钛合金材料性能优异,已广泛应用于航空航天、国防军工、生物医学及海洋等众多工业领域。然而,大多数钛合金材料都是难加工材料,钛合金材料在加工过程中存在温度高,刀具磨损快,加工质量和效率难保证等缺点。因此,其切削机理和加工性的研究成为了切削技术研究的热点。钛合金TC21作为一种高强、高韧、高损失容限的新型钛合金,具有高强度、高塑性、高断裂韧性及低裂纹扩展速率等优点,其综合力学性能非常优异,主要用于航空器中对强度及耐久性要求高的重要部位或关键承力部件的制作。作为一种新型材料,钛合金TC21的切削机理和加工性有待深入研究。本文重点以TC21钛合金材料的切削加工为研究对象,深入研究钛合金TC21切削机理。本文结合材料力学技术及CAE技术,研究了钛合金的力学性能,并建立了钛合金TC21切削过程仿真的有限元模型,通过对钛合金切削过程进行的仿真研究,结合实验技术深入地探讨了钛合金TC21的切削机理,为提高钛合金TC21的加工性奠定了理论基础。首先,分析了钛合金材料的性能特点和加工特性,介绍了金属切削加工的模拟研究的研究现状和趋势及本文的研究内容和框架。其次,对钛合金TC21切削有限元建模所涉及的关键技术进行详细的阐述,包括显式动力学算法、材料本构模型、切屑分离准则、刀-屑接触模型及热传导模型等。然后,进行了一系列的材料力学性能实验,包括硬度、成分测试及高温拉伸、Hopkinson压缩实验等,并建立了钛合金TC21的Johnson-Cook材料模型。采用有限元法建立了钛合金TC21的正交直角切削模型对切屑成型机理进行了研究,证明了绝热剪切是锯齿状的成形原因,同时,还建立了三维车削有限元模型,对钛合金的车削过程进行了模拟和分析。最后,通过一系列的单因素铣削力实验研究了铣削参数对铣削力的影响,及多因素回归正交实验建立了钛合金TC21铣削力预测模型,为钛合金切削有限元模型提供了验证模型和切削加工的工艺参数优化及参数的合理选择奠定了基础。