螺旋铣孔技术凭借切削力小、加工质量好的技术优势,目前已成为航空航天领域应用广泛的制孔技术。切削力是影响切屑形态、加工孔质量和刀具磨损的关键因素,而通过采用有限元仿真技术对螺旋铣孔过程的切削力进行分析、预测,可以避免传统实验当中由设备、环境因素造成的切削力测量误差,同时提高效率、降低成本。但在三维螺旋铣孔仿真过程中,切屑几何形貌的预测、切屑与工件分离准则的确定以及网格尺寸的有效控制成为螺旋铣孔有限元仿真的难点。为此,本文采用有限元分析软件ABAQUS对螺旋铣孔展开研究,旨在为螺旋铣孔切削力的预测与刀具结构的优化提供理论支持和应用参考。首先,采用ABAQUS软件建立螺旋铣孔侧刃的二维正交切削模型,在二维平面内研究了螺旋铣孔侧刃的切屑形态,对不同刀具结构和加工参数的切屑形态、切削力、温度变化等进行分析,进而阐明剪切带形成机理及其仿真单元的应力应变关系。结果表明,参考单元的温度与应力呈正相关,其达到最大值的时间早于单元应变。其次,建立了传统四齿立铣刀在一个公转周期内的钛合金螺旋铣孔三维有限元模型,重点对该模型中的材料本构模型、切屑分离准则、网格划分等内容进行了研究。采用物理分离准则使切屑分离,对材料的损伤演化进行分析,确定断裂能参数为44350N/m,并对工件轴向网格和切向网格进行细化处理,进而阐明一个公转周期内的切削力变化规律。最后,基于上述模型,面向不同齿数的立铣刀和专用刀具,通过改变主轴转速、公转速度和刀具轴向进给量对螺旋铣孔切削力进行仿真,并将四齿立铣刀仿真结果与实验结果进行对比。结果表明,专用刀具通过改进底刃结构和螺旋角,所得切削力较立铣刀降低25%,其磨损程度大幅减少;在不同加工条件下,公转速度对切削力的影响最小,轴向进给量对切削力影响最大;轴向切削力和切向切削力的仿真值分别达到实验值的91.7%和92.0%,实验值与仿真值最大误差不超过9%。因此,本文所构建的钛合金螺旋铣孔有限元模型可实现对加工过程中轴向力和切向力的准确预测,并对专用刀具结构设计与工艺参数优化提供有效参考。