金属切削机理的研究一直是机械制造业的重点和难点,高速切削和微切削等先进制造技术的出现,使金属切削技术焕发新的生机。随着计算机技术的飞速发展,数值仿真已成为国内外学者进行金属切削机理分析和工艺参数优化的重要手段。本文基于数值仿真技术,从材料硬度方面进一步探究金属切削加工机理,并开发金属切削仿真分析平台。主要研究内容如下:(1)考虑金属切削过程中的犁削效应,改进现有切削仿真模型,得到淬硬钢AISID2的粘滞角和犁耕深度。对单个锯齿形切屑的形成过程进行仿真,得到锯齿形成过程中的应力、应变率、材料损伤和温度场等变化规律。并进行球头铣削加工试验以验证仿真模型。(2)从加工机理、几何形状和物理性能等几个方面总结锯齿形切屑的表征。采用单因素法分析材料本构参数对高速切削过程切屑形成的影响,得到本构参数对材料切削加工性能的影响规律。研究结论将为预测材料在不同硬度时的本构参数,或根据材料本构参数值推断材料硬度值以及不同材料之间各属性的差异性分析提供参考和指导。(3)建立考虑材料硬度的动态本构模型,并得到AISI H13和AISI D2两种材料的动态本构模型。以之为基础,建立考虑材料硬度变化的正交切削仿真模型,初步探究变硬度材料高速切削加工机理。研究得到变硬度材料高速切削加工时,工件和切屑的切削力、切削温度和材料损伤的变化规律,以及切削方式和硬度梯度对切削过程的影响规律。研究结果将为异质化材料的切削加工机理研究提供理论基础和方法借鉴。(4)基于Python语言对ABAQUS软件进行二次开发,建立金属切削仿真平台。详细介绍金属切削仿真平台的开发过程,以刀具参数化程序为实例说明内核程序的开发过程,以正交切削过程仿真分析插件程序为实例说明GUI插件程序的开发过程,并以实例形式说明金属切削仿真平台的使用,包括变硬度切削仿真分析模块、斜角切削仿真分析模块和立铣加工仿真分析模块的参数化建模过程。该仿真平台将为计算机辅助制造提供数字化分析工具。