金属切削加工是机械制造业中最重要的加工工序之一,加工技术水平的高低直接影响被加工工件的表面质量,进而影响产品的质量和市场,因此,金属切削加工的研究对提高我国制造业水平具有十分重要的作用。切削过程中,获得理想的切屑和准确地预知刀具磨损情况直接影响切削加工的质量,而切屑的卷曲、流屑角的大小、切屑截面形状以及与前刀面的相对位置等是切屑空间运动和切屑屑型的直接影响因素,准确地预测刀具的磨损情况是切削加工是否有效进行的重要保证。本文就切屑和刀具磨损两个方面展开研究,分析切屑的形成及断裂过程,并确定其影响因素,建立刀具磨损的预测模型,分析切屑和刀具磨损的相互影响关系。针对切屑和刀具磨损的众多影响因素,需要进行大量的实验研究,既耗时又耗费用,而将有限元仿真技术应用到切削加工中,既解决成本问题又节约时间。以有限元仿真软件为工具,建立二维、三维切削仿真模型,研究切屑和刀具磨损两个方面的问题及其相互影响的情况。首先,以切削用量(切削速度、背吃刀量、进给量)以及刀具角度(前角、后角、刃倾角)等因素为变量,建立二维、三维仿真模型,分析切屑的形成机理、过程以及影响因素,确定流屑角的大小,利用一元及多元线性回归分析法建立流屑角的经验模型。然后,分析切屑空间运动的形成机理,建立切屑空间运动的数学模型,并对其进行解算,确定了切屑的上向卷曲模型、横向卷曲模型、背出屑角数学模型以及流屑角经验公式;分析切屑卷曲的形成机理以及切屑折断机理,建立横向卷曲C型屑折断以及螺旋型切屑折断的数学模型,并建立仿真验证模型对所得的数学模型进行验证。其次,对刀具磨损机理、判断及检测方法进行分析,对金属切削过程中的切削力进行实验研究及仿真分析,对比实验和仿真结果,得出实验和仿真结果具有一致性,确定切削力的影响因素;分析刀具后刀面的磨损机理,预设后刀面的磨损量,通过仿真分析,得到刀具后刀面不同磨损情况下的切削力大小,基于切削力的经验模型,建立刀具后刀面的磨损预测模型。最后,分析切屑屑型和刀具磨损间的相互影响关系,确定刀具磨损状态(刃口磨损、沟槽磨损、刀尖磨损)对切屑屑型的影响关系;分析切屑屑型的变化对刀具磨损的影响。本文以45#钢为被加工工件材料,试验用刀片为:三菱公司生产的切削加工用CVD涂层超硬材料US735刀片,仿真将刀具材料设为工具钢材料,切削实验在CA6140车床上进行,采用有限元仿真软件ABAQUS建立二维、三维切削仿真模型,以Johnson-Cook模型为材料的本构模型,以Johnson-Cook剪切失效模型作为材料的失效准则,采用单因素、多因素正交实验和仿真分析研究切屑和刀具磨损的影响因素。