金属切削-挤压复合成形技术是在刀具主切削刃切开被加工零件表面层金属的同时,通过前刀面和副切削刃的二次塑性挤压变形,形成某种形状和尺寸的功能表面,使传统加工中的切屑变成功能表面一部分的新型加工方法,是一种具有广泛应用前景的绿色制造技术。传统的解析方法和试验方法,很难对切削-挤压中的切削机理进行定量的分析和研究,本文以数值模拟和实验技术为手段,定量地研究切削加工过程中的金属变形和切屑形成机理,重点研究切削-挤压成形过程的金属变形规律与建模方法。针对典型的正交切削工艺过程,以刚塑性有限元理论和Markov变分原理为基础,采用分析静态大变形过程的Lagrange描述法,对金属塑性变形的Mises屈服准则进行修正后,给出了统一的本构方程,建立了基于平面应变假设的正交切削过程的刚塑性有限元分析模型。选用平面四节点四边形等参单元,对求解区域进行离散化,采用双线性位移模式,建立以节点坐标为自变量的单元内部几何、物理参数关系表达式,采用修正的罚函数法,给出了求解正交切削问题的刚塑性有限元数学表达式。完成了切削模拟过程中的关键技术的处理。(1)针对刀尖单点接触问题,提出了一种网格错位分析方法解决有限元求解过程的稳定性问题;(2)采用基于几何准则和等效应力的综合分离准则,来处理切屑层与金属基体材料之间的分离问题;(3)给出了一种粘接单元算法,减小因几何准则引起的计算误差;(4)基于几何判断和应力分布的复合判据法则,解决了切屑上的约束节点与前刀面的释放问题;(5)在网格重新划分时,提出了一种面积加权平均和体积加权平均相结合的算法,实现新、旧网格体系之间参数的传递。对金属切削过程中工件内部金属变形特征进行了分析,给出了编程计算过程中所涉及的整体刚度矩阵计算、整体刚度方程系数矩阵的存储和方程求解算法。开发了正交切削刚塑性有限元分析系统。对单向拉伸试验数据进行回归分析,获得了铝合金A6061的硬化曲线;以刨削过程为例,借助所开发的正交切削刚塑性有限元分析系统,完成了铝合金A6061正交切削过程的全程模拟,计算出了变形体内部的速度场、应力场和应变场的分布结果,得到了切削力-行程曲线和切屑几何参数随刀具前角和摩擦系数的变化规律。在分析二维正交切削过程数值模拟方法的基础上,对切削-挤压过程有限元模拟技术进行了分析,研究了刀具与工件之间的接触关系,以刚塑性有限元模拟二维切削过程所得到的关键技术问题处理方法,建立了切削-挤压过程有限元分析模型,用ANSYS软件完成了切削-挤压过程的静力分析和成形过程模拟,得到了切削-挤压过程中工件内部应力、应变分布规律,建立了翅片脱落判据,可用于切削-挤压工艺可行性预测。在理论分析的基础上,对二维切削过程及切削-挤压过程进行加工实验,结果表明二维切削模拟结果与实际加工情况比较吻合。三维切削-挤压过程模拟结果基本符合实际情况,可以为实际加工提供参数选择的依据。