车辆传动系统中的关键结构件因空间约束和工作使命的特殊要求,结构上主要采用薄壁设计,且加工精度要求高,如行星架、齿圈、外轮毂等。这类零件在切削加工过程中容易受到残余应力的影响而发生变形,而刀具磨损是切削过程中影响残余应力的重要因素。因此,研究刀具磨损对残余应力的影响具有十分重要的意义。本文从齿圈已加工表面残余应力的产生机理入手,通过模型解析、有限元仿真和实验研究的方法分析了刀具后刀面磨损对切削力、切削热以及残余应力的影响规律,并验证了仿真的有效性。主要研究内容包括以下几个方面:首先,通过分析已加工表面形成过程,研究了加工表面残余应力的产生机理,认为刀具磨损是通过改变切削过程中力和热来影响已加工表面残余应力的分布;以刀-工接触面为研究对象,通过对剪切区、刃口区和刀-工摩擦磨损区的应力场进行计算,建立基于刀具后刀面磨损量的切削力模型;在分析切削过程中切削热产生和传出的基础上,建立基于刀具后刀面磨损量的刀-工温度场解析模型,为后续的切削过程仿真提供理论指导。其次,在研究切屑分离准则、刀-屑摩擦模型、工件的材料本构关系模型等理论的基础上,针对弱刚度件齿圈的工件材料,应用有限元软件ABAQUS建立齿圈的三维正交切削有限元模型。通过有限元仿真分析,从金属切削机理的角度,分析车削加工过程中,不同刀具磨损量条件下,切削力、切削热以及残余应力的变化规律。最后,选取特定的刀具后刀面磨损量对齿圈材料进行精车加工工序,然后利用超声波法测试仪检测残余应力的方法对精车加工后的表面残余应力进行测量,并与相同磨损量下的仿真结果进行比对,验证正交切削加工二维仿真的准确性。