为了研究微织构沟槽间距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TMGS-1（与TMGL-2，TMGW-1为同一种刀具）为比较对象，设计2种不同微织构宽度的微织构刀具TMGS-2和TMGS-3，分别对切削力、切削温度、应力分布及切屑形态进行分析，各种刀具微织构几何参数如表2-5所示。

表2-5　沟槽间距微织构几何参数

2.4.3.1　不同沟槽间距对切削力的影响

对比无织构和三种不同沟槽间距刀具的切削力变化趋势，图2-22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。沟槽间距对切削力有显著影响，尤其是对于主切削力Fx和径向力Fy，虽说这三种不同沟槽间距的微织构刀具TMGS-1、TMGS-2和TMGS-3的切削力均比无织构刀具CT小，但是从TMGS-1、TMGS-2和TMGS-3变化趋势分析，其切削力呈现出逐渐增加的趋势，TMGS-3刀具已经增加到与无织构刀具CT相似的程度。说明随着微织构的沟槽间距逐渐增大，切削过程中与切屑接触的微沟槽数量逐渐减少，导致微织构刀具切削力增大。

图2-22　沟槽间距对切削力的影响

2.4.3.2　不同沟槽间距对切削温度的影响

沟槽间距为0.15mm和0.20mm的刀具TMGS-2和TMGS-3的表面温度分布情况如图2-23所示。通过与沟槽间距为0.1mm刀具TMGS-1[图2-13（a）]和无织构刀具CT[图2-13（d）]对比发现，刀具TMGS-2和TMGS-3出现了高温区域，并且TMGS-3刀具的高温区域要比TMGS-2刀具的大。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，统计得出刀具TMGS-2和TMGS-3分别有64.3%和71.8%的切削步出现了高温区域。图2-24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TMGS-1、TMGS-2和TMGS-3最高温度平均值呈现逐渐增大的趋势。以上分析说明，刀具降温效果随着沟槽间距的逐渐增加而减小，趋向于无织构刀具。另外，切削过程中可能出现的二次切削现象，通过切屑与微沟槽发生作用，也将增加切削温度。

图2-23　不同沟槽间距刀具表面温度分布情况(www.daowen.com)

图2-24　不同沟槽间距刀具对切削温度的影响

2.4.3.3　不同沟槽间距对应力分布的影响

图2-25为不同沟槽间距刀具前刀面的应力云图分布情况，发现TMGS-2和TMGS-3刀具刀尖区域出现了应力集中现象，其中TMGS-3刀具相对严重，与无织构刀具CT[图2-15（d）]相似。经过统计分析，在所有切削步中，TMGS-2和TMGS-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67.7%、74.1%。这说明随着沟槽间距的增加，刀—屑接触面积内的承担分散刀尖应力的微沟槽减少，刀具的前刀面应力逐渐集中于刀尖。

图2-25　不同沟槽间距刀具前刀面的应力分布云图

2.4.3.4　不同沟槽宽度对切屑形态的影响

图2-26显示了不同沟槽间距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，与TMGS-1和CT刀具相比，TMGS-2和TMGS-3刀具的卷曲直径较小，切屑形状较规则，尤其是TMGS-2刀具最优。说明随着沟槽间距的增加，切屑卷曲直径的变化呈现先减小后增大的趋势，其中当沟槽间距为0.15mm时，切屑卷曲直径最小，形态最好。

图2-26　不同沟槽间距刀具切削过程中的切屑形态