使用整体淬硬或表面硬化处理的高强度钢制造机械零件,通常能在接近材料物理力学极限的条件下工作,可以充分发挥材料的性能。随着对机械零件性能要求的提高,各种高强、高硬钢的应用范围越来越大,“以切代磨”的硬态切削技术取得了很大的进展,越来越多地替代磨削作为零件的最终加工工序。目前在硬态切削的切削力、切削热、绝热剪切理论以及锯齿形切屑形成机理等方面已经开展了比较深入的研究,并取得了非常有价值的成果,然而,硬态切削切屑形成机理在很多方面尚不明确,且尚未形成系统的科学研究体系。淬硬钢的硬态切削是当今工业生产及科学研究的很有意义的课题,是近年来金属切削研究领域的热点之一。本文的主要工作及成果如下:1.通过高速摄像技术,获得弹簧式快速落刀装置在落刀过程中刀杆的运动轨迹,分析该装置的落刀速度、加速度。结果表明,该装置完全胜任本文实验研究硬态切削过程切屑形成机理的需要,使用该装置得到的切屑根部试样真实、可靠。2.通过快速落刀实验获得切屑根部试样制成的金相标本,研究硬态切削锯齿形切屑形成过程中多场强作用机制。根据其低倍显微形态将硬态切削42Cr Mo的锯齿形切屑形成过程划分为4个阶段。对切屑形成4个阶段的切屑根部试样分别用高倍金相组织显微镜观察,通过金相组织分析技术,结合显微硬度测试结果,研究在切屑形成过程中工件材料经历的高应力、高应变、高应变率过程以及温度升高温、热量散失状态下切削区动态行为与变化规律,揭示切削过程中工件在多场强作用条件下形成锯齿形切屑的机理,建立形成锯齿形切屑各阶段的模型。分析表明:在硬态切削42Cr Mo切屑形成过程中,绝热剪切带形成于刀尖附近,在切削过程中向材料内部扩展;锯齿形切屑的裂纹源起始于工件自由表面,在切屑形成过程中向材料内部扩展。最终导致切屑分离的因素是裂纹的扩展。3.使用Abaqus软件模拟硬态切削过程,从有限元仿真的可视化结果出发,着重分析了切屑形成过程各个阶段的切削力、切削热(温度)变化特征,以及工件材料的应力场、应变场、温度场情况。将仿真结果与实验结果对照,有力地揭示了硬态切削42Cr Mo钢的切屑形成机理,进一步完善切屑形成过程模型。通过考察一个完整的锯齿形切屑形成周期的切削区应力场、应变场、温度场变化过程,揭示了硬态切削锯齿形切屑形成过程切削力、切削温度、切削应力各参数变化的周期性特征以及动态过程不同步的特点。4.建立直角自由切削、外圆车削研究硬态切削测力、测温、切屑形态、切屑流动、已加工表面质量实验平台。采用正交试验法,实验研究直角自由切削条件下硬态切削42Cr Mo已加工表面白层形成的机制及工艺参数的影响。针对硬态切削加工过程形成锯齿形切屑的特点,建立在负前角刀具作用下切屑—已加工表面形成过程的模型。5.采用正交试验法,实验研究外圆硬态车削的工艺参数。外圆硬态车削过程中的切削力、已加工表面粗糙度结果受到加工参数的合理组合影响。建立硬态车削切削力、表面粗糙度模型。本文旨在通过理论研究、仿真分析和实验研究探索高强度钢42Cr Mo硬态切削切屑形成机理,揭示硬态切削过程中切削区多场强作用形成的科学机制,探索切屑在切削力—热耦合场作用下的生成机制,阐释硬态切削切屑变形机理,建立硬态切削切屑形成模型,建立切削力、切削温度、切屑形态与工件表面质量的联系,为高强度钢的硬态切削加工研究和生产实践提供参考。