水室封头是核电站蒸汽发生器的重要组成部件,其主要材料为高强度钢508Ⅲ钢,属于难加工材料,目前一般应用涂层硬质合金刀具进行铣削加工。铣削508Ⅲ钢材料时切削参数大、冲击作用强,刀具切削力、切削温度变化明显,在低循环和高冲击的热-机械载荷作用下,微裂纹、微孔洞等损伤微结构不断发生、演化、扩展,最终导致刀具磨损严重,刀具消耗量大,加工效率低。因此针对以上问题进行铣削508Ⅲ钢材料硬质合金刀具力-热特性及磨损研究。首先,利用DEFORM软件进行切削力、切削温度仿真研究,探讨切削力变化规律和刀-屑接触区切削温度变化趋势;运用ANSYS软件进行铣刀具热-力耦合仿真研究,分析刀具温度场、应力场和总变形场分布特点,为从力-热角度解释刀具磨损提供参考依据;进行刀具磨损仿真分析,分析刀片前、后刀面磨损变化规律,为铣削508Ⅲ钢刀具磨损实验参数选择提供依据。其次,进行铣削508Ⅲ钢切削力与切削温度实验,分析影响切削力和切削温度的因素,确定影响因素的主次关系,建立铣削温度模型;通过分析刀片前刀面切削热来源,建立前刀面刀-屑接触区切削温度模型并进行验证;结合经典直角切削力模型,建立考虑有月牙洼磨损的切削力模型,为刀具磨损特性研究奠定理论基础。进而,进行铣削508Ⅲ钢硬质合金刀具磨损实验,探讨刀具磨损量与切削速度的关系,观测硬质合金刀片前、后刀面磨损形貌,探究磨损变化规律和特点,分析刀片主要磨损形式及产生原因,剖析磨损行为本质,揭示铣削刀具磨损机理。最后,绘制刀具磨损曲线,分析切削速度对刀具磨损的影响;运用灰色GM模型进行刀具磨损量预测并优选准确度最高的预测模型;基于刀具磨损最小从刀具材料、涂层及结构方面进行刀具优化设计。本研究对于降低刀具磨损速率、延缓刀具失效和提高加工效率具有较重要的实际意义。