为了研究微织构的位置分布对刀具切削性能的影响，对于传统刀具和微织构刀具，选取横向微织构为刀具织构方向，设计三种不同微织构位置分布的刀具进行切削仿真实验，并与无织构刀具进行对比，分别对切削力、切削温度、应力分布和切屑形态进行分析，各种刀具微织构形貌参数见表2-3。

表2-3　横向微沟槽位置分布织构几何参数

2.4.1.1　不同微织构位置分布对切削力的影响

对比无织构和三种不同微织构位置分布刀具切削力变化趋势，图2-12明显看出，四种刀具的主切削力Fx和径向力Fy变化较大，轴向力Fz变化较小，其中微织构刀具TMGL-1和TMGL-2的Fx和Fy明显小于无织构刀具CT；微织构刀具TMGL-3的切削力低于无织构刀具，但是相差不大。这说明当微织构距切削刃的距离为0.1mm和0.2mm时，微织构能够有效发挥减磨作用。随着距离增加到0.3mm，其切削力明显增大，微织构减磨作用不明显，切削效果几乎等同于无织构刀具。

图2-12　微织构位置分布对切削力的影响（v=150m/min, ap=0.2mm）

2.4.1.2　不同微织构位置分布对切削温度的影响

不同微织构位置刀具表面温度分布情况如图2-13，可以看出TMGL-1和TMGL-2刀具刀尖温度梯度颜色较浅，CT和TMGL-3刀具刀尖高温区域颜色较深，出现了高温区，由此可见TMGL-1和TMGL-2刀具的降温效果要好。同样观察整个切削过程中每个切削步的刀具温度分布情况，并与无织构刀具对比，统计得出TMGL-1刀具温度低于CT刀具的切削步占56.4%，TMGL-2刀具比CT刀具温度低的切削步约占53.2%，TMGL-3刀具比CT刀具温度低的切削步占42.4%；因此这说明与无织构刀具CT相比，微织构刀具TMGL-1和TMGL-2有明显的降温效果，而TMGL-3相对较差，几乎没有降温效果。图2-14显示了四种刀具不同切削步下的最高切削温度平均值，可见TMGL-1、TMGL-2和TMGL-3的最高切削温度要比无织构刀具CT的低，进一步证实了微织构刀具可降低切削温度。随着微织构逐渐远离切削刃（从0.1mm增大到0.3mm），切削温度逐渐增大，当微织构距切削刃0.3mm时，微织构刀具与无织构刀具温度相差较小。

图2-13　不同微织构位置刀具表面温度分布情况(www.daowen.com)

图2-14　不同微织构位置刀具对切削温度的影响

2.4.1.3　不同微织构位置分布对前刀面应力分布的影响

图2-15为不同微织构位置分布刀具前刀面的应力云图分布情况，可以明显看到微织构刀具TMGL-1和TMGL-2应力分布较分散、覆盖面积较大，CT和TMGL-3刀具的应力主要集中在刀尖切削刃边缘。统计分析得出，在所有切削步中，TMGL-1刀具比CT刀具应力分布更加分散的占64.5%，TMGL-2刀具比CT刀具应力分布更加分散的占58.1%，TMGL-3刀具比CT刀具应力分布更加分散的占45.2%。上述分析说明，随着微织构逐渐远离切削刃，微织构分散刀尖应力的能力逐渐变差，其中距切削刃0.1mm和0.2mm的刀具效果明显，0.3mm的刀具效果不明显。

图2-15　不同微织构位置分布刀具前刀面的应力云图分布

2.4.1.4　不同微织构位置分布对切屑形态的影响

图2-16展示了不同微织构位置分布刀具切削过程中的切屑形态，此种状态下的切屑，处于同一切削步，且切屑形态放大倍数相同。从切屑的卷曲程度分析，TMGL-1刀具的卷曲直径d1最小，其次是TMGL-3、TMGL-2刀具的切屑卷曲直径d3和d2，但是d3和d2数值相差较小，说明TMGL-3、TMGL-2刀具的切屑卷曲程度相似，CT刀具卷曲半径d0最大。由此可知，与切削刃距离为0.1mm的微织构刀具促进切屑弯曲明显，随着微织构逐渐远离切削刃，微织构对切屑的卷曲程度总体呈现逐渐增大的趋势。

图2-16　不同微织构位置分布刀具切削过程中的切屑形态