为了研究微织构沟槽宽度对刀具切削性能的影响，以无织构刀具CT和横向微织构刀具TMGW-1（与TMGL-2为同一种刀具）为比较对象，设计两种不同沟槽宽度的微织构刀具TMGW-2和TMGW-3，分别对切削力、切削温度、应力分布及切屑形态进行分析。各种刀具微织构形貌参数如表2-4所示。

表2-4　沟槽宽度微织构几何参数

2.4.2.1　不同沟槽宽度对切削力的影响

对比无织构和三种不同沟槽宽度刀具的切削力变化趋势，图2-17中明显看出四种刀具的主切削力Fx最大，径向力Fy次之，轴向力Fz最小。沟槽宽度对主切削力Fx和径向力Fy有明显影响，三种不同沟槽宽度的微织构刀具TMGW-1、TMGW-2和TMGW-3的切削力Fx和Fy均明显比无织构刀具CT小，并随着沟槽宽度的增加，切削力呈逐渐增大的趋势，当沟槽宽度为从0.15mm增大到0.2mm时，切削力明显增大，并且此时其切削力大小与无织构刀具相差不大，出现这种情况的原因可能是随着沟槽宽度的增加，二次切削情况也逐渐加重，从而引起切削力增大。

图2-17　不同沟槽宽度刀具对切削力的影响（v=150m/min, ap=0.2mm）

2.4.2.2　不同沟槽宽度对切削温度的影响

沟槽宽度为0.15mm和0.20mm的刀具TMGW-2和TMGW-3的表面温度分布情况如图2-18所示。通过与沟槽宽度为0.1mm的刀具TMGW-1[图2-13（a）]和无织构刀具CT[图2-13（d）]对比发现，刀具TMGW-2和TMGW-3的高温区域与TMGW-1刀具差别不大，其刀具前刀面只有次高温区，没出现高温区，明显要低于无织构刀具CT[图2-13（d）]。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TMGW-2刀具低于CT刀具的切削步占54.8%，TMGW-3刀具比CT刀具温度低的切削步占51.6%。图2-19显示了四种刀具不同切削步下的最高切削温度平均值。可见刀具TMGW-1、TMGW-2和TMGW-3最高温度平均值比无织构刀具CT明显低得多，但这三种不同沟槽宽度的刀具之间相差不大。由此可说明，不同沟槽宽度的刀具降温效果比起无织构刀具较好，不同沟槽宽度刀具之间的降温效果相差不大。

图2-18　不同沟槽宽度刀具表面温度分布情况(www.daowen.com)

图2-19　不同沟槽宽度刀具对切削温度的影响

2.4.2.3　不同沟槽宽度对前刀面应力分布的影响

图2-20为不同沟槽宽度刀具前刀面的应力云图分布情况，发现TMGW-2和TMGW-3刀具刀尖区域均出现应力集中的现象，甚至比起无织构刀具CT[图2-15（d）]还要严重。经过统计分析，在所有切削步中，TMGW-2和TMGW-3刀具的应力集中比无织构刀具CT严重的切削步分别占了77.4%、80.6%，这说明随着沟槽宽度的增加，刀具的前刀面微织构分散刀尖应力的能力逐渐减小，加重了切削过程中刀尖负荷，一定程度上降低了刀具的寿命。另外，沟槽宽度增加，应力集中于刀尖分布，说明在切削过程中可能出现了二次切削现象，随沟槽宽度的增加，二次切削逐渐严重，并引起刀尖的二次受力，加重了对刀尖的冲击。

图2-20　不同沟槽宽度刀具前刀面的应力分布云图

2.4.2.4　不同沟槽宽度对切屑形态的影响

图2-21显示了不同沟槽宽度刀具切削过程中的切屑形态，此种状态下的切屑，是处于同一切削步，且切屑形态放大倍数相同。从切屑的卷曲程度分析，TMGW-2刀具的卷曲直径d2最小，切屑形状最规则，TMGW-3刀具的切屑卷曲直径明显增大，说明随着沟槽宽度的变化，切屑卷曲直径的变化呈现先减小后增大的趋势，其中当沟槽宽度为0.15mm时，切屑卷曲直径最小，形态最好。

图2-21　不同沟槽宽度刀具切削过程中的切屑形态