在金属切削加工中,对切削过程的研究有着重要的意义。切削力、切削温度和刀具的磨损是反映切削过程的主要指标,特别是切削力,其使用范围更广。在切削过程中,直接决定着切削热的产生,并影响刀具磨损、破损和使用寿命,工件加工精度以及已加工表面的质量等。传统的切削研究,主要是从切削理论和切削试验两个方面来进行。长期以来,许多学者对切削力预报作了大量的理论研究工作,期望从理论上获得切削力的计算公式,但由于影响切削力的实际因素众多,切削的过程十分复杂,给建立切削力的理论模型带来很大的困难;利用正交试验获得切削力的试验数据,通过回归分析得出经验公式是生产中比较常用的方法,但当加工条件有较大变化时,利用经验公式计算得到的结果会与实际相差很大,通用性不强。 切削过程的建模和仿真在改进切削刀具的设计和优化切削参数方面有很大的发展潜力。有限元法逐渐成为切削过程的研究和仿真的一种有效手段。本文的主要目的就是建立一个切削过程仿真的有限元模型,预报切削力、刀具应力和切削温度。在预先收集工件流动应力数据和在高应变率和高温下的摩擦系数的基础上,利用有限元软件DEFORM仿真切削过程。为了验证仿真准确性,进行了硬度200HB的45#钢的无涂层硬质合金刀具切削试验。结果表明:切削力的预测值和试验值具有合理的一致性和共同的发展趋势,但是受计算条件的影响,在切屑分离时切削力曲线会产生一定的跳动;刀屑之间的摩擦对切削温度有着重要的影响,无论在什么切削条件下,预报的最高切削温度总是出现在刀具前刀面上靠近主切削刃的一侧;刀具的最大等效应力分别出现在刀具的前刀面上主切削刃的周围,在后刀面上靠近主切削刃的部分也出现了比较大的等效应力。 论文的研究结果表明,金属切削仿真能够对切削过程的各主要物理要素进行理论预报,可以为新材料切削加工性能研究和新工艺机理研究提供可行或可能的方法,对高效、低耗地进行金属切削研究具有重要意义。