为满足我国电力需求和经济发展需要,大力发展核电项目势在必行,目前核主泵的制造技术是我国核电技术自主化的瓶颈和攻关难点,304不锈钢作为核主泵的主体材料在工作过程中长期处于高温、高压、高辐射的特殊环境之下,因此,研究304不锈钢的切削加工特性显得尤为重要。本文围绕切削加工理论和304不锈钢切削加工特性展开研究,包括对切削热、刀-屑摩擦、切削力、以及304不锈钢的动态本构关系、已加工表面的残余应力和马氏体相变等方面进行研究,主要内容如下：(1)利用霍普金森压杆装置和万能材料实验机对304不锈钢进行常温下和高温下的准静态和动态力学性能试验,得出304不锈钢在不同温度和不同应变率条件下的应力-应变关系,结果表明304不锈钢在动态环境下存在着明显的应变率硬化和热软化现象,通过对实验结果进行分析并拟合出304不锈钢的Johnson-Cook动态本构关系。(2)将具有一定厚度的非等距平行带的主剪切区视为体积移动热源,利用非均匀体积移动热源法与镜像热源法相结合的方法,提出非等距的主剪切区切削热的解析模型。与以往的模型相比,此模型不仅可以准确地预测主剪切变形区内的温度分布,而且还能求解出切削过程中主剪切区内热源热量用于传热的比例,从而深入了对主剪切区内切削热的探讨和分析。(3)本文提出了一个新的刀-屑摩擦解析模型,与以往的模型相比,新模型具有三个明显的特点：一是对“材料转变层”的厚度进行了量化,二是将第二变形区内的剪切面和刀-屑接触面进行严格的区分,三是给出了粘结、转变和滑移三个摩擦区间内切屑流动速度和剪应变率的解析表达式,从而详尽地描述了切屑在前刀面上的流动过程。通过验证分析,此模型可以快速有效地预测出切削过程中刀-屑摩擦特性,包括粘结摩擦区的长度、刀-屑接触长度、全局摩擦系数和局部摩擦系数。结果表明当切削速度达到相当大的数值时,前刀面上的粘结摩擦区有消失的趋向,此时刀-屑接触界面上主要表现为滑移摩擦。(4)综合对主剪切区和刀-屑摩擦区的热-力耦合分析,给出关于切削力的预测模型,利用304不锈钢切削力实验进行验证,结果表明该模型的预测值与实验值具有较好的吻合性,同时还分析了切削加工参数对304不锈钢切削力的影响。(5)建立304不锈钢切削加工后残余应力分布的预测模型,此模型将刀尖圆弧半径和后刀面磨损综合考虑,在分析工件内机械应力时将“理想锋利刀具”、“仅考虑刀尖圆弧半径”和“仅考虑后刀面磨损”三种情况进行叠加处理,并将机械应力和热应力进行综合分析,在此基础上利用弹塑性加载及卸载原理预测出已加工工件内残余应力的分布。结果表明,在0.1mm～0.4mm范围内增大刀尖圆弧半径时,304不锈钢工件内最大残余压应力不仅会增大而且会向表面层下更深的区域延伸,同时后刀面的磨损也会增大304不锈钢工件内的残余压应力。(6)通过对切削加工后304不锈钢试样的已加工表面进行X射线衍射试验,在实验结果的基础上对304不锈钢的已加工表面进行物相定量分析,由此研究切削加工对304不锈钢马氏体相变的影响,并建立了切削加工参数与304不锈钢马氏体相变的关联。结果表明,304不锈钢在切削加工的过程中易诱发部分奥氏体转变为α马氏体和s马氏体,其中ε马氏体的含量要明显小于α马氏体的含量,并且转速、切削厚度和进给量均会对304不锈钢马氏体相变产生很大的影响。基于304不锈钢在核电领域中特殊工作环境的考虑,为避免304不锈钢因切削加工诱发马氏体相变,本文建议在加工过程中应尽量选择较高的转速(>910r/min)、较低的切削厚度(<0.1mm)以及合理的进给量。