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论文以自然科学基金“核主泵叶轮多轴数控加工工艺规划及优化方法研究(No.51175339)”为依托。作为核主泵的核心部件,叶轮需要在高温、高压、核辐射的恶劣环境下进行长时间安全可靠的工作,要求叶轮表面具有很好的机械物理性能和水力特性。根据叶轮的特殊工作环境,常采用AISI-316L不锈钢作为叶轮加工材料,这种材料具有很好的耐酸性、耐磨性、韧性以及良好的焊接性能,尤其具有很强的抗腐蚀性能,但同时它的切削加工性能较差,属于难加工金属材料。因此,针对AISI-316L不锈钢材料铣削加工表面完整性的研究,对于提高叶轮加工表面的机械物理性能、水力特性、减少应力腐蚀裂纹、增加使用寿命等具有重要意义。基于此,以探索AISI-316L不锈钢材料平面立铣加工表面完整性作为研究目标,采用有限元仿真与试验分析相结合的研究方法。分析了铣削加工工艺中走刀轨迹、铣削参数以及相邻刀具路径之间重叠率对于工件加工表面完整性的影响,以表面残余应力、表面加工硬化、和表面粗糙度三个方面作为衡量指标。首先,为了模拟不同走刀轨迹条件下的平面立铣加工过程,基于Abaqus软件建立了AISI-316L不锈钢材料的三维热-力耦合立铣有限元模型,此模型同时考虑了切削力与切削热的作用,模拟过程与实际铣削加工过程基本符合。研究得到了工件表面残余应力分布、沿深度方向残余应力分布、以及表面塑性应变分布等结果。同时,基于此模型,研究了主轴转速、进给速度、铣削深度三要素对加工表面残余应力和塑性应变的影响。其次,通过数控加工中心对AISI-316L不锈钢材料进行平面立铣加工试验,研究中对工件加工表面残余应力、显微硬度、粗糙度以及三维表面轮廓等表面完整性指标进行了测量。论文对比了表面残余应力有限元预测结果和试验测量结果,模型预测误差不超过27%,验证了所建立的三维热-力耦合立铣有限元模型的有效性。论文同时分析了四种走刀轨迹以及铣削参数对表面加工硬化和表面粗糙度的影响,提出了改善加工表面完整性的走刀轨迹以及铣削参数优化组合选取措施。铣削加工过程中,由于行间距小于刀具直径,从而使得相邻刀具路径之间存在重叠区域,重叠区域会出现两次甚至多次重复切削现象。论文针对这种重叠现象,考虑重叠率K和重叠方向两种因素,研究了重叠现象对工件加工表面完整性的影响,为平面立式铣削中根据不同的刀具直径选择合适的行间距以及走刀轨迹提供参考。