刀（dāo）具表麵織構對刀-屑界麵摩擦學特（tè）性的影響 -刀具網-數控機床市場網（wǎng）

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刀具表麵織構對刀-屑界麵摩擦學特性的影響（xiǎng）

2020-2-27 來源：河南（nán）科技學院機電學院作者：逄明華（huá），聶永芳，申福猴，馬利傑

摘要：刀具（jù）快速磨損限製了（le）金屬切削的進一步發展，表麵織（zhī）構技術的提出為改善刀-屑界麵摩擦提供了新思（sī）路，也是目前（qián）降低刀具表麵磨（mó）損的有效方法（fǎ）之一。從刀-屑界麵切削液存儲與潤滑、微/納（nà）織構、織構方向、織構類型及形狀、織構位置等五個方麵（miàn），概述了現有刀具表麵織構對刀-屑界（jiè）麵摩擦（cā）學特性的影響，總結了（le）刀具表麵織（zhī）構的共性作用（yòng）機理，並進行了分類歸納。相應分析結果表明，刀具表麵織構改（gǎi）變了刀-屑界麵內空體集（jí）團的數（shù）量及微通道分布，增加了（le）界麵內切削液（yè）的滲入存儲，同時捕捉存儲了界麵內的磨屑顆粒（lì），改善了刀-屑界麵（miàn）潤滑摩擦；且在此過程中，潤濕性因素對界麵（miàn）內切削液的滲入、存（cún）儲及潤滑油膜的形成（chéng）等（děng）均存（cún）在（zài）影響。最後（hòu）對刀具表麵織構技（jì）術的發展進行了總結與展望，為刀具表麵磨損的調控提供了參考。

關鍵詞：刀具；表麵織構；刀-屑界麵；摩擦學特性；潤濕性

金屬切削過程中，刀具與工件之間的惡劣摩擦以及切削熱的（de）協同作用會引發刀具的快速磨（mó）損，尤其在高（gāo）速切削難加工材料時，切削環境更為惡劣，刀具耐用度更低。此外，刀-屑界麵摩擦也是刀具切削能量損耗的主要因素之一，因此，減小刀-屑界麵摩擦是實現高效、綠色切削的關鍵。切削液的使（shǐ）用改善了刀-屑界麵摩擦，降低了刀（dāo）具的切削（xuē）溫度（dù）及能耗，究其原因為（wéi）切削液滲入（rù）刀-屑界麵，帶走了大量的（de）切削（xuē）熱，同時又改善了界麵潤滑。

目前常用的切削液供給方式為澆注式，盡管該方式的切削液用量很（hěn）大（10~20 L/min），然而切削液僅能冷卻潤滑刀-屑界麵滑移區，在高速切削（xuē）難加工材料時，切削液對刀-屑界麵的冷卻潤滑基本（běn）不存在。為此，增加刀-屑（xiè）界麵切削液的滲入，改善界麵冷卻及（jí）潤滑，降低刀具磨損，對於提高刀具壽命和降低切削能耗均具有重要的（de）意義。

表麵及界麵直接影響機械設備的能量交換、運動和信號傳遞，早在 1942 年 SCHLESINGER 就指出“表麵的質量對於其正確的（de）功能極其重要”[18-19]。這表明設計者們已意識到表麵（miàn）形態的重要性，並試圖通過改變表（biǎo）麵的紋理或織構來改（gǎi）善表（biǎo）麵機械、物理及化學性（xìng）能。為此，表麵織構技術被提出並應用於工（gōng）程表麵（miàn）。表麵織構是指利用電沉積、電火花、激光及光刻等（děng）加工方法在平整材料表麵加工出具有一定排（pái）列規律和形狀參數的（de）微細結構，從而得到具有某種特定性能的非光滑表麵[18]。現有研究表明表（biǎo）麵織（zhī）構（gòu）能夠存儲潤滑液及容納磨屑，從而改善界麵潤滑、摩擦，提高其承載能（néng）力]，已逐漸成為（wéi）國內外學者研究的熱點。近年來表麵織構被應用於刀具表麵，以此改善（shàn）刀-屑界麵的潤滑及摩擦，減（jiǎn）緩刀具磨損。目前（qián）學者（zhě）們采用激（jī）光等加工方（fāng）法在刀具表麵製備了微/納米級織構，研究了織構類型、形狀及參數等對刀-屑界麵潤滑摩擦、刀具切削力及工（gōng）件表麵加工質量等的影響。

