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目前，國際上對金屬切削過程有限元模擬方面的研究較深入，其中研究的熱點問題包括：切屑形成、材料的去除機理、殘余應力和刀具的磨損等。隨著計算機硬件和軟件技術的快速發(fā)展，有限元分析法(FEM)已經成為金屬切削過程仿真的有效工具。以計算機為工具，應用商業(yè)有限元軟件包來模擬仿真大量的工程實際問題，以成為當今工程技術研究領域的熱門方向，這也是當今高科技技術不斷發(fā)展的必然趨勢。實踐證明，采用有限單元法來數值模擬解決工程實際問題能夠達到所需的精度，具有很高的可靠性。而且，通過計算機的模擬仿真可以節(jié)省大量的人力和物力，還可以得出許多從實驗中很難得到的重要數據，仿真結果形象、直觀，對實踐有著很高的指導價值.采用有限元法來模擬仿真超精密的切削過程，不但可以深入地了解微量切削過程中影響加工質量的各種因素的變化規(guī)律，而且能進一步地了解超精密切削機理，這對提高我國精密產品的制造水平具有很重要的意義。
二維金屬切削過程有限元分析的發(fā)展現狀1940年，最早研究金屬切削機理的是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應關系。從1960年以后，大量的學者開始將切削過程中的摩擦、高應變率、加工硬化和切削溫度對工件加工精度的影響考慮到金屬切削的模型進去，這樣使得對金屬切削仿真計算的結果與實際的測量數據更加接近，增進人們對金屬切削機理的認識。
近年來，有限元方法現已成為金屬切削過程模擬的主要工具，與其他傳統方法相比，它大大提高了金屬切削仿真結果的準確性。1980年，Lajczok建立了一個簡化的正交切削模型，在不考慮切屑生成的條件下從實驗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應力等，并且預測了工件中應力、應變和溫度的分布。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、低應變率時的穩(wěn)定正交切削過程。但是，由于他們沒有考慮到材料的彈塑性變形，所以沒有計算出工件中殘余應力的大小。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，以等效塑性應變?yōu)榍行嫉姆蛛x準則分析了刀具、工件和切屑中溫度、應力和應變的變化。他們發(fā)現切屑的分離準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分布。Usui等人首次將低碳鋼的流動應力假設為應變、應變率和溫度的函數，用有限元法模擬了連續(xù)切削中產生的積屑瘤，而且在刀具和切屑的接觸面上采用庫侖摩擦模型，利用正應力、摩擦應力和摩擦系數的關系模擬了整個切削過程。Hashemi等人，采用彈塑性材料的本構關系和應用臨界等效塑性應變準則，模擬了金屬切削的連續(xù)切屑和不連續(xù)切屑的形成過程。Komvopoulos和Erpenbeck通過金屬切削的正交解析法并在刀-屑的接觸面上應用庫侖摩擦定律，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，研究了剛質材料正交切削中刀具磨損、積屑瘤及工件中的殘余應力等。
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