钛合金以优异的物理特性迅速成为最重要的工程材料之一,但较差的切削性能使其成为典型的难加工材料,而且锯齿形切屑是其最常见的切屑形态。所以,本课题以钛合金Ti6Al4V为研究对象,采用切削试验和有限元模拟相结合的方法,对锯齿形切屑形成过程、锯齿形切屑的几何表征与刀具前角和切削用量之间的关系进行了研究。首先,通过钛合金Ti6Al4V的直角自由切削试验,对切削力和锯齿形切屑几何表征进行了研究。结果表明:随进给量的增大,切削力也增大但增长速率缓慢减小;随背吃刀量的增加,切削力呈正比增加;随切削速度提高,切削力呈缓慢减小趋势;随刀具前角的减小,切削力逐渐增大且对进给力的影响更加显著。锯齿化程度随着切削速度和进给量的增加而增大,随着刀具前角的减小而增大。锯齿化频率随切削速度的提高而增大,随着进给量的增加和刀具前角的减小而逐渐减小。其次,对不同切削条件下锯齿形切屑的微观形貌进行分析和研究。结果表明:随着锯齿形切屑变形程度的增加,绝热剪切带内组织特征由形变带向转变带转化;由于绝热剪切带内应变分布不均匀,其宽度由刀尖至切屑自由表面逐渐减小。锯齿形切屑顶部裂纹形成于绝热剪切带与下一个梯形基块交界处,并沿绝热剪切带向刀尖方向扩展;刀具前角对裂纹影响较显著,刀具前角为10°时,裂纹更加明显。最后,利用有限元软件ABAQUS建立钛合金Ti6Al4V正交切削的有限元模型,通过切削力和切屑形态验证有限元模型的合理性;基于对有限元模拟结果分析,深入研究了由锯齿雏形、锯齿节块、锯齿切屑组成的锯齿形切屑三阶段形成过程并提出了其相应的形成模型;探讨了各阶段的演变机理:第Ⅰ变形区内,温度弱化作用使较大剪切滑移变形始于切削层下部靠近刀尖区域;若切削过程中材料导热速率远远低于切削热产生速率,则剪切滑移区呈尖峰状向切削层顶表面方向逐渐扩展;当该区域靠近刀尖处材料达到临界热塑失稳状态时,剪切滑移区瞬间扩展至切削层顶表面,形成锯齿雏形,且整个剪切滑移区处于临界热塑失稳状态;锯齿雏形由剪切滑移区与微变形基块组成。随后在刀尖由剪切滑移区中心位置向前移动的过程中,剪切滑移区发生集中剪切滑移变形并与后续切削层材料产生破坏性剪切表面,形成锯齿节块。锯齿节块进入第Ⅱ变形区后,集中剪切滑移区内的金属仍处于热塑失稳,在前刀面和后续锯齿雏形不断长大的基块推挤作用下,锯齿节块将继续发生集中剪切滑移变形,破坏性剪切面随之增大,同时也形成了后续锯齿雏形的边界,直至其离开第Ⅱ变形区,锯齿切屑最终形成。