Las predicciones de las respuestas mecánicas (variaciones de esfuerzo-deformación) en el mecanizado de la aleación Ti-6Al-4V son importantes para analizar las condiciones de deformación del mecanizado, optimizar los parámetros de mecanizado e investigar la generación de una superficie mecanizada. La selección de un modelo constitutivo es un factor esencial que determina el comportamiento de deformación en el modelo de simulación de mecanizado. En este artículo, se utilizaron dos modelos constitutivos: una ecuación de Johnson-Cook (JC) modificada y un modelo visco-plástico auto-consistente (VPSC) para investigar las evoluciones de esfuerzo-deformación en el proceso de mecanizado de Ti-6Al-4V. Se estableció un modelo de mecanizado por elementos finitos (EF), considerando las influencias del refinamiento de grano y los gemelos de deformación, basado en una ecuación JC modificada. El modelo VPSC se ajustó en función de la sensibilidad de la tasa de macro-deformación de la ecuación JC. Se compararon los resultados de predicción de las curvas de esfuerzo-deformación de los dos modelos, y se demostró su validez. Los resultados muestran que el endurecimiento por flujo y las inhomogeneidades son causadas por el refinamiento de grano a múltiples escalas durante el proceso de mecanizado de Ti-6Al-4V. Se activaron cinco modos de deformación por deslizamiento y un modo de gemelación compresiva en el modelo VPSC para ser consistentes con el comportamiento de macro-deformación predicho con el modelo EF. Las validaciones muestran la efectividad de la ecuación JC modificada, considerando los cambios microestructurales y el modelo VPSC ajustado, en la predicción del comportamiento dinámico en el proceso de mecanizado de Ti-6Al-4V. Los resultados proporcionan dos aspectos de macro-deformación y plasticidad policristalina para elucidar las variaciones de esfuerzo que ocurren durante el mecanizado de Ti-6Al-4V.