本论文以降低车削温度、减小车刀变形和折断切屑为目的,对车刀结构进行优化设计,主要研究内容包括以下几个方面:(1)设计改进刀具结构。首先,对刀具进行三维建模。然后用有限元软件进行仿真分析,不断优化改进。最终,设计刀片上的高压射流孔径为1mm时满足强度要求。(2)研究分析刀具的应力场和温度场。对优化前和优化后的车刀的应力场和温度场进行有限元仿真分析。对于车刀应力场,与优化前的车刀相比,优化后的内冷式车刀的应力有所增加,但是幅度不大,几乎可以忽略不计。对于温度场,与优化前的车刀相比,优化后的内冷式车刀大幅度降低。并且随着切削用量的增大,切削温度上升幅度大幅度地降低。最后,又仿真分析了考虑切削热影响条件下的应力场。仿真结果表明:优化后的内冷式车刀的耦合应力场要小于优化前车刀的耦合应力场。(3)研究分析了刀具的变形情况。对车刀的受力变形、受热变形以及耦合变形分别进行了研究。在受力变形方面,与优化前的车刀相比,优化后的车刀的变形量稍微有所增加,但是几乎可以忽略不计。在受热变形方面,与优化前的车刀相比,优化后的内冷式车刀的变形量大幅度地降低;并且随着进给量的增大,变形量增幅不大。在热固耦合方面,与优化前车刀相比,优化后的内冷式车刀的变形量也要小于优化前车刀的变形量。(4)研究分析了切削变形理论。首先,对切削变形区进行划分,并对各变形区的变形规律进行了理论分析。然后,又对切屑的种类进行了划分,并切屑的卷曲以及断屑机理进行了理论分析。最后,用DEFORM软件分别仿真了二维切屑的形成过程和三维切屑的形成过程,为后续的断屑实验做了准备。(5)对优化后的内冷式车刀的断屑性能进行实验研究。首先,搭建了实验台,切削冷却液从刀具前刀面的小孔高速喷出。然后,用高压内冷式车刀分别切割金属铝、45号钢以及不锈钢等材料。最后,实验结果表明:优化后的内冷式车刀基本能够实现改善断屑条件。而且,与优化前车刀相比,优化后的内冷式车刀加工后的表面粗糙度Ra值会更小。这就表明优化后的内冷式车刀能够使得工件的加工精度和表面质量得以大幅度提升。