6061铝合金(A16061)属于Al-Mg-Si系合金,具有较好的工艺性、塑性、热稳定性,且重量轻、耐腐蚀,广泛应用于光学照明、通信、医疗设备、汽车、军事和航空航天等领域。目前,超精密金刚石切削表面生成影响因素研究主要涉及加工参数、环境条件、工件材料、刀具几何形状和刀具工件振动等因素,其中材料因素影响的相关研究,包括材料弹塑性、材料各向异性、材料的溶胀、结晶相特性等,其研究成果表明材料特性对超精密切削表面生成的影响不可忽略。然而,对于Al6061材料中结晶相对于超精密切削表面质量影响的研究较少,尤其是结晶相金刚石切削过程中相关的物理性能、弹塑性、损伤特性等参数更是无从参考。本文基于Al6061的结晶相特性探索其超精密金刚石切削表面生成机理,研究一种新的材料本构方程参数获取方法,构建考虑Al6061材料中结晶相(AlFeSi相)影响的Al6061超精密金刚石切削有限元模型,分析AlFeSi相对切削力、切削表面划痕生成与切屑生成的影响,并提出Al6061超精密加工优化方法,减少其表面划痕生成量。本文研究成果对深入揭示Al超精密金刚石切削表面生成机理、获得高质量的光学零件具有重要的理论和应用价值。主要研究工作如下:(1)研究Al6061金刚石切削性能和影响超精密切削表面质量的因素,分析该合金中结晶相的存在对其表面生成、切屑形态和切削力的影响,并通过超精密切削实验发现,Al6061材料中结晶相会在切削表面和切屑表面产生大量的白色结晶相、黑色结晶相、划痕、凹坑等,其中切削表面的划痕和凹坑是影响表面质量的主要因素,其来源于白色结晶相。(2)研究Al6061材料中结晶相的生成机理及粒径分布特性,揭示结晶相特性与切削表面质量的关系。分析Al6061材料的温度-相转换特性,获得结晶相转变与时效温度、时效时间、相转变类型的影响规律,建立不同时效条件下Al6061表面结晶相生成规律。研究发现:结晶相主要包括黑色状结晶相(Mg2Si相)和白色状结晶相(长条状结晶相:β-AlFeSi,块状结晶相:α-AlFeSi);结晶相粒径分布受时效温度和时效时间影响,且Al6061金刚石切削表面粗糙度的变化规律与粒径大于1μm AlFeSi相颗粒的数量呈线性相关。(3)为构建基于AlFeSi相特性的Al6061超精密金刚石切削有限元模型,研究白色结晶相(AlFeSi相)的物理/热物理特性、弹塑性和损伤特性,利用金属材料性能的计算原理获得AlFeSi相的物理及热物理特性,以及不同温度和不同应变率下的应力-应变曲线,计算分析得出AlFeSi相材料的弹塑性本构方程参数和损伤本构方程参数,并结合AlFeSi相的材料划痕实验及有限元计算,验证获得的AlFeSi相的弹塑性本构方程参数A、B、n、C、m和损伤本构方程参数D1～D5的有效性。(4)基于AlFeSi相特性的Al6061超精密金刚石切削有限元模型研究,分析AlFeSi相对切削力、切屑形态、切削表面划痕生成、切屑与刀具摩擦等性能的影响,并与实验结果对比。研究结果表明,与忽略AlFeSi相影响的有限元模型相比,本文建立的有限元模型计算的切削力均值和实验所测量的切削力吻合效果更好;且AlFeSi相会导致切削力峰值增大和切削力的波动幅度增加,使得切削力的不稳定性增加;AlFeSi相和金刚石前刀面的摩擦系数比基体材料(A16061)和金刚石刀具的更高;切屑与金刚石前刀面摩擦系数变化与AlFeSi相(粒径大于1μm)的数量呈线性相关。(5)研究Al6061超精密切削加工的优化方法,为获取精度水平更高的Al6061超精密切削表面。基于AlFeSi相生成机理与剪切变形的影响因素,设计不同时效参数、切削参数、切削环境温度等参数,进行Al6061超精密金刚石切削实验,分析在不同加工参数条件下,AlFeSi相对Al6061表面划痕生成的影响,给出优化的加工参数。