表面完整性对金属加工的机械部件的性能和疲劳寿命有很大的影响。而表面完整性又在很大程度上受到加工技术的影响。如何利用不同的加工方法与工艺改善材料的表面完整性已成为一研究热点。AZ31B镁合金因其低密度和高强度等优点,在汽车和航空领域有着广泛的应用,但其表面完整性却不尽如人意。不佳的表面完整性已成为阻碍镁合金更进一步广泛利用的一大因素。而通过改变加工条件则可以改善这一现状。另外,为了节约实验设备、材料消耗、时间等成本,在金属切削领域中,利用数值模拟的仿真模型来研究金属切削过程的实例在不断增加。在金属切削建模与仿真的研究上,有限元的应用则最为广泛。本文以AZ31B镁合金的切削过程为研究对象,完成了干切削及在液氮环境中的低温切削实验,建立了金属正交切削的有限元模型,利用正交试验法确定各试验组的切削参数,利用仿真模型计算得到各组切削参数下的切削力、表面残余应力等结果,最后通过数理统计方法计算研究各切削工艺参数以及冷却条件对工件表面完整性和切削单元能耗的影响趋势及影响显著性。本文的研究工作主要包括以下几个方面:首先,完成了AZ31B镁合金的干切削以及液氮喷射的低温切削实验。测量切屑的形状,切削力以及已加工表面的残余应力,用于之后校核验证仿真模型。实验通过分别单独改变切削速度、切削深度、刀具前角、刃口半径以及冷却条件的方法,研究了冷却条件和切削工艺参数对表面完整性的影响趋势。其次,建立了AZ31B镁合金的正交切削有限元模型。研究了AZ31B镁合金材料的本构模型和破坏模型以及切削仿真设计中切屑和刀具的摩擦模型。根据材料的破坏特性,在ABAQUS软件中建立了AZ31B镁合金正交切削的有限元模型;做进一步二次开发,利用编程,完成了低温切削的仿真模型。利用仿真模型的输出结果和实验的测量结果进行模型的准确性验证。第三,提出了基于仿真模型的正交试验法,用以研究各工艺参数对金属已加工表面完整性的影响显著性。本文采用四因素五水平正交试验,分别在干切削和低温切削条件下进行仿真试验计算,应用仿真结果,分析各个切削工艺参数对表面完整性的影响趋势及显著性。最后,研究了切削单元能耗。直接建立切削单元能耗和主切削力之间的关系,利用仿真模型结果中的主切削力,计算各试验组的切削单元能耗值。再次运用正交试验法,得出各工艺参数对切削单元能耗的影响趋势与显著性。