本書針對鈦合金加工中存在工件表面質量差、刀具磨損嚴重等問題，考慮介觀幾何特征對刀具磨損、工件表面完整性及熱-力耦合行為的影響，運用理論分析、仿真建模、試驗等手段，從介觀幾何特征的制備入手，深入研究了刃口與微織構在切削鈦合金過程中對刀具磨損、工件表面完整性及熱力耦合行為的影響規(guī)律，并以此優(yōu)化了介觀幾何特征參數(shù)，為實現(xiàn)鈦合金高效加工及刀具優(yōu)化設計提供了基礎。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 鈦合金高速銑削加工技術 1
1.1.1 鈦合金的切削加工特點 1
1.1.2 鈦合金加工中存在的問題 3
1.1.3 刀具表面介觀幾何特征 5
1.2 刀具刃口對鈦合金切削過程影響規(guī)律研究現(xiàn)狀 6
1.2.1 刀具刃口特征對切削加工的影響研究現(xiàn)狀 7
1.2.2 不同刃口形式對切削加工的影響研究現(xiàn)狀 8
1.2.3 刃口作用下的尺寸效應對切削加工的影響研究現(xiàn)狀 10
1.3 微織構刀具研究現(xiàn)狀 10
1.3.1 表面微織構技術概述及研究現(xiàn)狀 11
1.3.2 微織構刀具切削加工性能研究現(xiàn)狀 12
1.4 高速切削鈦合金刀具摩擦磨損特性研究現(xiàn)狀 13
1.5 鈦合金切削過程熱-力耦合行為研究方法 14
1.5.1 鈦合金切削過程切削力的研究現(xiàn)狀 15
1.5.2 鈦合金切削過程切削溫度的研究現(xiàn)狀 16
1.6 高速切削鈦合金表面完整性研究現(xiàn)狀 17
1.6.1 表面粗糙度研究現(xiàn)狀 18
1.6.2 表面加工硬化研究現(xiàn)狀 18
1.6.3 表面殘余應力研究現(xiàn)狀 19
1.7 本章小結 20
參考文獻 20
第2章 精密切削鈦合金刀具刃口作用機理 26
2.1 鈦合金切削刀具刃口性能評價 26
2.1.1 試驗條件 26
2.1.2 試驗方法 27
2.2 刀具刃口對鈦合金精密切削切屑形成過程影響 28
2.2.1 鈦合金切削切屑形狀 28
2.2.2 鈦合金切削切屑微觀形態(tài)與幾何特征分析 29
2.2.3 同類型刃口對切削鈦合金切屑形成過程分析 34
2.3 精密切削鈦合金刃口作用力學特性研究 43
2.3.1 精密切削鈦合金刃口作用切削力模型 44
2.3.2 考慮刃口作用的鈦合金精密切削有限元分析 50
2.3.3 精密切削鈦合金力學特性試驗研究 53
2.4 精密切削鈦合金刀具刃口刃形保持性研究 54
2.4.1 刀具材料優(yōu)選 54
2.4.2 刀具刃口刃形優(yōu)選 61
2.5 刀具刃口作用下鈦合金精密切削加工典型應用 63
2.5.1 考慮刃口作用的鈦合金精密切削極限切削深度 64
2.5.2 鈦合金精密切削最小切削深度試驗 67
2.5.3 刃口作用下鈦合金膜盤精密加工 69
2.6 本章小結 72
參考文獻 72
第3章 微織構激光制備及其對刀具性能的影響 73
3.1 微織構幾何形狀對刀具結構強度的影響 73
3.2 激光蝕除材料機理 77
3.2.1 激光加工技術 78
3.2.2 激光表面強化 78
3.2.3 激光蝕除機理 81
3.3 微織構刀具激光制備 82
3.3.1 微織構激光制備 82
3.3.2 微織構加工穩(wěn)定性 84
3.3.3 激光加工工藝參數(shù)對微織構質量影響 85
3.4 激光燒蝕對刀具基體材料組織性能影響 91
3.4.1 基體材料顆粒細化 91
3.4.2 微織構表面元素測量 91
3.4.3 基體材料顯微硬度變化 94
3.5 微織構刀具切削試驗 96
3.5.1 方案設計 96
3.5.2 切削力試驗結果分析 97
3.5.3 磨損形貌測量分析 98
3.6 本章小結 102
參考文獻 102
第4章 表面微織構減摩抗磨性能 105
4.1 微織構摩擦磨損過程仿真分析 105
4.1.1 摩擦磨損有限元模型的建立 105
4.1.2 邊界條件與載荷 105
4.1.3 不同形狀微織構表面接觸應力分析 107
4.1.4 光滑摩擦副和微坑織構摩擦副摩擦過程應力分析 108