結果表明，刀具表麵織構能夠改變刀-屑界麵切（qiē）削液的滲（shèn）入及（jí）存（cún）儲，改（gǎi）善界麵潤滑（huá）及摩（mó）擦，降低刀具的切削力，提高工件表（biǎo）麵加工質量。盡管刀具表麵織構的相（xiàng）關機理研究已取得較大進展（zhǎn），然而刀-屑（xiè）界麵作（zuò）用劇烈，織構效果無法直接（jiē）觀察及測量，致使其內部機理還未完全（quán）清晰。鑒於國內刀具表麵織（zhī）構的作用機理綜述較少，為此，本文從表麵織構對刀-屑界麵潤滑摩擦的（de）影響出發，綜述了現有的研究成果，提取了刀具（jù）表麵（miàn）織（zhī）構的內部共性（xìng）機（jī）理，同時對刀具表麵織構技術的發展進行了總結與展望，為改善刀具的切削性能（néng），降低切削（xuē）能耗奠定理論基礎（chǔ）。

1、表（biǎo）麵織構常用加工方（fāng）法

表麵織構是指借助於加工設備和（hé）技術手段（duàn），在固體（tǐ）表麵生成具有（yǒu）相應規律和尺寸的微（wēi）小結構（如圖 1所示），以（yǐ）此提高表（biǎo）麵或（huò）界麵性能。隨著表麵織構技術的不斷發展及應用領域的推廣，加工方法逐漸豐富（fù），常用加工方（fāng）法如表 1 所示。

圖 1 固體表麵織構形貌

表 1 表麵織構常用加工方法

2、表麵織構（gòu）對刀-屑界麵摩擦學特性（xìng）影響（xiǎng）

表麵織構能夠改（gǎi）善（shàn）刀具的切削性（xìng）能，澄清表麵織構的作用機理是設（shè）計織構刀具的前提，綜述現有的研究成果是係統化機理的基礎。目前機械（xiè）表麵織構（gòu）的四大（dà）機理已（yǐ）基本得到歸納、總結和驗證，而刀具表麵（miàn）織構技術出現時間較晚、研究（jiū）不（bú）多，從刀-屑界麵切削（xuē）液滲入及（jí）潤滑摩擦影響方麵進行機理綜述目前鮮有報道。為此，本文從刀-屑界麵（miàn）切削液存儲與潤（rùn）滑（huá）、微/納織構、織構方向、織構類型及形狀、織（zhī）構位（wèi）置等五個方麵，綜述了現有刀（dāo）具表麵織構對刀-屑（xiè）界麵摩擦學特性影響的研究結果，並以此為基（jī）礎（chǔ）歸納、提取刀具表（biǎo）麵織構的共性作用機理。

2.1 刀（dāo）-屑界麵切削液存儲與潤滑

表麵織構引入刀具表麵，改（gǎi）變了刀（dāo）-屑界麵（miàn）的接觸特性，影響了切削液在界麵內的滲（shèn）入，從而改善了刀-屑界麵潤滑及摩擦。KAWASEGI 等利用飛秒激光技（jì）術在 WC/Co 硬質合金刀具表（biǎo）麵加工了微米（深1.3 μm、寬 2.2 μm）和納米（深 150 nm、寬 800 nm）溝槽（見圖 2），並進（jìn）行了（le）鋁合金（A5052）車（chē）削實驗。結（jié）果表明，微量切削液潤（rùn）滑條件下，刀具表麵織構增加了刀-屑界麵內切削液的滲入及存儲，減小（xiǎo）了刀-屑界麵摩擦與粘結，進而降低了刀具的切削力。ENOMOTO 等利用鈦寶石飛秒激光加工技術在硬質（zhì）合金（K10）刀具表麵加工了微/納米溝槽（cáo）陣列織構（深度 100~150 nm、間隔 700 nm），端麵（miàn）銑削鋁合金（jīn）實驗表明（míng），濕切削條件下，微/納溝槽（cáo）織構刀具的抗粘附特（tè）性得到明顯（xiǎn）改善，其原因為刀具表麵織構的“儲油（yóu）”特性。

