AP1000核电机组在我国核电站应用广泛,蒸发器水室封头是该机组设备的主要零部件,其材料为难加工材料508Ⅲ钢,具有较高的硬度、塑性及强度,重型切削作为其主要加工方式,属于典型的极端制造。水室封头在加工过程中切削参数远远大于普通切削(切削速度一般为300~400m/min,进给速度为1~1.2m/min,切削深度可达4mm以上),刀具在加工过程中承受较大循环冲击载荷,导致刀具损伤失效问题严重。同时由于锻造水室封头毛坯铣削去除余量大,表面缺陷较多,加工效率较低。针对以上问题,本文从结构设计优化、有限元分析及切削性能评价等方面进行研究,进行水室封头材料加工刀具切削性能研究及设计优化,对重型切削刀具的开发具有重要的理论价值和意义。首先,从水室封头结构、材料以及加工技术等方面对重型切削过程加工特性进行分析;分别结合铣削实验与仿真模拟对切削力与切削热进行研究;探讨重型切削过程中载荷特性对刀具材料损伤的影响,为硬质合金刀具失效行为研究提供一定的理论依据。其次,通过理论、实验与仿真相结合的方法,采用不同材料、结构、涂层的刀片进行切削试验,分析不同刀片的抗损伤性能;同时运用有限元分析方法,对刀片切削区域进行热-机械冲击载荷分析,并根据水室封头重型铣削刀具损伤机理,结合损伤模型和寿命预测模型,提出重型高效切削刀片的“材料-结构-涂层”匹配原则。再次,对水室封头材料加工刀具设计优化及分析,通过对比实验分析层切面铣刀的应用可行性,针对难加工材料508Ⅲ钢的大加工余量,对硬质合金刀具结构进行设计,以最优加工效率和刀具寿命为目标建立切削参数优化模型,利用MATLAB软件编写遗传算法的切削参数优化程序,得出最优参数,并根据切削参数对刀具结构进行设计。最后,对设计优化的硬质合金刀具切削性能进行评价,在实验结果的基础上选择评价指标,基于模糊数学理论,进行综合模糊评价,为重型高效切削及提高加工质量和刀具寿命提供技术支持。