4.2 硬質合金刀具材料摩擦磨損試驗 109
4.2.1 摩擦磨損試驗原理和方法 109
4.2.2 硬質合金微織構表面摩擦性能試驗研究 111
4.2.3 硬質合金微織構表面干摩擦性能分析 114
4.2.4 表面微坑織構參數(shù)對摩擦系數(shù)影響 116
4.3 微織構表面磨損形貌分析 118
4.3.1 盤試件磨損形貌分析 118
4.3.2 球試件磨損形貌分析 121
4.4 微坑織構減摩抗磨性能分析 124
4.5 硬質合金球頭銑刀微織構參數(shù)優(yōu)化 127
4.5.1 硬質合金球頭銑刀微織構參數(shù)優(yōu)化模型建立 127
4.5.2 微織構參數(shù)優(yōu)化 128
4.6 本章小結 129
參考文獻 129
第5章 微織構刀具切削過程熱-力耦合行為 131
5.1 微織構硬質合金球頭銑刀銑削鈦合金試驗 131
5.1.1 微織構激光制備 131
5.1.2 銑削鈦合金試驗 137
5.1.3 試驗結果分析 141
5.2 微織構硬質合金球頭銑刀應力場研究 146
5.2.1 銑削力模型 146
5.2.2 刀-屑接觸面積試驗式 148
5.2.3 受力密度函數(shù)數(shù)學模型 149
5.2.4 應力場仿真分析 152
5.3 微織構球頭銑刀銑削鈦合金溫度場研究 156
5.3.1 熱源分析 156
5.3.2 熱流密度函數(shù) 157
5.3.3 微織構球頭銑削鈦合金銑刀溫度場模型 162
5.3.4 微織構球頭銑刀溫度場的有限元仿真 168
5.4 微織構球頭銑刀熱-力耦合有限元仿真研究 172
5.4.1 刀具熱應力仿真 173
5.4.2 微織構球頭銑刀熱-力耦合仿真 175
5.4.3 仿真結果分析 176
5.5 本章小結 178
參考文獻 178
第6章 高速切削鈦合金表面完整性 181
6.1 表面完整性概述 181
6.1.1 表面完整性概念及內涵 181
6.1.2 已加工表面完整性形成過程 182
6.1.3 影響表面完整性的因素 183
6.1.4 表面完整性對零件使用性能的影響 183
6.2 微織構刀具切削鈦合金表面粗糙度測試 184
6.2.1 切削表面粗糙度正交試驗 184
6.2.2 切削表面粗糙度正交試驗數(shù)據(jù)分析 185
6.2.3 微織構刀具切削表面粗糙度影響規(guī)律 186
6.3 微織構刀具切削鈦合金表面加工硬化測試 189
6.3.1 加工硬化評價標準及測試方法 189
6.3.2 切削表面加工硬化測試結果 191
6.3.3 微織構刀具切削表面加工硬化影響規(guī)律 192
6.4 微織構刀具切削鈦合金表面殘余應力測試 195
6.4.1 切削表面殘余應力產(chǎn)生的原因 195
6.4.2 切削表面殘余應力測試結果 196
6.4.3 微織構刀具切削表面殘余應力影響規(guī)律 199
6.5 已加工表面變質層分析 203
6.5.1 已加工表面變質層顯微組織分析 203
6.5.2 已加工表面變質層能譜分析 204
6.6 本章小結 205
參考文獻 206
第7章 刀具介觀幾何特征優(yōu)化 209
7.1 刀具介觀幾何特征優(yōu)化方法 209
7.1.1 遺傳算法 209
7.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡 211
7.1.3 回歸分析 215
7.1.4 多目標優(yōu)化 218
7.2 表面完整性預測模型 219
7.2.1 表面完整性模型的建立 219
7.2.2 回歸模型的顯著性檢驗 221
7.3 微織構刀具磨損預測模型 223
7.3.1 刀具磨損模型的建立 223
7.3.2 回歸模型的顯著性檢驗 224
7.4 微織構刀具參數(shù)優(yōu)化 226
7.4.1 設計變量 226
7.4.2 目標函數(shù) 226
7.4.3 微織構參數(shù)多目標優(yōu)化結果 227
7.4.4 優(yōu)化結果的試驗驗證 232
7.5 本章小結 233
參考文獻 233
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