也會隨之增大，這樣刀-工和刀-屑之間的摩擦增大產(chǎn)生更多的熱量，引起切削溫度上升。當(dāng)切削速度超過120 m/min 時，切削溫度有明顯的上升趨勢。微織構(gòu)刀具的鏤空減摩作用使得不同類型的微織構(gòu)刀具的切削溫度均低于無織構(gòu)刀具，其中弧形微織構(gòu)刀具降溫效果最好，V 形微織構(gòu)刀具次之，矩形微織構(gòu)刀具的降溫效果相比最差?；⌒魏蚔形的微槽形成的正前角微切削刃利于切屑流動，而矩形微槽形成的0°前角微切削刃會阻礙切屑的流動，增大刀屑之間的相互摩擦，因而會使刀具的降溫效果降低。

圖10 不同切削速度的刀具溫度Fig.10 Tool temperature with different cutting speeds

從圖1和表2可以看出，進(jìn)給量f和微織構(gòu)距刀刃邊緣距離L4之間的相互關(guān)系直接影響著微織構(gòu)刀具的切削作用機(jī)制。取切削速度V=90 m/min，微織構(gòu)距刀刃邊緣距離L4=100 μm，以矩形微織構(gòu)刀具為例研究不同進(jìn)給量的切屑形貌，如圖11所示。當(dāng)進(jìn)給量為50 μm/r時，切屑為細(xì)帶狀，沿刀具前刀面滑動。此時進(jìn)給量小于L4，靠近刀尖的微槽對切屑的影響較小，遠(yuǎn)離刀尖的微槽對切屑有二次切削作用。隨著進(jìn)給量的增大，切屑形貌逐漸由帶狀變?yōu)殇忼X狀，第1個微槽對切屑的二次切削作用增強(qiáng)，切屑的彎曲半徑逐漸變大。由此可見，切削工藝參數(shù)應(yīng)與微織構(gòu)幾何尺寸合理耦合搭配才能發(fā)揮微織構(gòu)刀具的優(yōu)勢。

圖11 不同進(jìn)給量切屑形貌對比Fig.11 Comparison of chip morphology at different feeds

3 結(jié)論

（1）在相同切削工藝參數(shù)條件下，微織構(gòu)刀具比無織構(gòu)刀具更有利于斷屑，微槽的二次切削作用使得切屑彎曲半徑變大。微織構(gòu)刀具可以減少刀具與切屑實際發(fā)生接觸的面積，減少刀屑之間的摩擦，有利于降低刀具切削溫度。

（2）增大微織構(gòu)寬度L1，更容易使切屑發(fā)生斷屑行為形成碎屑，增大相鄰微槽間距L3，相當(dāng)于是增大刀屑實際接觸面積，不利于斷屑。

（3）隨著切削速度的增大，不同刀具的切屑都更容易斷屑，弧形和V 形微槽有利于切屑流動，降溫效果優(yōu)于矩形微槽。隨著進(jìn)給量的增大，第1個微槽對切屑的二次切削作用增強(qiáng)。