高速切削加工技术已经成为当今生产加工的重要工艺之一,其技术特点是加工效率高,并且加工工件的表面质量高,甚至达到了磨削的水平,因而在航空航天工业中广泛应用,尤其是在铝合金大型整体薄壁件的制造中发挥着重要的作用。有限元模拟技术是研究高速切削过程的重要途径,但目前国内在高速切削数值模拟中多采用一些经验或半经验的本构模型,这些本构模型无法描述高速切削过程中材料经历的复杂变形行为,从而影响计算精度。选取更适用于描述切削过程材料变形行为的本构模型进行高速切削过程数值模拟具有重要的意义。本文通过对用户材料子程序VUMAT接口进行二次开发,将BCJ本构模型嵌入通用有限元软件ABAQUS中,并建立二维正交直角高速切削有限元模型,实现了铝合金高速切削过程数值分析。1. BCJ本构模型嵌入ABAQUS软件的VUMAT开发在高速切削过程中材料的变形行为非常复杂,为了实现对材料动态性能更为精确的描述,引入了基于位错动力学的BCJ本构模型。详细阐述了BCJ本构模型相比于其它经验、半经验本构模型的特点和优势,完成了基于ABAQUS平台的BCJ本构模型嵌入VUMAT的算法研究和程序实现,并进行了BCJ本构模型用户子程序的验证。单拉试验过程模拟结果说明,嵌入的BCJ本构模型用户子程序是正确的。2.高速切削过程数值模拟的自适应网格建模方法研究探讨了热力耦合切削数值模拟中一些关键技术问题,包括切屑分离、切削热的产生问题以及自适应网格划分的相关问题。在自适应网格建模方面,结合铝合金高速切削的具体情况,对比研究了任意拉格朗日-欧拉(ALE)和分离线(FZA)两种建模方法的差异性,并采用二维正交直角高速切削模型,完成了铝合金高速切削过程数值模拟。这两种网格建模方法在切削热和切削力上预测非常相似,切屑带形态预测上,FZA方法得到的有明显的锯齿状,ALE方法是连续形态的。而铝合金车削切屑显微照片对比表明,FZA方法在预测切屑形态方面更为准确。3.基于BCJ本构模型的铝合金高速切削过程数值模拟研究针对BCJ本构方程待定材料参数复杂性的特点,建立了借助Matlab优化工具箱获取其材料参数的方法,完成了基于JC本构模型和BCJ本构模型的铝合金高速切削过程数值模拟。结合7075-T651铝合金车削试验,分析了BCJ本构模型在高速切削数值模拟方面的优势。与JC本构模型相比,BCJ本构模型预测等效应力、切削力、温度更符合实际。BCJ本构模型能够实现高速切削过程更为精确的计算。本文开发了基于BCJ本构模型的用户子程序VUMAT,对自适应网格建模方法进行了深入的研究与分析,建立了一套能够更为精确的仿真铝合金高速切削过程的数值模拟方法,从而为铝合金高速切削过程的研究提供必要的技术手段。