隨後，ENOMOTO 等[37-42]又進行了微/納米織構刀具切削碳素鋼實驗，結果發現（xiàn）納米級織構刀具的減磨效果不如微米級織構刀具。其原因為（wéi），當織構刀具切削軟金屬時，微米級織（zhī）構尺寸較大（dà），切屑很容易陷入刀具表麵，因此刀-屑界麵抗粘結特性（xìng）改善較（jiào）小；而納米（mǐ）級織構尺寸較小，切屑（xiè）很難陷入刀具表麵，因此刀具抗粘（zhān）結（jié）特性提高明（míng）顯。當織（zhī）構刀具切削硬金（jīn）屬材料時，刀具切削力較大，而刀-屑界麵粘結較輕，故潤滑對金屬切削過程的（de）影響更明顯。納米級織構尺寸較小，切削液的滲（shèn）入及存儲能（néng）力較差，故潤滑能力（lì）有限；而微米級（jí）織構尺寸較大，切削液的滲入及存（cún）儲能力較強，因此，微米（mǐ）織構的減磨效

果優於納米織構。

圖（tú） 2 刀具表麵微/納溝槽織構

LEI 等在（zài）鈦（tài）合金刀具（WC）前刀麵加工了錐形（xíng）凹坑織構（見圖 3），45#鋼切削實驗表明，濕切削條件下，刀具表（biǎo）麵錐形凹坑織構降低了刀具（jù）的切削力及刀-屑界麵接觸長度，同時也改變了切屑的形態。其原因為刀具表麵織構增加了刀-屑界麵切削液的滲入存儲（chǔ），改善（shàn）了界麵潤滑摩擦，從而降低了（le）刀-屑接觸長度及刀具切削力。

ZHANG 等對不同潤滑狀態下刀具表麵織構的效果（guǒ）進行了對（duì）比研究。結果表明，在（zài）潤滑油充足的情（qíng）況下織構（gòu）的減磨效果最好，在（zài）乏油潤滑狀態下織構的減磨效果變（biàn）差。主要（yào）原因為潤滑液充足時，刀具表麵織構能夠存儲更多的切削液，進而更好地冷卻潤滑刀-屑界麵，降低（dī）刀具的切削力。國內的戚寶運等利用激光（guāng）打標機在鎢鈷類（lèi）硬質合金刀具（YG8）表麵加（jiā）工了凹槽織構（寬 27 μm、深 12 μm、間距 100 μm），鈦合金切（qiē）削實驗（yàn）表明（míng），濕切削條件下，刀（dāo）具表麵織構改（gǎi）善了刀（dāo）-屑界（jiè）麵（miàn）摩擦及粘結，降低了刀具（jù）的切削（xuē）力及溫度。

其原因為表麵織構增加了切削（xuē）液的滲入，改善了界麵潤滑與摩擦。楊超等在硬質合金（jīn）刀具（WC/Co）表麵加工了（le）圓形離散凹坑織構（直徑 80~ 200 μm、深 7 μm、織構麵積比10%~30%），並進行了 45#鋼切削實驗。分析發現，刀具表麵織構（gòu）增強了切削液的鋪展及存儲，改善了刀-屑界麵潤滑及摩擦，進（jìn）而降低了刀具的切削力。由上述研究結果可得刀具表麵（miàn）織構有（yǒu）兩個作用：首先，刀具表麵形貌是刀-屑（xiè）界麵微通道的來源，而刀具表麵織構的（de）存在影響了界麵內微通道的存在、分布及幾何尺寸等，改（gǎi）變了界麵內切削液的滲（shèn）入（rù）；再者，切屑沿刀具前刀麵快速滑移，帶走了界麵內已滲入的切削液，而刀具表麵微凹坑單元能存儲切削（xuē）液（yè），並提（tí）供二次潤滑。

