切削加工过程中,刀-屑间存在严重的粘着和磨损,导致刀具使用寿命短、加工质量低等一系列制造难题。例如在航天航空、造船和化工等行业领域广泛应用的钛合金材料,由于导热系数和变形系数小,刀具切削加工时易出现材料粘附。一方面是工件材料特性使然,不易达到精度和表面质量要求;另一方面则是切屑粘刀,形成了不稳定积屑瘤,影响加工精度,最终影响加工的效率、质量和稳定性。近年来,表面微织构理论研究和工程应用均表明,织构具有显著改善润滑和减少摩擦的作用。因此,本研究集成表面微织构技术与涂层沉积技术,提出复合织构化预处理的Cr Al N涂层刀具的新思路。在刀具表面加工出不同的微织构,利用微织构的抗粘减摩功能,缓解涂层刀具与切屑间的剧烈摩擦磨损问题。同时,Cr Al N涂层的耐磨损性能,起到保护织构化表面,延长刀具使用寿命的作用,协同发挥两种技术的性能特点。利用激光织构化技术和物理气相沉积（PVD）技术加工出凹坑织构Cr Al N涂层刀具（MP-T）、凹坑+沟槽复合织构Cr Al N涂层刀具（MPG-T）以及面积占有率分别为10%、20%、30%的毛化织构Cr Al N涂层刀具（VCT1、VCT2、VCT3）,系统研究了复合织构化涂层刀具的性能,并与无织构涂层刀具（NCT）进行对比。本文的主要研究内容和结论如下。（1）微织构涂层刀具切削过程仿真研究。利用Solid Works建立了无织构刀具、凹坑织构刀具和复合织构刀具的三维模型,导入到DEFORM-3D中,然后添加涂层、划分网格、设置工况后,进行了切削过程的模拟仿真。结果表明:与NCT刀具相比,织构的引进改善了涂层刀具的切削性能,延长了刀具使用寿命。凹体织构和毛化织构的引入,降低了切削温度,减少了刀具表面的磨损,且VCT2刀具展现了更好的耐磨性。（2）织构工艺试验研究。结合微织构成形机理,利用激光织构化技术在硬质合金基体表面制备出不同形貌的微织构,分析了凹体织构和凹凸复合织构激光加工参数,对它们的影响及作用规律,并获得了最佳的微织构加工工艺参数。凹体（凹坑/沟槽）织构:激光加工功率为5.9W,扫描速度为1200mm/s,脉冲频率为500k Hz,扫描次数为30/200次;毛化织构:激光功率60W,脉冲宽度800μs,调整离焦量为0mm,扫描1次。（3）涂层制备工艺与表面性能研究。首先,在硬质合金基体表面加工出激光微织构,然后利用真空阴极电弧离子镀技术沉积Cr Al N涂层,获得织构化Cr Al N涂层试样。通过对比不同试样表面的微观形貌、表面硬度及弹性模量和润湿性,分析复合织构对涂层性能的影响。检测结果表明:与无织构涂层表面相比,凹体织构和毛化织构分别提高了涂层的均匀性和致密性;MPG-T试样提升了Cr Al N涂层的表面硬度,且毛化织构涂层表面的硬度,随着面积占有率的增加先增加后逐渐减小;复合织构提高了涂层表面的亲水性,从而提高刀具的润湿性。（4）刀具切削性能试验研究。在CS6140普通车床上进行了不同织构化处理的Cr Al N涂层刀具的钛合金切削试验,研究了切削力、摩擦系数、切屑形貌、刀具磨损及工件表面质量,并与NCT刀具进行对比。结果表明:在切削速度为60m/min时,MPG-T和VCT2刀具的主切削力分别降低了12.7%、11.6%。切削力随着切削速度的增加而逐渐减小,且刀-屑间平均摩擦系数也有相同的趋势;沟槽与凹坑织构能够促进和储存切削液,形成了润滑油膜。因此改善了刀-屑接触界面间的摩擦状态,减少了刀具表面的磨损。毛化织构促进了切屑的卷曲,带走了大量的切削热,也减少了切屑对刀具表面的磨损,改善了刀具切削寿命和质量。综上所述,凹体复合织构和凹凸复合织构化处理提高了涂层刀具的表面性能以及切削性能,提升了涂层刀具的切削质量,并提出了两种复合织构的物理机制,为接下来刀具表面微织构的设计和制备打下坚实的基础。