核电汽轮机长期处于高温潮湿的蒸汽环境,使得汽缸中分面进气口、抽气口转子支撑处容易发生腐蚀和应力开裂,引起转子偏转,造成设备故障。为此,可在汽缸中分面进气口、抽气口表面堆焊一层耐高温、耐腐蚀和抗氧化的镍基堆焊合金。堆焊完成后需对其进行铣削加工,获得光滑平整的表面,以确保汽轮机上、下半缸体紧密贴合。然而,镍基堆焊合金导热性能差、黏附性能强,加之堆焊获得的表面平整度低,材料一致性差,这使得刀具磨损和破损严重,用刀成本居高不下,是亟待攻克的制造难题。本文以核电汽轮机缸体中分面进气口、抽气口处的不规则、非均匀的镍基堆焊合金为对象,以耐冲击性能较强的硬质合金铣削刀具磨损性能为突破口,结合绿色环保的微量润滑技术（Minimal Quantity Lubrication,简称MQL）,实时监测铣削特征参量,建立镍基堆焊合金铣削刀具磨损模型,预测刀具磨损。主要工作如下:（1）研究堆焊厚度对镍基堆焊合金材料性能和铣削性能的影响。讨论不同堆焊厚度下镍基堆焊合金的显微硬度和金相组织,发现每一次堆焊会引起镍基堆焊合金碳化物析出,这是造成不同堆焊厚度下铣削性能变化的主要原因;此外,分析了堆焊厚度对铣削力、铣削温度、表面粗糙度、表面形貌等铣削目标参量的影响,并进行多目标优化。结果表明,当堆焊厚度小于焊丝直径时,镍基堆焊合金铣削性能最好,当堆焊厚度为大于焊丝直径且小于2倍焊丝直径时,镍基堆焊合金铣削性能最差,当堆焊厚度大于2倍焊丝直径时,镍基堆焊合金铣削性能最稳定。（2）研究镍基堆焊合金摩擦磨损特性。以刀具材料硬质合金和工件材料镍基堆焊合金作为对磨副进行摩擦磨损试验,分析温度对摩擦系数和磨损率的影响,着重讨论无涂层和涂层硬质合金在不同温度下的磨面形貌特征、物相组成和磨损机理;结果表明,温度对摩擦系数、磨损率、磨面形貌与磨损机理影响程度大。温度升高,摩擦系数降低,磨损率上升。当温度小于600°C时主要的磨损机理为黏结磨损和磨料磨损,当温度高于600°C开始出现氧化磨损。TiAlN涂层高温抗氧化性能强,但低温耐磨损、抗黏结性能差。TiN涂层低温能耐磨损性能强,但高温抗氧化性能差。（3）研究镍基堆焊合金铣削加工刀具磨损特性。开展镍基堆焊合金面铣参数优化试验,基于表面粗糙度信噪比分析确定镍基堆焊合金面铣最优参数,并以此参数进行刀具磨损试验。对比分析了无涂层硬质合金刀片、TiAlN/TiN涂层刀片和TiN/Al₂O₃涂层刀片在干切削和MQL切削条件下顺铣与逆铣时的磨损量和磨损机理,重点探讨MQL喷射位置对刀具磨损的影响。结果表明,即使在MQL的帮助下无涂层硬质合金刀片仍发生严重的崩刃破坏或剧烈磨损,不适用于加工镍基堆焊合金;TiAlN/TiN涂层刀片的磨损性能取决于铣削方式与润滑方式,逆铣时MQL喷射在刀齿切出位置,顺铣时MQL喷射在刀齿切入和切出位置均能大幅降低刀具磨损;TiN/Al₂O₃涂层刀片表现出了最优的耐磨损性能,在MQL帮助下其最大去除体积76.8cm³远高于无涂层硬质合金刀片3.5cm³和TiAlN/TiN涂层硬质合金刀片18.1cm³,最佳切削方式为逆铣且MQL喷射在刀齿切出工件位置。（4）对镍基堆焊合金铣削力、铣削温度、声发射和铣削功率等特征信号进行监测,通过分析MQL引入前后铣削特征参量变化,确定MQL对铣削刀具磨损的影响。结果表明,铣削力信号垂直于进给的法向分量能够准确用于评价MQL条件下的刀具磨损,而铣削温度信号对于刀具磨损状态监测存在滞后性,声发射信号数据量大,需二次处理,无法实时在线监测刀具磨损状态。此外,顺铣时当走刀频率为MQL喷射频率的公倍数时容易引起自激振动,使铣削处于非稳态,故采用逆铣方式更为妥当。当用TiN/Al₂O₃涂层刀片在最优铣削参数条件下加工单个核电汽轮机缸体中分面镍基堆焊合金时,MQL逆铣能减少约3%的铣削能耗,节约114片刀片,降低用刀成本共计$1,025.4。最后,以泰勒刀具磨损经验公式来完成刀具材料和工件材料的匹配,实时监测铣削力,通过变量代换,建立了镍基堆焊合金铣削刀具磨损解析模型,实践证明,该模型能够准确预测铣削刀具磨损。