由于大型筒节等轴类锻件由万吨水压机直接锻造而成,其外表面加工圆周面存在着极大的偏心量,且表面待加工条件恶劣,存在着氧化皮、夹砂、铲沟等各类锻造缺陷,在加工过程中,对重型车刀和机床系统的形成巨大冲击。从而在极端重载切削变载荷条件下,由于冲击破损和疲劳破坏造成刀具的脆性破损,严重影响刀具使用寿命短,频繁换刀也严重阻碍了生产效率的提高。首先,本文对重型车刀断裂的种类进行了归纳分析,通过对2.25Cr-1Mo-0.25V钢、45钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢3种材料进行切削加工性对比研究,分析了极端重载条件下切削力和切削温度的特点,并指出了控制刀具脆性断裂的因素,即引发刀具断裂的裂纹种类及其分布和刀具硬质合金材料的断裂韧性,描绘出了刀具断裂韧性与刀具基体厚度的关系曲线。通过分析重型车刀断裂区域的应力,描绘出了前、后刀面上的应力分布图,并从疲劳断裂系数的角度给出了热-力耦合作用下引发刀具疲劳断裂的极限条件。其次,本文从疲劳破坏角度分析了重型车刀的脆性破损。从机械疲劳和热疲劳两方面对变载荷下重型车刀的疲劳行为进行了分析。通过交变载荷断续切削实验揭示了变载荷下重型车刀基体内的疲劳裂纹的扩展机理,并使用应力强度因子范围的概念来确定在重型切削过程中疲劳裂纹扩展规律。此外,使用第一类许用应力理论评估了重型刀具的动态强度,并通过ANSYS软件对重型车刀变载荷下热力耦合进行了仿真验证。最后,本文设计并进行了变载荷下重型车刀脆性破损的实验。为了模拟现实生产中的变背吃刀量及筒节偏心所造成的冲击载荷,实验设计对工件进行了偏心装卡,合理选用了实验设备及仪器,采用两种牌号的方形硬质合金刀片进行对比实验。应用电镜对实验破损刀片断裂区域进行形貌分析,通过观察发现,总结出了不同载荷条件下硬质合金刀片疲劳裂纹发生位置,从微观和宏观角度对比分析了两类刀具在不同载荷下刀具断口的形貌特征。