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铝合金物理性能优异,被广泛应用于航空航天、机械加工制造中。但铝合金在车削加工中,切削温度高导致铝合金塑性高。高温高压下,刀具前刀面易发生粘结磨损,降低刀具的切削效率,增加工件的加工成本。研究发现,在刀具前刀面植入微织构有效降低刀具切削力和切削温度。但是,织构植入前刀面破坏刀具结构,降低刀具的结构强度,增大了刀具磨损量。因此,为降低刀具磨损量需设计一种既能实现降低刀具切削力,又能弱化织构对刀具结构损坏的梯度微织构就十分必要。本文对竹鼠切牙切削特征、沟槽形貌对主切削力的影响以及梯度微织构的仿生设计展开了研究,主要有以下三个方面:(1)应用非接触激光扫描仪EASCAN-Q获取竹鼠切牙点云数据,应用逆向造型软件GEOMAGIC处理点云数据,重构了切牙三维模型。提取分析了切牙特征角度、特征曲线、“月牙洼”深度数据。同时,还发现了竹鼠切牙牙釉质硬度转折现象,对比分析了三种不同食性动物(猪、狗、竹鼠)切牙的自锐性,为仿生设计梯度微织构车刀提供了仿生依据。(2)针对硬质合金YG6A刀具干车削铝合金7075,利用有限元软件Deform-3D建立了三维车削有限元模型,探究了沟槽形貌(沟槽到刃口的距离、沟槽深度、沟槽宽度、沟槽间距)对刀具主切削力的影响规律。在本文试验条件下,确定了织构到刃口距离10μm、沟槽深度7μm、沟槽宽度12μm、沟槽间距30μm时,主切削力降幅最大。同时,应用激光表面加工技术完成沟槽形貌的刻蚀,通过正交试验法验证了仿真结论的正确性,为仿生设计梯度微织构车刀提供了理论基础。(3)应用竹鼠切牙的“月牙洼”深度数据,结合仿真与试验方法对梯度微织构车刀进行了设计。基于有限元软件ABAQUS建立了刀具切削力模型,通过校核刀具结构应力值,确定了梯度微织构车刀具有更好的结构强度,确定梯度微织构车刀达到了既能降低刀具主切削力,又能提高车刀结构强度的目的。