圖 3 刀具表麵錐形凹坑織構（gòu）

2.2 微/納（nà）米尺度織構

織構尺寸對表麵織構的效果有（yǒu）顯著影響，合理（lǐ）調（diào）控織構的（de）尺度能明（míng）顯提高（gāo）刀（dāo）具的切削性能。KAWASEGI等（děng）對微米/納米級織構硬質合（hé）金刀具的抗粘結特性進行了對比研究，鋁合金（A5052）切削實驗結果（guǒ）表明，微米級織構刀具的抗粘結特（tè）性較差，而納米級織構刀具（jù）的（de）抗粘結特性較好。究其原因為，微米級（jí）織構的尺寸較大，鋁合金（jīn）切（qiē）屑硬（yìng）度（dù）較小，切削過程（chéng）中切（qiē）屑很容易陷入到織構內部，致使刀具表麵織構快速被掩埋，刀具切削效果迅速變差。而納米級織構尺寸較（jiào）小，切屑不容易陷入到織構內部，刀具（jù）表麵織（zhī）構不易被掩埋，刀具切削效果較好，其切削後（hòu）的形貌如圖 4 所示。在此基礎上，ENOMOTO 等[23,37-42]利用微米（mǐ）/納米級織構硬質合（hé）金刀具分別切削了鋁合（hé）金（jīn）（A5052）及（jí）碳（tàn）鋼。結果表（biǎo）明，切削鋁合金時納米（mǐ）級織構刀（dāo）具的（de）效（xiào）果較好，而切削碳鋼時微米級織構刀具的（de）效果（guǒ）較好。究（jiū）其原因（yīn）為，切削鋁合金（A5052）時，切屑是否陷入刀（dāo）具表麵是影響刀具效（xiào）果的主要（yào）因素；而切削碳鋼時，刀具表麵切削液的存儲（chǔ）能力至（zhì）關重要。這表明刀具表麵織（zhī）構尺寸對刀具切削效果影響（xiǎng）明顯，當切削（xuē）硬度較高的金屬材料時，刀具表麵織構的尺度不易太（tài）小；而切削軟金屬時，刀具表麵織（zhī）構的尺度不易太（tài）大。

圖 4 金屬切（qiē）削後刀具表麵 SEM 形貌

2.3 刀具表麵織（zhī）構方向（xiàng）

表麵織構能夠增加切削（xuē）液在界麵內的滲（shèn）入（rù）存儲，那麽溝槽織構的方向就不能忽略。溝槽織構（gòu）的方向不僅決定界麵內（nèi）切削液的滲入（rù）情況，也決定切屑與界麵內切削液之間的相（xiàng）互作用。KAWASEGI 等（děng）的研究結果表明，溝槽織構（gòu）方向對刀具的切削性能有著重要的影響。其中，垂直切屑流出方向的溝槽織構（gòu）刀具效果最佳，其原因為該方（fāng）向的（de）溝（gōu）槽能有效保持滲入的切削液，並形成良好的潤滑（見（jiàn）圖 5 所示）。ENOMOTO等[23,40]的研究結果表明，平（píng）行主切（qiē）削刃方向的微/納米溝（gōu）槽織構刀具的抗粘（zhān）結性能最好。OBIKAWA 等利（lì）用光刻方法在（zài）硬（yìng）質合金（jīn）刀具（K10）表麵製備了垂直/平（píng）行凹槽陣列、方凸/凹陣列，並塗覆了 DLC 塗層。幹/濕（shī）狀態（tài）下的鋁合金（A5052）切削實驗表明，刀具表（biǎo）麵平行（háng）切削刃方向的溝槽織構（gòu）潤滑減磨效（xiào）果（guǒ）最優。由此表明刀具表麵（miàn）溝槽織構方向對刀具的切削效果影響明（míng）顯，其中平行切削刃方向的織構刀具效果最佳。

