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随着航空工业快速发展,具有高断裂韧性和优异疲劳寿命的损伤容限型钛合金用量不断增多。TC4-DT损伤容限型钛合金已经成为航空整体结构件的关键材料,极大地提高了新型战机的战斗性能和服役寿命。TC4-DT钛合金加工过程大多沿用TC4加工工艺,但是TC4-DT钛合金具有比TC4更强的难加工特性,切削过程中刀具磨损、振动问题更加突出,为实现钛合金结构件高速高效加工提出新的挑战。钛合金结构件具有薄壁深腔等弱刚性结构,加工过程中存在切削力和振动大等问题,难以获得很高的加工质量和效率。通过改进刀具结构,充分发挥刀具材料和涂层的优异性能,是提高结构件加工质量和效率的有效途径。本文首先基于分离式霍普金森压杆试验研究了TC4-DT钛合金在高温高应变率条件下的动态力学性能,通过研究材料应力-应变曲线和金相组织的变化规律,分析了材料的温度软化和应变率强化效应；构建了切削条件下Johnson-Cook材料本构关系模型,精确描述材料应力.应变关系,用于切削有限元仿真研究；对比研究了TC4-DT和TC4钛合金动态力学性能,揭示了塑性变形过程中TC4-DT和TC4钛合金应力和温度的不同变化规律。进行钛合金整体硬质合金刀具铣削磨损试验,使用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析等方法,研究了刀具磨损形貌,揭示磨损机理；分析了TC4-DT钛合金铣削过程中刀具磨损与切削力和振动关系,为刀具磨损在线监测提供依据；对比研究了TC4-DT和TC4钛合金的切削力、振动和表面粗糙度,评估TC4-DT钛合金铣削加工特性；提出了TC4-DT和TC4铣削加工的不同刀具磨钝标准以及基于切削过程参量的刀具使用容限评价方法。基于TC4-DT钛合金动态力学性能和铣削加工特性研究,提出了TC4-DT钛合金刀具设计准则；通过观察模仿玉米叶子边缘齿形,设计了具有特殊槽型和微刃结构的立铣刀；构建了TC4-DT钛合金二维正交切削有限元模型,并进行仿真模型参数化,根据有限元仿真结果优化了仿生刀具结构参数。定制了具有特殊槽型和微刃的仿生刀具,与具有相同前、后角和螺旋角等结构的对比刀具进行TC4-DT钛合金铣削试验,通过对比分析铣削过程的切削力、振动和温度等过程参量以及表面残余应力和粗糙度,验证并评估了自主设计仿生刀具的优异切削性能。