金属切屑是当前金属加工产业主要的污染源之一,现有的切屑再生工艺成本高,效率低,且易造成二次污染,难以满足绿色制造的要求。挤出切削成形方法可以直接将加工余量制备为具有特定结构和应用价值的金属翅片,具有直接、高效、低耗的特点,为切屑的回收再利用指出了另一个思考方向,拥有广阔的发展前景。由于发展时间短,挤出切削成形加工过程中工件材料的成形机理尚不明了,导致许多关键技术问题缺乏解决思路与方法,相关研究重要而紧迫。挤出切削成形加工机理研究工作的关键难点在于,工件材料在成形为金属翅片的过程中存在明显的三维塑性流动,无法简化为平面问题或轴对称问题,缺乏可供参考的理论基础;另一方面,正常加工中工件材料与成形通道并不完全贴合,挤出的金属翅片横截面存在自由边界,增大了分析难度。针对以上关键难点,本文从金属切削原理入手,以试验研究为基础,结合理论分析与有限元数值计算方法,对挤出切削成形法制备金属切屑翅片时工件材料的成形机理进行了较系统的研究,取得了若干有价值的研究成果。提出金属翅片截面形貌控制的指导理论。根据挤出切削成形原理筛选出对截面形貌产生影响的加工参数,系统设计并开展多参数变化的加工试验。在总结试验中各加工参数对翅片截面成形结果影响规律的基础上,提出翅片截面成形动力的层次理论,根据产生来源与作用效果将加工参数对成形结果的影响整理为“原生动力-次生动力-塑形动力”三种层次。通过成形动力层次理论阐明了挤出切削成形加工中加工参数对翅片截面成形结果的影响机理,为截面形貌的调整控制提供理论指导。建立热-力耦合有限元模型,对挤出切削成形加工过程进行仿真与分析。研究内容包括翅片截面成形结果,工件材料变形状态以及工件材料流动分布。通过模拟结果与试验结果的对比,完善了加工参数对翅片截面成形结果的影响机理。工件材料在翅片成形过程不同阶段中应力应变等变形状态的多方面表征表明,成形通道入口位置是工件材料变形集中的位置,对应的限制结构承受极大的负载,最有可能失效,是加工方法改进需要考虑的一个关键点。工件材料横向流动速度的分布研究表明横向流动在挤压区剪切面位置之前结束,因此挤压区中剪切面及以后位置的材料变形可以适当简化为平面剪切变形,为后续的几何建模与理论分析提供了参考依据。建立挤出切削成形加工过程的几何模型,预测翅片截面的变化结果。根据加工过程中工件材料的流动机制,构建包含工件材料横向流动结果表征的挤出切削成形加工过程几何模型。利用该几何模型探明限制结构参数对横向流动结果与成形翅片全高的影响规律,预测参数变化时对应的翅片截面成形结果。有限元仿真结果与试验结果均符合模型预测,证明该模型具有准确性。提出前置犁切加工的挤出切削成形加工思路,突破现有加工方法的成形能力局限。分析表明现有加工方案的矛盾是“槽壁负载提高的同时,槽壁结构强度降低”。提出前置犁切加工的思路,分担限制结构成形槽入口位置的工作负载,使其可以在槽形净高增大,结构强度降低的条件下正常完成工作。改进后的“犁切挤出切削成形加工”方法在试验中成功制备了翅片深宽比超过3,底层厚度占比低于20%的金属翅片,其散热面积比值相比现有方法制备的翅片提高了48.06%。以上工作成果,不仅探明了挤出切削成形法制备金属翅片的加工机理,也实现了挤出切削成形原理基础上加工方法成形能力的提高,为挤出切削成形加工应用于金属切屑回收领域的进一步发展提供了坚实基础。