圖 5 刀具表麵溝槽織（zhī）構方向與切削力關（guān）係

2.4 刀具表麵織（zhī）構類型及形狀

織構類（lèi）型及形狀是表（biǎo）麵織構（gòu）的一個常用表征參數，目前刀具表（biǎo）麵織構（gòu）類型及形狀的研究較少，僅限於溝槽、離散凹坑等織構類型。KOSHY 等利用電火花加工技術在（zài）刀具（jù）的前刀麵加工了離散和連續兩種織構（gòu）類型（見圖 6 所示），並對其效果進（jìn）行了（le）研究。結果分析發現，兩種類型織構均促（cù）進了切削液在刀-屑界麵內的滲入，改善了刀-屑界麵摩擦，降低了刀具的切削力（lì），但其作用效果存在差異，麵織構的效果優於離（lí）散織構。而 OBIKAWA 等[48]的研（yán）究結果表明，平（píng）行切削刃方（fāng）向的溝槽織構及正（zhèng）方形凸織構的潤滑減磨（mó）效果最優。從上述結果可以看出，織構（gòu）形狀確實對刀（dāo）具表麵織構的效果存在影響。根據 KOSHY 的研究結（jié）果可判定，麵（miàn）織構的效果（guǒ）好於離散織構，而（ér）離散織構中溝槽與方/圓陣（zhèn）列織構的效果各有其（qí）特點（diǎn）。溝槽織構在其切削液供（gòng）給（gěi）方麵更具有優勢，而離散方（fāng）/圓陣列織構在界麵流體（tǐ）動壓（yā）承載方麵更（gèng）具優勢]。

這（zhè）表明（míng）研究（jiū）刀具表麵織（zhī）構的作用機理（lǐ）時，織構形狀因素應該給予考慮，合理選擇織（zhī）構（gòu）類型及形狀能更好地發揮刀具表麵織構的效果。

圖 6 刀具表麵織構

2.5 刀具表麵織構位置

織構加工在刀具（jù）表麵上時，織構在刀具表麵的位置（zhì）就成為織構（gòu）加工中必不可少的（de）一個參（cān）數，其中織構（gòu）區域（yù）相對刀具主切削刃的（de）距離是最重要的（de）參數之一，直接影（yǐng）響（xiǎng）織構刀（dāo）具的效果（甚至使刀具表麵織構呈現反效果。刀具切削（xuē）過程中，刀-屑界麵接觸長度一般很小（約 1 mm 左右，具（jù）體與工件材（cái）料、切削參數等因素相關），且又分（fèn）為兩區—粘結區（1/2~2/3）與滑移區（1/3~1/2）。在粘結區（qū）內，刀-屑（xiè）界麵具有較高（gāo）的應力（1 GPa）、溫度（700~1200 ℃）及化學活性，且界麵材料相互粘結。在滑移區內（nèi），刀-屑界麵應力、溫度及化學活性（xìng）大大降低，界麵材（cái）料相對滑動，僅在峰點接觸處才存在粘結現象[4-5]。刀（dāo）-屑界（jiè）麵粘結區內切削液不能進入，刀具表麵織構也不能改變該區切削液的（de）滲（shèn）入，相反還容易造成刀具表麵織構的切屑嵌（qiàn）入（rù），增大了界麵的相互作用（yòng）（見圖 7）。

圖 7 刀-屑界（jiè）麵接觸特性及織構區域位置

為此，KOSHY 等研究（jiū）了（le）織構的位置對刀（dāo）具切削效果的影響，研究（jiū）發現（xiàn）當織（zhī）構位（wèi）置距離刀具切削刃 2~3倍進給量時，刀具表麵織構的效（xiào）果最優。究其原因為織構的位置直接影（yǐng）響刀-屑界麵內切削液的滲入及潤滑油（yóu）膜的形成，織構區域（yù）距離刀具的主切削刃太近，這（zhè）不但不能形成潤滑油膜，反而增（zēng）加了界麵粘結。OBIKAWA 等[48]的研究結果（guǒ）表明，刀具表麵織構位置對織構效果有明顯的影響，當織構區域距刀具（jù）主切削刃 100 μm 時，織構刀具的切（qiē）削效果（guǒ）最好。目前（qián）關於刀（dāo）具表麵織構位置（zhì）的研（yán）究結論見（jiàn）表 2

