大应变挤出切削（Large Strain Extrusion Machining,LSEM）是一种新型超细晶带材制备大塑性变形技术,被加工材料经受切削与挤压双重作用,形成设定厚度的规整带材。传统大应变挤出切削过程中,由于刀屑间的摩擦作用,带材表面质量较差,缺陷很多,需进行二次加工才能满足使用要求。超声振动辅助切削能改善被加工工件表面质量,被广泛研究且已实际应用。为了克服传统大应变挤出切削工艺的缺陷,结合超声振动辅助切削的优点,本文提出一种新型工艺,即超声振动辅助大应变挤出切削（Ultrasonic Vibration assisted-Large Strain Extrusion Machining,UV-LSEM）。本文以轴向超声振动辅助大应变挤出切削（Axial Ultrasonic Vibration assisted-Large Strain Extrusion Machining,AUV-LSEM）加工过程及结果为研究对象,分别进行模拟仿真和实验,对切屑的成形机理、材料微观结构变化规律和加工参数的优化设计进行分析和研究。建立轴向和切向超声振动辅助大应变挤出切削过程中主刀具和限制刀具刀刃切削运动轨迹方程,预测切屑表面理论切痕。用有限元仿真技术,分析得出最优超声振动方向。结果表明:在合理的切削和超声振动参数条件下,AUV-LSEM有更大的等效应变和等效应变率,更有利于切屑微观组织和力学性能的改善。建立AUV-LSEM有限元模型和LSEM晶粒尺寸预测模型。对比分析了AUV-LSEM和LSEM加工过程中刀具前角、切屑厚度压缩比和超声振幅等加工参数对切削变形区形变参数如等效应变、等效应变率等的影响规律;得出了LSEM切屑晶粒尺寸分布,发现模拟仿真结果与实验结果具有良好的一致性。通过AUV-LSEM实验,分析切屑表面实际切痕,验证理论切痕的正确性。提出切屑表面质量评价指标,对比分析AUV-LSEM和LSEM切屑表面质量;对比分析AUV-LSEM和LSEM切屑微观组织和维氏硬度;设计多因素正交实验,综合应用ANOVA方法对切屑表面平均硬度进行了统计分析,对比AUV-LSEM和LSEM优化设计实验结果;设计测力仪安装台,对比分析AUV-LSEM和LSEM加工过程中产生的最高温度和平均切削力。通过对比分析实验发现:AUV-LSEM切屑表面质量更好,缺陷更少,而LSEM切屑表面有大量的鳞刺、犁沟和裂纹等缺陷,主要因为轴向超声振动能有效减小刀屑间的摩擦系数,从而降低摩擦力,挤出通道内的高频率振动往复“熨压”切屑表面,所以能大大改善切屑表面质量;AUV-LSEM切屑平均晶粒尺寸更小,位错密度更大,维氏硬度更大,主要因为轴向超声振动加速位错密度的累积,引起声残余硬化效应,所以促使切屑内晶粒细化程度加深,表面平均硬度增大;AUV-LSEM的优化设计实验结果与LSEM近似;AUV-LSEM加工过程中的最高温度和平均切削力小于LSEM,主要因为轴向超声振动减小了切削热的生成,降低了摩擦力,从而降低了切削温度和平均切削力。