传统切削加工中常采用浇注切削液的方法对刀具和工件进行冷却，以减少切削热对加工的不利影响，但使用切削液存在成本高、污染环境和损害工人健康等缺点，不符合当前绿色环保和节能减排的要求，而现有的绿色切削技术也都存在成本高、技术不成熟等诸多问题，未能大规模推广使用。在刀具结构设计中引入热管是干切削技术的一种新思路，热管无需外加动力和介质而实现热量的快速传导和消散，可以将其应用于刀具帮助消散切削过程中集中在刀头区域的部分热量。本文采用切削测量实验和有限元模拟的方法来研究热管刀具在切削中热力耦合作用下的性能，首先应用原型车刀和设计的三种热管刀具进行切削45号钢实验，测量不同切削参数下四种刀具的切削温度、切削力和刀屑接触面数据；其次针对课题组前人研究的传热反求刀屑接触面上热流密度的方法进行了试验验证，试验采用焊接电源输出大电流对刀具进行接触导热，以模拟刀具在切削过程中的受热情况，试验结果和传热反求求解结果误差在10%以内；然后用有限元软件建立刀具的热力耦合有限元模型，在刀屑接触面上同时施加切削力和切削热载荷进行热力耦合求解运算，求解了刀具在切削过程中的温度场、综合应力场和综合变形，其中切削力使用切削实验中测力数据，切削热是通过切削实验测温数据使用传热反求方法求解的热流密度；最后，分析了热管刀具和普通刀具的切削热力耦合作用下的最高温度、最大综合应力和应变，评价了热管刀具的散热性能，并对热管刀具的设计进行了优化。经实验测试和有限元模拟分析，在本文实验条件范围内，同一切削参数下热管刀具的刀屑接触面上最高温度比普通刀具低21°C~108°C，最大综合应力和最大变形分别降低1.2%～8.2%、0.8%～6.9%，证明热管车刀能够更好地消散切削热，降低刀头温度，减小刀头的应力和变形。