表 2 刀具表麵織構區域相對主切（qiē）削刃的最優位置

3 、刀具表麵（miàn）織構共（gòng）性作用機理

刀具切削過程是一個多因（yīn）素耦合（hé）的複雜係統，在此（cǐ）係統中，刀具表麵（miàn）形貌與刀-屑界麵切削液的滲入、潤滑效應、界麵接觸力學行為及刀-屑界麵摩擦相互關聯。切削液的滲入途徑為界麵微通道，而微通道的來（lái）源為刀（dāo）具表麵形貌（mào）的刮擦和犁耕作用。織構改（gǎi）變了刀（dāo）具表麵的形貌，影響（xiǎng）了刀-屑界麵切削液的滲入存儲、潤（rùn）滑效應，進而影響刀-屑界麵摩擦。

3.1 刀-屑界（jiè）麵切削液滲入存儲

刀具切削過程中，冷卻潤滑對刀具（jù）切削（xuē）力及刀具表麵磨損（sǔn）具有重要（yào）的影響，尤其在高速切削難加工材（cái）料時（shí），潤滑比（bǐ）冷卻更為重要[9,10,32]。刀具表麵織構（gòu）能影響刀（dāo）-屑界麵切削液的滲入存儲，改善（shàn）界麵潤滑及摩擦。由圖 8 可以看出，刀具表麵織構影響了刀-屑界麵內（nèi）空體集團的數量及（jí）分（fèn）布，更多的切（qiē）削液能進入界麵內，從而改善了界麵潤滑及摩擦。而刀具表麵織（zhī）構的（de）形狀及參數又與刀-屑界麵內空（kōng）體集團的數量及分布改變程度相關，所以合理設計刀具（jù）表麵織構的（de）形狀及（jí）參數能提（tí）高刀具的切削性能（néng）。再者，由刀-屑界麵原位觀測得（dé）出，切削液不能進入界麵粘結（jié）區[53-54]，此區域內的織構雖然改（gǎi）變了刀具表麵（miàn）的拓撲結構，但不能增加切削液的滲入，並（bìng）且還加重界麵粘結，增加了刀具的切削力及刀-屑界（jiè）麵摩擦。對於刀具表麵溝（gōu）槽織構，該織構類型為切削液滲入提供了微通（tōng）道（dào）途徑，也增加了界麵內切削液（yè）的存儲。而切屑與刀具前刀麵存在（zài）相對運動，垂直切屑流出（chū）方向（xiàng）的溝槽織構其內（nèi）部的切削液能形成流體動（dòng）壓效果，改善界麵內（nèi）的潤滑[23,36,40]。為此，與切屑流（liú）出方向垂直的刀具表麵溝槽（cáo）織構效果最好，而與切屑流出方向平行的刀具表麵溝槽織構效果較差。綜上分（fèn）析，在刀-屑（xiè）界麵（miàn）滑移區合理設（shè）計織構類型（xíng）、參數及（jí）位置，能有效增（zēng）加界麵內切削液（yè）的滲入及存儲，進而在切屑滑移時形（xíng）成流體動壓，改（gǎi）善刀（dāo）具的切削性能。

圖（tú） 8 刀-屑界麵切削液（yè）滲入機理及與空（kōng）體集團數量的關聯

3.2 刀-屑（xiè）界麵織構磨屑存儲

切屑沿（yán）刀具（jù）前刀麵滑移時（shí），刀具表麵微結構對切屑有（yǒu）劃擦和犁耕作用，此時界麵內必然產生大量的磨屑（xiè），致（zhì）使界麵潤滑（huá）及摩擦惡化。刀（dāo）具表（biǎo）麵織（zhī）構能夠（gòu）儲存和（hé）容納磨屑[22-23]，減少了界麵內磨屑的數量；此外，表麵織構還能夠減少摩擦副間（jiān）的實際接觸麵積，降低界（jiè）麵間的粘著摩擦（cā）、磨損（sǔn），如圖 9 所示。

