随着经济水平的发展和环保需求的提高,机械产品质量和高效切削加工被提出了越来越高的要求。添加微织构和润滑液作为微间隙内减小摩擦的一种有效手段,被应用到刀具的前刀面以实现刀具和切屑之间的减摩减阻,提高刀具的切削性能。而目前在织构化刀具的切削润滑仿真过程中,由于涉及到微流体的流动和切削过程的复杂性,难以建立精确的仿真计算模型。本文通过建立微间隙织构化边界润滑流场和切削模型,结合实验研究与理论分析,进行润滑过程的实验和仿真研究,并优化织构参数,为模拟织构化刀具切削润滑过程提供了理论和模型支持。首先,建立织构化边界润滑流场模型。根据织构化刀具表面和切屑表面形貌,考虑润滑油膜的厚度变化、切屑运动速度和织构的不同尺寸、形状,并添加微流体的边界滑移效应,对织构化边界润滑流场进行建模。其次,探究一种微间隙织构化边界润滑流场的求解方法。提出了雷诺-Stokes迦辽金有限元法(R-SGFEM),考虑微流体的边界滑移效应,通过添加Navier滑移边界条件推导雷诺方程,求出边界滑移速度,然后应用迦辽金有限元法对Stokes方程进行求解,得到流场的速度和压力,并求得摩擦系数。然后,设计并组装摩擦润滑实验平台,进行织构化边界润滑流场仿真方法的验证及实验研究。通过微铣削加工的方式在上摩擦试样表面加工出矩形微织构,超声清洗后进行表面形貌观察,将其作为上摩擦试样;进行摩擦实验测得摩擦系数并与相同仿真模型的计算结果进行比较,结果表明所提出的仿真方法适用于织构化边界润滑计算过程。接下来,探究织构参数和滑移长度对润滑流场的耦合影响。改变模型的几何尺寸、切屑运动速度和边界滑移长度对流场进行仿真,观察边界滑移速度、流场的速度和压力变化,以探究以上自变量对流场和润滑效果的影响。发现织构深度和油膜厚度对流场压力有反向调节作用,并且可以协调控制织构内部边界滑移速度的变化,这对调节切屑和前刀面的边界剪切应力和摩擦力提供了有效参考。最后,研究织构化刀具对切削润滑效果的影响,探索织构参数、滑移长度和切削力等参数的内在联系。建立织构化刀具切削润滑模型,通过R-SGFEM求解润滑过程的摩擦系数,然后将摩擦系数输入AdvantEdge切削仿真软件中对切削过程进行求解,并将仿真结果与切削实验数据进行对比验证;在验证过程中,对摩擦实验平台进行了改进,将摩擦上试样中嵌入微流体压力传感器,测量摩擦过程中油膜压力变化,对仿真结果进行修正;改变刀具前角、织构尺寸、滑移长度和切削速度等参数,对Ti-6A1-4V工件的切削力、切削应力和切屑卷曲直径进行了研究。结果表明使用较大的刀具前角配合织构可以有效减小切削力;较小的刀具前角和织构距切削刃长度更易产生织构对切屑的二次切削。