高速切削具有生产效率高,加工精度好等优点,在机加工领域得到广泛应用。材料切削机理的研究课题涉及到力学、热学、材料学和机械加工等多学科知识的综合应用,长期以来受到学术界和工程界普遍关注。迄今,对材料切削机理的研究大都基于单剪切面模型(single-shear plane model)和卡片模型(card model)等一维模型,而使用二维模型分析不同形态切屑的形成机理及其相互转化机制的文章鲜见报道。　　 本文对平面应变加载条件下材料的失稳行为进行了理论分析,应用分析结果研究材料正交切削过程中不同切屑的形成和转换机制。目的是揭示材料在复杂应力状态下的失稳机理,探究高速切削过程中切屑形态的形成和转换机制。在问题分析过程中,采用了理论分析与数值模拟相结合的综合方法。本文研究内容大致分为两部分:　　 1)对平面应变状态下的材料失稳行为进行了理论分析。应用线性摄动方法得到了平面应变状态下材料的失稳准则。当热软化效应强于应变硬化效应时,材料发生失稳。在平面应变状态下,因不同的比例加载条件,材料可能发生绝热剪切局部化失稳,也可能发生非局部热软化失稳或长时稳态塑性流动。材料发生失稳的临界条件和失稳模式与加载状态有关,也取决于材料剪应力与正应力耗散功率的比值。剪切局部化失稳表现出较强的压力敏感性。　　 2)应用数值模拟方法,结合通用有限元软件ABAQUS研究了AISI4340钢和45＃钢的高速切削行为。应用平面应变状态下材料失稳的分析结果,通过数值模拟方法研究了连续状切屑和锯齿状切屑的形成和转换机制。结果表明:切屑材料的长时稳态塑性流动是形成连续状切屑的主要原因。切削过程中发生的剪切局部化失稳是形成锯齿状切屑的主要原因。两种切屑形态间的转变与正应力和剪应力的比值相关,也与正应变率和剪应变率间的比值相关。即切屑材料剪应力与正应力耗散功率的比值决定了切屑形态的转变。