鎳基高溫合金微銑削加工理論及應(yīng)用技術(shù)

目錄
“21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)叢書(shū)”序
前言
第1章 緒論 1
1.1 鎳基高溫合金組成、性質(zhì)及應(yīng)用 1
1.2 鎳基高溫合金切削性能 5
1.3 介觀尺度鎳基高溫合金微小結(jié)構(gòu)/零件加工 6
1.4 微銑削加工技術(shù)研究進(jìn)展 7
1.4.1 微銑削力模型 7
1.4.2 微銑削溫度 7
1.4.3 微銑削加工穩(wěn)定性 8
1.4.4 微銑削加工刀具磨損和破損 9
1.4.5 微銑削加工表面完整性 11
1.5 鎳基高溫合金微銑削加工面臨的挑戰(zhàn) 13
參考文獻(xiàn) 14
第2章 鎳基高溫合金Inconel718微銑削力解析建模 22
2.1 引言 22
2.2 微銑刀刀齒齒尖徑向跳動(dòng) 22
2.2.1 微銑刀刀齒齒尖徑向跳動(dòng)試驗(yàn) 22
2.2.2 微銑刀刀齒齒尖徑向跳動(dòng)預(yù)測(cè)模型 26
2.3 微銑削過(guò)程切削厚度模型 28
2.3.1 微銑刀刀齒齒尖運(yùn)動(dòng)軌跡建模 28
2.3.2 微銑削加工中的單齒切削現(xiàn)象 28
2.3.3 切削厚度模型類(lèi)型 31
2.4 鎳基高溫合金微銑削力模型 34
2.4.1 微銑削過(guò)程分析 35
2.4.2 微銑削力建模基礎(chǔ) 37
2.4.3 微銑削力模型類(lèi)型 43
2.4.4 微銑削力系數(shù) 49
2.4.5 微銑削力模型驗(yàn)證與分析 53
2.5 鎳基高溫合金微銑削力經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?55
2.5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 55
2.5.2 微銑削力經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⒓皺z驗(yàn) 56
2.6 本章小結(jié) 61
參考文獻(xiàn) 61
第3章 鎳基高溫合金Inconel718微銑削力熱耦合分析 63
3.1 引言 63
3.2 考慮切削溫度的微銑削力模型 63
3.2.1 以剪切效應(yīng)為主導(dǎo)的微銑削力模型 64
3.2.2 以耕犁效應(yīng)為主導(dǎo)的微銑削力模型 71
3.2.3 微銑削力坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 72
3.3 微銑削溫度模型 73
3.4 微銑削熱力耦合計(jì)算 77
3.4.1 熱力耦合計(jì)算模型 77
3.4.2 熱力耦合計(jì)算模型試驗(yàn)驗(yàn)證 78
3.5 切削參數(shù)對(duì)微銑削力熱的影響規(guī)律 81
3.5.1 主軸轉(zhuǎn)速對(duì)微銑削力熱的影響 81
3.5.2 每齒進(jìn)給量對(duì)微銑削力熱的影響 82
3.5.3 軸向切深對(duì)微銑削力熱的影響 83
3.6 微銑刀過(guò)渡圓弧對(duì)微銑削溫度的影響 83
3.6.1 微銑刀刀尖圓弧和側(cè)刃刃口圓弧 84
3.6.2 基于DEFORM-3D的微銑削溫度場(chǎng)仿真模型 85
3.6.3 刀尖圓弧半徑對(duì)微銑削溫度的影響 87
3.6.4 側(cè)刃刃口圓弧半徑對(duì)微銑削溫度的影響 90
3.7 本章小結(jié) 91
參考文獻(xiàn) 91
第4章 鎳基高溫合金微銑削加工刀具磨損及早期破損 94
4.1 引言 94
4.1.1 微銑刀磨損 94
4.1.2 微銑刀破損 95
4.2 微銑刀磨損試驗(yàn) 96
4.2.1 試驗(yàn)設(shè)備與說(shuō)明 96
4.2.2 微銑刀磨損表征 97
4.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 97
4.2.4 微銑刀磨損形態(tài)及磨損量 98
4.2.5 微銑刀磨損特點(diǎn)及原因分析 107
