以Ti-6Al-4V为代表的钛合金材料因具有强度高、抗腐蚀性好、承载能力强等优点,被广泛地应用于核心工业领域中,例如航空航天、海洋装备领域等。大量研究表明,常规切削条件下,钛合金加工表面产生了以拉应力为主的残余应力状态,进而极大影响了构件几何形状、使用寿命、疲劳强度等。如何有效改善这种应力状态,已成为先进钛合金零件加工亟待解决的难题。在钛合金加工中引入液氮冷却,显著强化了切削局部的冷却环境,加速切削散热,有助于削弱切削热引发的一系列有害影响,如热致表面拉应力的产生。因此,进一步分析液氮冷却对Ti-6Al-4V加工表面残余应力状态分布的影响,非常必要。本文从基础理论、数值分析等几个方面,对液氮低温加工对加工表面残余应力进行了深入的研究分析,主要内容包括:(1)液氮低温加工Ti-6Al-4V对残余应力分布影响的机理分析。基于表面残余应力的力-热耦合理论,参考Waldorf的滑移线模型,通过机械应力和热应力相结合的方法来预测加工表面残余应力。基于切削区域分离模型,使用切削变形区模型与犁耕区模型相结合的方式进行分析残余应力的生成机理。(2)基于切削区域分离模型,建立了干切削和液氮低温切削条件下正交车削的新型有限元模型,并针对液氮低温加工Ti-6Al-4V时已加工表面仍受到液氮低温影响的问题,对传统液氮低温有限元分析模型进行了优化,并且通过实验进行了验证。同时,为低温加工中表面加工残余应力的相关研究提供了有价值的参考。(3)基于Ti-6Al-4V钛合金的液氮低温加工表面残余应力的有限元预测模型,对冷却施加方式、切削参数和刀具参数等多因素对加工表面残余应力分布状态的影响进行了分析。仿真分析了不同冷却方式对加工工件表面温度的影响。确定液氮冷却加工工件表面温度更低,相较干切削条件,一定程度上放宽了面向Ti-6Al-4V加工切削参数选用的限制。