金属切削过程中,切屑的形成是由于在主剪切区(即第一变形区)的剪切失稳断裂造成的。根据材料的不同以及切削条件的变化,在刀-屑界面交汇区通常产生四种类型的切屑,即带状形切屑、锯齿形切屑、单元切屑和崩碎切屑。而在干式硬态切削过程中,周期性锯齿形切屑是切削高硬材料加工中最为常见的屑型,其形成过程带来切削力的高频变化,直接影响工件的表面质量与刀具寿命。因此主剪切区材料失稳断裂模式的研究一直是切削加工领域的热点。失稳断裂模式研究长期以来都是通过探究切屑微观演变过程来进行的。干式硬态切削加工过程中,只有对产生锯齿形切屑做深入地研究,探明其形成机理,进而揭示主剪切区剪切失稳的深层次原因,同时分析切削力、切削热以及切削参数等不同因素对锯齿形切屑形成的内在联系,才能找到失稳断裂的临界条件,为失稳断裂模式研究以及实际生产加工过程中合理地选择切削参数提供科学的理论依据。本论文针对干式硬态切削不同淬硬状态下冷作模具钢Cr12Mo V剪切失稳形成锯齿形切屑这一切削问题,采用数控机床、三向测力仪、红外线热成像仪、扫描电镜、显微硬度仪等设备采集与处理与锯齿形切屑有关的数据,研究不同切削参数对切屑微观形貌的影响,从而得到切削模型,并加以验证。本论文主要工作内容和研究成果如下:(1)通过有限元模拟分析方法建立了PCBN刀具直角切削冷作模具钢Cr12Mo V的切削模型,对加工过程中的力-热效应进行分析,并与试验值进行对比,验证模型的正确性。(2)采用单因素法,对切削试验获得的切屑样件在扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)以及显微硬度仪下进行观察、测量、分析,揭示锯齿形切屑的微观组织演变过程和切屑形成机理。(3)运用试验得到的切削力与切削热的数据开展切屑微观形貌变化趋势的分析,结合文献上现有的理论成果,对切削过程中切屑剪切变形以及变形速率、切削热的进行预测、剪切失稳的临界条件以及材料断裂模式的研究,总结出了切削热方程和切削方程通过对切削过程中材料失稳断裂模式的研究,可以看出:高硬材料切屑的锯齿化剪切失稳是力-热共同作用的结果,力-热效应引起材料的应变硬化效应与温度软化效应的变化,在众多影响因素中,首先是材料的属性影响较为明显,其次是切削速度这一切削参数;主剪切区材料剪切失稳、断裂的临界条件,是由剪应力、剪应变率以及变形温度三者共同决定的。在临界状态下,变形温度越高,则需要失稳断裂的临界应变率越高。