金属切削加工在机械制造工业中占据着重要的地位,它对国家经济和技术的发展有着深远的影响。金属切削加工的实质就是刀具和工件的相互作用,用刀具切除坯件上多余的金属,从而获得形状、精度及表面质量都符合要求的工件的过程。在此过程中会伴随着各种现象,如切削变形、切削力、切削热、刀具磨损与耐用度等,并且这些现象严重影响着生产的进行、产品的质量及生产成本。由此可见,金属切削过程是一个十分复杂的工艺过程。为了提高加工质量、生产效率和经济效益,各国以及各企业都投入了大量的人力、物力和财力对金属切削过程进行研究和探索。但是,传统的研究方法必须进行大量的切削实验,这便导致了研究成本增加和研究周期延长,更重要的是严重阻碍了切削技术的发展。同时,随着科学技术的进步,涌现出了大量新的材料和新的工艺。因此需要一种新的研究方法来代替传统的研究方法。这一新的研究方法便是数值模拟,它是以计算机模拟代替实际的切削实验,能够更有效地研究金属切削。同时,它为优选切削参数及进行自适应控制提供了依据。本文围绕金属切削有限元模拟的方法进行了探索性研究,提出了相应的有限元模拟方法,并通过切削实验验证了该有限元模拟方法的有效性和合理性。该有限元模拟方法可以快速、有效地对金属切削结果进行预测,缩短了研究周期,提高了工作效率。本文主要研究内容有：首先,基于金属切削理论和前人的研究成果上,本文分析了金属切削变形、切削力以及刀-屑间的摩擦接触等情况,并阐述了非线性有限元理论、弹塑性有限元理论以及热-力耦合理论,为后面的有限元模拟提供了理论基础。其次,分析了有限元模拟的关键技术,在此基础上建立了二维直角自由切削有限元模型,同时提出了本文所特有的有限元模拟方法。随后,设计了切削实验,并将模拟结果和实验数据进行对比,验证了该模拟方法的合理性。最后,研究了倒棱刀具对切削不锈钢AISI316过程的影响。不锈钢属于难加工材料,为了改善其加工性能,常采用倒棱刀具。本文对不同倒棱宽度和倒棱角度的倒棱刀具切削不锈钢过程进行了有限元模拟,得到以下结果：随着倒棱宽度和倒棱角度的增加,切削力和最大残余拉应力增加；而切削温度小幅减小,可以忽略不计。该研究结果为倒棱刀具的结构优化设计提供理论依据。