镍基高温合金作为一种难加工材料,同时作为航空航天材料的重要组成部分,其切削加工过程存在切削力大、切削温度高、刀具磨损严重等问题,这些问题在半密闭空间内的钻削场景下更为突出。多位学者曾致力于刀具结构改进研究以实现钻削优化,然而刀具结构的变化会导致刀具承受负载的变化,对镍基高温合金钻削过程进行深入剖析有助于镍基高温合金钻削优化,对于推动航空航天行业的发展具有重大战略意义。本文以Inconel 718镍基高温合金材料的钻削过程作为研究对象,具体的研究内容如下:(1)对钻削刀具进行结构分析和分段划分,分别建立整体坐标系和局部坐标系,并对各段刀具单元进行相应受力分析,整体坐标系下的受力可通过局部坐标系下的受力进行坐标转换求得,整体的主切削力和轴向力可由各刀具单元的受力之和求得,并通过几何分析求出各刀具单元的基本参数,建立简化三维仿真模型,为有限元仿真奠定基础。(2)根据所求的基本参数进行有限元仿真设置,开展有限元分析,并通过双刃和单刃钻削实验测定轴向力和主切削力数据,将仿真结果和试验结果进行对比,验证仿真模型的有效性,主切削力和轴向力的仿真误差在可接受范围内,本文的简化三维仿真模型对小进给量的Inconel 718钻削负载的模拟和预测具有一定可靠性。(3)通过对切削速度和单齿进给量的控制变量分析,讨论不同钻削参数下的钻削负载、工件等效应力、工件温度和刀具磨损情况,分析不同钻削参数对镍合金钻削过程的影响。随着单齿进给量和切削速度的增大,工件高等效应力分布区域逐渐扩大;钻削温度与单齿进给量和切削速度呈正相关关系;刀具的最大磨损深度和接触区域最高温度均与单齿进给量和切削速度呈正相关关系;在中低速切削速度范围内,主切削力和轴向力没有明显变化,热软化作用较轻微,不足以降低材料变形抗力;相比切削速度的变化,Inconel 718材料的钻削工艺对单齿进给量的变化更为敏感,主切削力和轴向力随单齿进给量的增大而提高。(4)对刀具所受Fxy负载沿切削刃的分布情况进行提取分析,钻削刀具所受Fxy负载趋向于将刀具材料斜向外推离刀具本体,对不同主切削刃结构进行有限元分析,探讨不同主切削刃结构对改善Inconel 718钻削过程的的可能性,凸型主切削刃结构刀具钻削时,由于刃倾角的增大减少了材料的塑性变形功,且减缓了工件材料对刀具的冲击,因此工件钻削温度最低,刀具磨损最轻,刀具所受钻削负载最小,Fxy负载矢量对刀具材料的推离作用最弱,该凸型主切削刃结构对刀具本体起到一定保护作用。