与传统的钢铁等材料相比,硅铝合金具有质量轻、强度高、耐磨性好等优点,且原料成本较低,被广泛应用于发动机活塞的制造中。活塞工作时受到高温、高压气体的冲击,持续受到交变载荷的作用,对于力学性能和疲劳性能要求较高。目前,主要通过优化原料配比和结构设计来提高活塞的疲劳寿命,而加工表面完整性对于活塞疲劳寿命的影响机理和规律研究较少。本文通过实验与有限元仿真相结合,探究切削参数对活塞硅铝合金ZL109切削表面完整性和低周疲劳寿命的影响规律,进而对切削参数进行优选,提高其加工表面完整性从而实现抗疲劳加工。采用单因素切削实验并结合有限元数值仿真技术对硅铝合金ZL109的切削加工机理进行了详细研究。在ABAQUS软件中建立了车削加工和残余应力的仿真模型,成功模拟出了硅铝合金ZL109车削过程中的切削力和切削温度以及车削后的表面残余应力。通过车削实验对仿真结果进行验证,结果表明仿真中的切削力略小于实际车削实验中的切削力,而有限元模型仿真出的切削温度要高于实际的切削温度,车削表层残余应力的仿真结果与实验结果较为接近。仿真中获得的切削力和切削温度以及残余应力随切削参数的变化趋势也与实验结果相一致,从而证实了所建立的仿真模型的可靠性。针对最终的精加工设计了三因素四水平正交车削实验,研究了不同切削参数对硅铝合金ZL109车削表面粗糙度、残余应力和加工硬化的影响规律。分别对实验所得数据进行极差分析和方差分析,结果显示进给量f是影响硅铝合金ZL109表面粗糙度的主要因素,表面粗糙度Ra随进给量f的增加呈现出较为明显的上升趋势。硅铝合金ZL109车削加工时容易在表面形成残余拉应力,切削速度v和进给量f对表面残余应力均具有显著性影响,切削速度v和进给量f增加时表面形成的残余拉应力迅速升高。对表面显微硬度的测试表明ZL109的车削表面会产生一定程度的加工硬化,进给量f是影响加工硬化程度的主要因素,但总体上表面硬化程度受切削参数变化的影响较小,硬化程度始终处于40%～50%附近。通过常温低周疲劳试验获得了硅铝合金ZL109的疲劳寿命曲线为N=-85992*Δε+103484,ZL109的疲劳寿命与应变幅呈负相关。ZL109的常温低周疲劳断口形貌以疲劳辉纹为主,而在高温时断口表面则出现了大量的韧窝。通过改变切削参数得到了具有不同表面完整性的试样,在相同条件下进行了低周疲劳试验。同时根据实际尺寸在ABAQUS中建立了 ZL109铝合金疲劳试样的有限元模型,施加静载荷后将应力分析结果导入到FE-safe软件中进行疲劳寿命计算。结果显示当采用较小的切削速度v和进给量f(此时试样的表面粗糙度和残余拉应力处于较低水平)加工硅铝合金ZL109时其低周疲劳寿命较高,并且疲劳寿命的计算结果与实验结果较为接近,为预测活塞的疲劳寿命并提高研发效率提供了一种可行的思路。最后,采用响应曲面法对硅铝合金ZL109的切削参数进行优选,结果显示当切削速度v=40m/min且进给量f=0.05mm/r时得到的疲劳寿命最高。