3.3 織構表（biǎo）麵潤濕性對刀-屑界麵潤滑的影響

切削液（yè）與刀（dāo）-屑界麵的（de）物理/化學吸附是界麵潤（rùn）滑、減磨的基礎，潤濕性直（zhí）接影響（xiǎng）微通道內切削液的滲入、存儲及界麵油膜的（de）形成。楊超等[34]的研究結果表明，刀具表麵織構能夠影響切削液的鋪展，織構表麵切削液的鋪展（zhǎn）速度越快，刀-屑界麵的潤滑（huá）效果越好，刀（dāo）具（jù）切削力越低，表明織構（gòu）刀具表麵的潤濕性與刀具切削性能存在關聯。宋曉路等[55-56]的研究結果表明（míng）織構刀具表麵的潤濕性對刀具切削性能存在影響，微量切削液潤滑條件（jiàn）下，無織構刀具的表麵（miàn）磨損嚴重，並出現了（le）冷焊現象。親（qīn）油微/納織構表（biǎo）麵的引入減緩了刀具表麵磨損，而疏油微/納織構表麵（miàn）的引入則進一步降低了刀具表麵磨損。究其原因為親油微/納織構能增（zēng）加刀-屑界麵（miàn）內切削液的滲入及存儲，改善界（jiè）麵潤滑及摩擦；而疏油（yóu）微/納織構能進一步加（jiā）快切削液在刀-屑界麵內的聚集速度（dù），使刀-屑界麵的潤滑狀態由（yóu）邊界潤滑轉化為流體潤滑，如圖 10。由此（cǐ）可知，表麵形貌、潤濕性、界麵微通（tōng）道及切削（xuē）液鋪展等因素相互耦合並存於刀-屑界麵，為此，澄清（qīng）刀具表麵織構的作用機理必須從宏觀係統的角度來澄清它們之間的耦合作用。

圖（tú） 9 刀-屑界麵織構磨屑存儲機理

圖 10 刀具表（biǎo）麵織構潤濕性與界麵（miàn）潤滑形態關聯（lián）機理

4 、結論與展望

表麵織構技術的提出為改善刀-屑界麵摩擦提（tí）供了新思路，成為目前降低刀具磨損的有效方法（fǎ）之一。實際刀-屑界麵（miàn）不能直接觀察及測量，致使刀具表麵織構（gòu）的（de）具體作用機理不（bú）夠清晰（xī），這限製了該技術（shù）的發展。基（jī）於刀（dāo）-屑界麵潤滑摩擦的表麵織構影響（xiǎng）研究結果及共性機理分析，在此指出（chū）刀具表麵織構技（jì）術的未來發展方向，為刀具表（biǎo）麵（miàn）織構技術的發（fā）展提供參考。

1）潤濕性直接影響界麵內流體（tǐ）的滲入、潤滑及界麵摩擦學特性，而在目前摩擦學的研（yán）究中往往忽略了該因素的影響。將潤濕性（xìng）與刀具表麵形貌、界麵內液體滲（shèn）入及潤滑摩擦相結合去闡明表麵織構的作（zuò）用機理更具有實際意義。

2）刀具切（qiē）削過程是一個多因素耦合的複雜係（xì）統（tǒng），刀具表麵（miàn）形貌影響刀-屑界麵切削液（yè）的滲入、潤滑效應及界麵（miàn）接觸力學行為，進而影響（xiǎng）刀-屑界麵摩擦（cā）。為（wéi）此，刀具表（biǎo）麵（miàn）織構的研究必須放入到刀具切削係統中，建（jiàn）立數學及計算機動態模擬模型，從係（xì）統（tǒng）的（de）角度去分析刀具表麵織構的（de）機理（lǐ），優化（huà）表（biǎo）麵織（zhī）構參數。

3）應采用定量探索與定性分析相結合的方法去研（yán）究典（diǎn）型耐磨表麵織構的耐磨機（jī）製及影響規律，建立刀具表（biǎo）麵（miàn）織構的（de）仿生評價（jià）依據和（hé）量化計算模型，從而定量評價刀具表麵織構的（de）效果。

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