高速切削是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术，同时也是冲击动力学的前沿问题之一。目前，高速切削内在机理和相关基础力学问题仍不清楚，严重制约了这一先进制造技术的应用和发展。高应变率加载条件下切屑的形成及流动演化是高速切削加工的基本过程，也是高速切削机理研究的核心问题，其中涉及多个热-力和时-空耦合的动力学过程。本文重点针对高速切削过程中切屑流动失稳转变的物理机制和临界判据等核心力学问题开展系统研究。　　首先针对多种典型金属材料开展了切削速度从每秒几厘米到两百米左右的高速切削实验研究，总结了高速切削过程中切屑宏、微观组织结构随切削速度演化的共性规律。发现连续状切屑向锯齿状切屑的失稳转变是绝热剪切带在主剪切区内周期成核所致。这些周期性剪切带的极度发展会最终导致锯齿状切屑向不连续片状断屑的进一步失稳转变。　　建立了高速切削热力学模型，通过主剪切区材料的热塑性流动失稳分析，得到了高速切削热塑性流动失稳的物理判据。发现无论是切屑高速流动导致的物质对流作用还是刀-屑局部压应力的加、卸载作用都起到了抑制连续状切屑向锯齿状切屑失稳转变的作用。　　基于量纲分析和系统的高速切削数值仿真，建立了高速切削热塑性失稳的临界切削速度关于工件材料热物理参数和其它加工参数的解析表达式。发现连续状切屑向锯齿状切屑的失稳转捏受雷诺热数Pe主控，并且转捏后的锯齿频率与雷诺热数Pe之间满足统一的1/4幂函数标度律关系。　　另外，鉴于不连续片状断屑是锯齿状切屑内剪切带充分发展的结果，我们基于动量扩散理论建立了锯齿状切屑形成过程中的剪切带演化模型，得到了锯齿状切屑向不连续片状断屑失稳转变的临界判据，能够对不连续片状断屑的形成做出较为合理的预测。　　本文的研究将推动人们对热力耦合复杂应力条件下金属材料动态力学行为的认知，并为高速切削技术的发展和应用提供关键理论基础。