在金属切削加工中,切削力是反映切削过程的主要指标,通过对切削力的研究可提高加工效率和质量。切削力对切削机理的研究,对计算功率消耗,对机床、刀具、夹具的设计,对优化刀具几何参数等,都有非常重要的意义。因此,自开展金属切削研究以来,准确预报切削力一直是人们期望达到的目标,建立切削力模型,阐明切削力的大小及其影响规律,实现切削力的预报是切削理论研究中的重要课题之一。但由于影响切削力的因素众多,金属切削过程十分复杂,传统的切削力模型和计算公式往往与实际值相差较大,通用性不强。随着计算机技术的迅速发展,有限元法已成为研究和仿真切削过程的重要手段和工具。为此,本文在研究了金属切削理论、金属切削过程有限元建模理论及求解方法的基础上,以车削过程中的切削力为主要研究内容,通过理论分析、有限元数值计算以及实验研究相结合的方法,对金属切削过程及车削力预报进行了较为深入的研究。本文首先从金属切削理论出发,结合数值模拟方法,对金属车削过程的有限元理论进行了分析,系统总结了金属切削过程模拟的关键技术,包括切屑分离准则、刚粘塑性材料流动方程、网格畸变与网格重划、虚功原理及变分原理等,最终建立了斜角切削加工过程的三维热-弹塑性有限元模型。分析、研究了有限元网格模型、材料本构关系、刀-屑间摩擦模型以及热传导控制方程等涉及切削加工非线性有限元模拟的关键技术。采用金属成形有限元分析软件Deform3D建立了可转位硬质合金车刀车削45钢的三维斜角切削有限元模型,利用该模型进行了切削加工模拟,得到了切削力的数值并给出了切削力随时间的变化曲线。通过设置不同的切削参数,对不同参数下的车削力进行比较,分析各个切削参数对车削力的影响规律,为研究刀具的切削性能提供有用的数据。最后采用瑞士KISTLER公司的三向多功能测力仪进行了切削实验。将实验数据结果、仿真结果以及经验公式结果进行比较,数据分析表明:仿真预报值和实验结果具有较好的一致性,各因素对切削力的影响规律与切削理论相吻合,其准确性优于经验公式估算值,从而验证本文有限元模型的正确性有效性。本文研究结果表明:应用金属切削有限元法能够实现切削力的预报,为新材料切削加工性能研究和新工艺机理研究提供可行的方法,对高效、低成本的进行金属切削研究具有重要意义。