难加工材料以其优异的综合机械性能已成为航空航天工业以及民用工业中应用前景极其广泛的材料,然而由于其切削加工性差,制约了材料的进一步推广应用。如何实现难加工材料的高效低耗切削加工成为难加工材料推广应用中亟待解决的问题。高速切削加工是解决难加工材料加工困难问题的最有效加工技术之一,难加工材料高速切削机理在高速切削基础理论研究领域中占有重要的地位。本文采用理论分析、实验研究与数值仿真相结合的方法,对钛合金Ti6Al4V和高强度H13淬硬钢在高应变速率下的本构建模以及正交切削时锯齿形切屑形成机理进行了研究。主要创新性研究工作如下:1.通过对高强度淬硬钢H13材料的正交切削实验研究,揭示了绝热剪切行为和切屑演变规律。随切削速度逐步提高,切屑形态经历了带状切屑、形变带锯齿形切屑、转变带锯齿形切屑和断裂锯齿形切屑四种状态。锯齿形切屑中存在两种形式的绝热剪切带,没有组织转变特征的形变带和组织明显细化的转变带。形变带产生的机制为塑性变形,转变带产生的机制主要为再结晶、相变和元素扩散。对切屑的显微组织观察和硬度测量分析表明,带状切屑与锯齿形切屑在形成机理上存在明显区别;形变带的硬度来自于加工硬化,转变带的硬度来自于相变硬化。2.结合高应变率条件下的绝热剪切理论,使用电子探针对H13淬硬钢材料绝热剪切带附近的微区进行了成分分析,发现带内碳元素含量偏低,表明绝热剪切带内发生了碳化物析出和C原子的短程扩散。3.应用Hopkinson压杆实验装置,获得了Ti6Al4V和H13淬硬钢材料在较宽温度和较高应变率范围内的应力应变曲线,基于遗传算法和BP神经网络建立了材料的本构关系模型,所建本构模型精度高,能较好预测材料的流动应力,从而为有限元模拟提供了重要和可靠的材料本构数据来源。提出了一种行之有效的高速切削加工过程材料本构建模方法。4.采用有限元ABAQUS软件,对Ti6Al4V钛合金高速正交切削过程进行了有限元仿真研究。通过有限元分析得出了锯齿形切屑的形成机理为:由于刃口处工件材料在高温下软化,发生热塑性失稳,使第一变形区发生集中滑移变形并诱发绝热剪切,从而导致锯齿节块的形成。同时,完成了Ti6Al4V钛合金高速正交切削实验研究,将有限元模拟结果与实验结果进行对比验证,发现具有较好的吻合性,从而验证了有限元仿真关于钛合金锯齿形切屑形成机理为热塑性失稳的结论。