近年来,高性能机床的发展和改进使得铣削工艺更加灵活和环保,甚至可以在将来取代磨削工艺。因此,通过了解材料的性能和组织,并结合成熟的技术,对发挥铣削工艺的潜在优势是十分必要的。然而,在水平运动和旋转运动、变切屑厚度以及切屑/刀具界面摩擦的共同作用下,会引起切削亚表层的微观组织发生演变,最终导致切削亚表层力学性能的变化,进而影响加工零件的几何精度、疲劳寿命和使用性能。因此,研究Ti-6Al-4V钛合金在高速铣削过程中切削亚表层组织的演变机制及力学性能的变化,对准确预测切屑和切削亚表层微观组织结构具有积极意义。本研究以Ti-6Al-4V钛合金的高速铣削为研究对象,研究了不同切削参数对切削力、切削温度、切屑几何特征、切屑和切削亚表层显微组织演变机制以及力学性能影响。主要研究工作如下:首先,设计了 5因素5水平L25（55）的田口正交实验,开展了对Ti-6Al-4V钛合金的高速铣削实验。测量了各切削参数下的切削力和工件温度,并进行了极差分析。结果表明,切削速度对切削力和切削温度的影响最显著,其次是进给量。此外,在Abaqus/Explicit软件中建立了基于铣削实验的耦合材料损伤和断裂能的Ti-6Al-4V钛合金高速铣削温度-位移耦合有限元模型。通过对刀具旋转角度和切削时间进行离散描述不断变化的切屑。最后通过对比切削力、切削温度和切屑几何特征的实验结果验证了模型的有效性。对比结果表明,仿真模型与实验结果具有良好的很好的一致性。另外,还着重讨论了锯齿庄切屑的形成机理以及摩擦系数对剪切应力的影响。本研究建立的有限元模型、获取的实验数据和优化的切削参数可以为Ti-6Al-4V钛合金的高速切削提供技术支持。其次,基于切削力和切削温度,分别采用光学显微镜和扫描电镜观察了切屑和切削亚表层的微观组织演变,包括白层和塑性变形层,并采用X射线衍射对相变进行了分析。切屑背面可以大体分为两个明显的区域:未变形区和塑性变形区。同样地,还对切屑绝热剪切带内部与外部微观组织进行了分析比较,研究了切削参数对切屑绝热剪切带的影响。由于绝热剪切带内的微观组织被完全拉长,使得绝热剪切带的流动运动不均性突出。相比之下,剪切带外部的微观组织保持不变。同样地,切削亚表层微观组织也被划分为三个区域:基体、塑性变形区和变质层。结果表明,随着切削速度和进给速度的增大,变质层的厚度增大,而塑性变形区随切削速度的变化较小,但随进给速度的增大而逐渐增大。此外,对切屑背面和切削表面的相变分析表明,β-Ti向α-Ti的相变与时间无关。该研究对保证切削表面完整性具有十分重要的意义。最后,通过仿真和实验相结合的方法研究了铣削工件沿深度方向的残余应力分布。将线弹性参数赋予构建的仿真模型,进而将材料行为设置为非牛顿流体,并考虑热-机械耦合对变形的影响。切削过程仿真完成后,使模型冷却到室温,以便应力释放,同时让刀具直至完全停止运动。然后将铣刀从工件上移除,以确保工件和铣刀之间没有相互作用。最后,从工件上去除所施加的热—机械载荷,并将其冷却到环境温度。结果表明,残余应力在两个方向上的分布均呈钓钩状,在距离切削表面约10μm的位置处达到最大压应力值,随后沿深度方向逐渐减小到应力为零。此外,还研究了白层对残余应力的影响,当切削表面没有白层时,残余应力为拉应力,而随着白层的形成,残余拉应力转变为压应力。最后,采用纳米压痕技术对切削表面的硬度进行测量,而硬度提高与晶粒细化、孪晶和物相含量有关。通过揭示硬度、白层与残余应力之间的关系表明,随着切削表面硬度的增加,残余应力趋于压应力。切削表面硬度的提高与白层中的组织硬化有关。本研究可以为深化理解Ti-6Al-4V钛合金高速铣削表面完整性以及切削工艺参数优化进而提高零件疲劳寿命等使役性能提供理论参考和技术支撑。