毛刺是金属切削加工中产生的常见现象,它的形成与变化直接影响工件的加工质量和生产效率,已成为影响和制约精密与超精密加工、自动化加工技术发展的关键问题之一。本研究基于切削运动——刀具切削刃毛刺分类体系,以直角自由切削实验为基础,利用有限元法系统地开展了切削方向毛刺/亏缺的形成及其界限转换规律的研究,提出了若干主动控制毛刺的技术和方法。本研究的主要内容及创新工作有:1)系统地阐述了金属切削毛刺有限元建模的基本理论及求解方法,以直角自由切削为研究对象,利用ABAQUS/Explicit建立了以金属材料失效为切屑分离准则的切削毛刺形成有限元模型。应用结果证明了该模型的合理性和有效性。2)利用毛刺形成有限元模型,通过数值模拟,系统地揭示出切削方向毛刺/亏缺的形成过程及其变化规律,并结合相关实验数据,深入分析了影响切削方向毛刺形态与尺寸变化的主要因素,初步实现了切削方向毛刺形成的预测预报。3)深入地研究了切削方向毛刺/亏缺形成过程中被加工工件材料内部应力、应变的形成及变化,发现了负剪切区的形成及变化是毛刺/亏缺转换的重要原因,给出了切削方向毛刺/亏缺的界限转换条件及其变化的基本规律。4)按照少无毛刺加工的基本原则,利用有限元法深入研究了挡板法等主动控制毛刺加工方法的作用和效果,进而优选出合理的切削参数或技术条件,为进一步提高控制毛刺的有效性提供了理论与实验依据。本研究工作是国家自然科学基金资助项目(编号:50275066,50675088)的组成部分之一,其研究成果进一步丰富和发展金属切削学和精密加工工程学理论,其应用将带来显著的经济和社会效益。