大应变挤出切削是一种极有应用前景的纳米晶材料制备工艺，结合切削与挤压双重作用，对材料施加大塑性变形，并通过大应变挤出切削刀具控制纳米晶切屑的几何形状。本文设计了大应变挤出切削组合刀具（包含切削刀具和限制刀具），采用该刀具加工铝合金6061纳米晶切屑。然后，采用显微维氏硬度计测试材料硬度，采用超景深三维显微镜、金相显微镜和扫描电镜对材料的微观组织进行观察分析。同时，运用有限元方法对大应变挤出切削过程建模并进行数值模拟。结合实验手段和有限元方法，讨论大应变挤出切削微观组织的演变过程及其机理，分析切削刀具前角和切屑厚度压缩比对大应变挤出切削形变参数（等效应力、等效应变、等效应变率、切削温度和切削力）的影响，并研究纳米晶材料的热稳定性。研究发现，大应变挤出切削过程中晶粒承受大应变，经过拉伸、破碎过程细化产生纳米晶材料，机械性能得到强化，加工的纳米晶带材形状规整且表面光整。切削刀具前角和切屑厚度压缩比是大应变挤出切削过程的两个重要参数，对形变参数影响非常明显。纳米晶切屑在退火过程中，虽然发生了回复、再结晶和轻微的晶粒长大，但在100℃下具有良好的热稳定性能。