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目前，國(guó)際上對(duì)金屬切削過(guò)程有限元模擬方面的研究較深入，其中研究的熱點(diǎn)問(wèn)題包括：切屑形成、材料的去除機(jī)理、殘余應(yīng)力和刀具的磨損等。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的快速發(fā)展，有限元分析法(FEM)已經(jīng)成為金屬切削過(guò)程仿真的有效工具。以計(jì)算機(jī)為工具，應(yīng)用商業(yè)有限元軟件包來(lái)模擬仿真大量的工程實(shí)際問(wèn)題，以成為當(dāng)今工程技術(shù)研究領(lǐng)域的熱門方向，這也是當(dāng)今高科技技術(shù)不斷發(fā)展的必然趨勢(shì)。實(shí)踐證明，采用有限單元法來(lái)數(shù)值模擬解決工程實(shí)際問(wèn)題能夠達(dá)到所需的精度，具有很高的可靠性。而且，通過(guò)計(jì)算機(jī)的模擬仿真可以節(jié)省大量的人力和物力，還可以得出許多從實(shí)驗(yàn)中很難得到的重要數(shù)據(jù)，仿真結(jié)果形象、直觀，對(duì)實(shí)踐有著很高的指導(dǎo)價(jià)值.采用有限元法來(lái)模擬仿真超精密的切削過(guò)程，不但可以深入地了解微量切削過(guò)程中影響加工質(zhì)量的各種因素的變化規(guī)律，而且能進(jìn)一步地了解超精密切削機(jī)理，這對(duì)提高我國(guó)精密產(chǎn)品的制造水平具有很重要的意義。
二維金屬切削過(guò)程有限元分析的發(fā)展現(xiàn)狀1940年，最早研究金屬切削機(jī)理的是Merchant，Piispanen，Lee and Shaffer等人，他們建立了金屬切削的剪切角模型，并確定了剪切角與前角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從1960年以后，大量的學(xué)者開始將切削過(guò)程中的摩擦、高應(yīng)變率、加工硬化和切削溫度對(duì)工件加工精度的影響考慮到金屬切削的模型進(jìn)去，這樣使得對(duì)金屬切削仿真計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)更加接近，增進(jìn)人們對(duì)金屬切削機(jī)理的認(rèn)識(shí)。
近年來(lái)，有限元方法現(xiàn)已成為金屬切削過(guò)程模擬的主要工具，與其他傳統(tǒng)方法相比，它大大提高了金屬切削仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。1980年，Lajczok建立了一個(gè)簡(jiǎn)化的正交切削模型，在不考慮切屑生成的條件下從實(shí)驗(yàn)中得到了切屑的幾何形狀和切削力。1982年，Usui，Shirakashi為了建立穩(wěn)態(tài)的正交切削模型，第一次提出了刀面角、切屑幾何形狀和流動(dòng)應(yīng)力等，并且預(yù)測(cè)了工件中應(yīng)力、應(yīng)變和溫度的分布。1984年，Iwata等人將工件的材料假定為剛塑性體，利用剛塑性有限元法模擬了在低切削速度、低應(yīng)變率時(shí)的穩(wěn)定正交切削過(guò)程。但是，由于他們沒(méi)有考慮到材料的彈塑性變形，所以沒(méi)有計(jì)算出工件中殘余應(yīng)力的大小。Strenkowski和Carroll等人則把工件材料假定為彈塑性體，刀具和切屑的接觸面為絕熱面，以等效塑性應(yīng)變?yōu)榍行嫉姆蛛x準(zhǔn)則分析了刀具、工件和切屑中溫度、應(yīng)力和應(yīng)變的變化。他們發(fā)現(xiàn)切屑的分離準(zhǔn)則臨界值是隨著切削深度的改變而改變的。1990年，Strenkowski和Moon等人，用歐拉有限元法建立了金屬的正交切削模型，忽略了工件的彈性變形，模擬了切屑形成，得到了工件、切屑和刀具中的溫度場(chǎng)分布。Usui等人首次將低碳鋼的流動(dòng)應(yīng)力假設(shè)為應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度的函數(shù)，用有限元法模擬了連續(xù)切削中產(chǎn)生的積屑瘤，而且在刀具和切屑的接觸面上采用庫(kù)侖摩擦模型，利用正應(yīng)力、摩擦應(yīng)力和摩擦系數(shù)的關(guān)系模擬了整個(gè)切削過(guò)程。Hashemi等人，采用彈塑性材料的本構(gòu)關(guān)系和應(yīng)用臨界等效塑性應(yīng)變準(zhǔn)則，模擬了金屬切削的連續(xù)切屑和不連續(xù)切屑的形成過(guò)程。Komvopoulos和Erpenbeck通過(guò)金屬切削的正交解析法并在刀-屑的接觸面上應(yīng)用庫(kù)侖摩擦定律，得到了刀具和切屑之間的法向力和摩擦力。他們還建立了彈塑性金屬切削模型，研究了剛質(zhì)材料正交切削中刀具磨損、積屑瘤及工件中的殘余應(yīng)力等。
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