制造业始终在探索零件产品的低成本加工方法和对现存工艺的高效率利用与改进,高速切削加工是先进制造技术的一个重要组成部分,已成为淬硬钢等高硬度材料切削加工的重要手段。PCBN刀具的出现及其精密加工过程可以满足这些零件的加工要求,而替代或减少磨削加工。本文以有限元理论为基础,针对高速硬态切削淬硬钢的特点,利用MSC.Marc和ABAQUS/Explicit两种有限软件建立了适于硬态切削的二维平面应变有限元模型,模拟了硬态切削中连续与锯齿状切屑形成过程和刀具的磨损情况。考虑工件材料机械物理性能随时间的变化和流动应力受应变、应变速率和温度影响特性来模拟材料的非线性问题;采用MSC.Marc的网格重划分技术和ABAQUS/Explicit的剪切失效准则、单元去除和自适应重划分技术模拟了切屑的形成;为了处理硬态切削过程中的几何非线性问题,分别采用了更新的Lagrange格式的有限元法与ALE法;采用库仑摩擦模型模拟硬态切削过程中的摩擦问题;利用ABAQUS结合Python语言,模拟分析刀具的磨损。在高速硬切削过程中,切削力随着切削宽度增加而成比例增加,形成锯齿状切屑时切削力随着锯齿的形成与发展呈周期性变化;切削区温度随切削宽度增加略有增加;圆弧刃和倒棱刃刀具的已加工表面残余应力具有相同的变化规律和最大应力值;锋利刃、倒圆刃和倒棱刃3种常见的刃口形式中,锋利刃由于刃口强度差不适合淬硬钢的切削加工,倒圆刃和倒棱刃相比,倒棱刃的切削温度分布好,已加工表面温度低;ABAQUS与Python语言结合可以预测刀具磨损情况。采用Element Six公司的AMBORITE DBA80刀具在CA6140车床上对淬硬轴承钢GCr15(HRC60-62)进行了一系列切削力、切削温度实验。通过试验与仿真分析对比,有限元仿真切削力、切削温度和已加工表面残余应力有较好的精度,并可以模拟加工过程中的不连续切屑形成和刀具磨损。采用的模拟方法可以部分的取代实验研究,拓展了有限元理论的应用范围,促进了硬态切削机理的研究。