金属密封环作为超高真空阀门中的关键密封零件,其性能将直接影响超高真空系统设备的健康运行与工作效率。随着半导体芯片、特种冶炼、真空镀膜等行业的蓬勃发展,超高真空阀门的应用大幅拓宽,其中的金属密封环也面临着更高性能的需求与挑战。因此,通过性能分析与结构优化提升超高真空阀门中金属密封环的综合性能显得尤为重要。本课题以某型号DN40全金属超高真空角阀的金属密封环为研究对象,基于金属密封环的结构受力与密封机理定性的分析了密封过程的基本规律,以结果为导向梳理了影响金属密封环密封性能的主要控制参数,并围绕其有限元仿真模型的建立、参数对密封性能的影响规律、密封结构的多目标优化设计和角阀的真空测量与检漏试验等方面展开深入研究。通过对实际密封结构的简化建立了金属密封环的2D有限元分析模型,经接触非线性处理后,分析了金属密封环在不同状态下的应力分布;并基于最大等效应力和最大接触应力两项评价指标研究了温度、介质压差与工作载荷等外部因素以及弧面半径r、平面高度h、平面宽度g、斜面角θ、半顶角α等结构参数对金属密封环密封性能的影响规律;又通过控制加载与卸载仿真了金属密封环的压缩回弹特性,同时以密封环直径D作为控制参数研究并给出了不同尺寸金属密封环的性能预测方程。根据各项参数与金属密封环密封性能的关系曲线,结合最大等效应力极小、最大接触应力极大的优化目标筛选出本课题的优化参数并建立多目标优化问题;同时基于响应面方法和Box-Behnken试验设计原理,通过对3因素3水平试验的合理采样,建立了金属密封环结构参数与评价目标之间的二阶响应面模型,然后评估了响应面模型的拟合性与替代性;又通过多目标遗传算法NSGA-II在基于MATLAB的Plat EMO平台完成了对金属密封环多目标优化问题的求解,并依据工程实际选择了最终优化方案。最后,通过有限元仿真对比了金属密封环优化前后的应力水平,结合超高真空角阀的真空测量和真空检漏试验,检验了角阀的技术指标,对比发现试验结果与有限元仿真结论相吻合,验证了金属密封环优化方案的合理性与正确性。