淬硬钢广泛应用于对硬度和耐磨性要求高的基础零部件,在现代制造业中占据重要的地位,常采用磨削工艺进行加工。硬切削技术的诞生及PCBN刀具的出现,较好地解决了传统磨削淬硬钢效率低、成本高和污染严重等缺点,并且克服了传统超精密磨削中对环境和机床依赖性大等不足。考虑到超声辅助加工在加工硬脆材料方面独特的优越性,将超声加工与普通硬切削技术相结合,有效降低了切削温度和切削力,进而提高了已加工表面质量。利用有限元仿真切削过程具有很多优点,还可以获得许多用实验方法难以获得或不能获得的信息,利用有限元仿真技术能够方便地分析各种工艺参数对切削过程的影响,为优化切削工艺和提高产品精度与性能提供理论和实用性的指导。本文通过数字模拟与仿真的方法,结合理论分析和加工实验,研究超声硬切削45淬火钢的切削机理,主要开展了以下几个方面的研究工作:在掌握金属切削的材料非线性、几何非线性等问题的基础上,研究了弹塑性大变形有限元法求解过程;建立了二维热力耦合平面应变有限元切削模型,该模型中工件采用Johnson-Cook弹塑性材料模型;研究了切屑分离标准、刀屑界面的摩擦模型、网格重划分以及热控制方程等切削加工模拟所涉及的关键技术问题。利用MSC. Marc非线性有限元软件进行模拟仿真,揭示切屑的形成机理;比较了超声硬切削与普通硬切削在切屑外形、切削温度及切削力等方面的不同;分析切削参数对这两种不同切削方式下切削力与切削温度的影响。通过超声硬切削与普通硬切削45淬硬钢单因素实验,测量其切削力和切削温度,并验证仿真结果的正确性。