金属材料切削加工作为零组件生产及制造的重要技术,在航空工业及材料工程等领域均发挥着重要作用。AerMet100超高强度钢作为航空难加工材料,在车削过程中引起的切削力-热耦合效应、切削应力等指标对材料加工工艺性能、表面完整性以及加工效率产生一定程度的影响。基于航空制造业的精密性及安全性,需设置参数约束条件对工艺性能指标进行优化分析以在提高加工效率的同时改善表面质量。因此,为进一步分析AerMet100超高强度钢车削加工机理、工艺性能并对加工参数进行寻优,结合力学模型、仿真及试验验证等方式综合对材料车削加工过程进行相关研究,主要研究内容如下:首先,基于金属切削变形原理对二维正交切削理论变形参数和摩擦因数进行分析研究,并根据剪切面理论对力学模型进行构建。通过坐标旋转变换和建立多平面坐标系等方式,将理论推广至三维斜角切削,并在前刀面和剪切面上建立了不同参考系的力学模型。其次,阐述有限元仿真模拟技术相关理论,讨论各类仿真模型的优劣和选择标准,并介绍了有限元技术实现准则。基于AerMet100超高强度钢材料自定义本构模型使用AdvantEdge-FEM软件进行有限元仿真模拟,与软件模型和实际车削加工试验进行对比分析以验证其准确性,进一步通过仿真试验测量切削力,计算二维切削变形参数及摩擦因数并拟合与刀具前角关系的预测模型。此外,针对车削加工参数用量,以切削力及加工表面粗糙度作为加工性能参评指标对AerMet100钢进行车削试验分析。对于切削力指标采用单因素及正交设计法进行分析,研究切削参数对切削力变化趋势影响规律并建立指数经验模型;对于表面粗糙度指标,采用基于田口法的正交设计以及CCD响应面设计进行试验对比,根据不同设计法建立两种预测模型并分析其优劣势,并对不同模型的显著性及拟合性进行了探讨和研究。进一步针对加工截面金相组织进行分析,发现靠近加工表面出现变形区域,晶粒出现扭曲挤压现象,变形程度随距加工表面深度的上升而降低。最后,为实现切削加工的高效、优质化,以加工效率(表现为最大材料去除率)以及表面质量(表现为表面粗糙度及表面形貌)为优化目标,针对不同参数组合和预测模型分别使用田口方法、遗传算法以及响应面优化方法进行单目标和多目标的寻优操作,对比分析不同方法下约束条件、目标数量以及优化效果的差异,研究每种优化方法下的最佳优化参数组合并通过试验进行验证。