4.2.6 微銑刀磨損對(duì)加工表面形貌的影響 109
4.3 微銑刀磨損正交試驗(yàn) 120
4.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 120
4.3.2 切削參數(shù)及切削時(shí)間對(duì)微銑刀磨損的影響 121
4.4 基于仿真的鎳基高溫合金微銑削加工刀具磨損預(yù)測(cè) 124
4.4.1 微銑削過(guò)程仿真軟件 124
4.4.2 鎳基高溫合金微銑削過(guò)程三維仿真 125
4.4.3 微銑刀磨損仿真結(jié)果及試驗(yàn)驗(yàn)證 132
4.4.4 每齒進(jìn)給量對(duì)微銑刀磨損的影響 133
4.5 微銑刀破損預(yù)測(cè) 135
4.5.1 微銑刀受力分析及破損危險(xiǎn)部位確定 136
4.5.2 微銑刀破損極限應(yīng)力 139
4.5.3 微銑刀破損預(yù)測(cè)曲線及其驗(yàn)證 140
4.6 本章小結(jié) 143
參考文獻(xiàn) 143
第5章 考慮尺度效應(yīng)的鎳基高溫合金微銑削過(guò)程仿真 146
5.1 引言 146
5.2 考慮尺度效應(yīng)的材料本構(gòu)方程 147
5.2.1 應(yīng)變梯度塑性理論 147
5.2.2 基于應(yīng)變梯度塑性理論的J-C本構(gòu)方程 148
5.2.3 微銑削過(guò)程應(yīng)變梯度的求解 149
5.3 微銑削過(guò)程有限元仿真 151
5.3.1 微銑削過(guò)程二維仿真建模 151
5.3.2 幾何模型及網(wǎng)格劃分 152
5.3.3 材料參數(shù)與斷裂準(zhǔn)則設(shè)置 152
5.3.4 用戶材料子程序二次開(kāi)發(fā) 153
5.3.5 有限元仿真模型的試驗(yàn)驗(yàn)證 154
5.4 切削厚度對(duì)切削力和切屑的影響 158
5.5 本章小結(jié) 162
參考文獻(xiàn) 162
第6章 鎳基高溫合金微銑削加工顫振穩(wěn)定性 165
6.1 引言 165
6.2 微銑削過(guò)程動(dòng)力學(xué)建模 166
6.2.1 微銑削過(guò)程分析 167
6.2.2 微銑削系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 168
6.2.3 微銑削過(guò)程瞬時(shí)切削厚度模型 170
6.3 微銑削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析 175
6.3.1 子結(jié)構(gòu)響應(yīng)耦合法基本理論 175
6.3.2 微銑削系統(tǒng)刀尖頻響函數(shù) 176
6.3.3 利用梁理論計(jì)算刀具子結(jié)構(gòu)A部分的頻響函數(shù) 180
6.3.4 刀尖頻響函數(shù)試驗(yàn) 184
6.3.5 微銑削系統(tǒng)刀尖頻響函數(shù)計(jì)算 191
6.3.6 刀具的等效結(jié)構(gòu)物理系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)化 193
6.4 鎳基高溫合金微銑削顫振穩(wěn)定性 195
6.4.1 微銑削動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 195
6.4.2 利用數(shù)值積分法求解微銑削系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 195
6.4.3 微銑削過(guò)程仿真設(shè)置 197
6.4.4 微銑削過(guò)程顫振穩(wěn)定性葉瓣圖 200
6.4.5 顫振穩(wěn)定性預(yù)測(cè)及試驗(yàn)驗(yàn)證 204
6.5 考慮離心力和陀螺效應(yīng)的微銑削顫振穩(wěn)定性 221
6.5.1 考慮離心力和陀螺效應(yīng)的微銑刀刀尖頻響函數(shù) 222
6.5.2 微銑削穩(wěn)定性葉瓣圖 240
6.6 本章小結(jié) 259
參考文獻(xiàn) 259
第7章 鎳基高溫合金微銑削加工表面形貌建模與表面粗糙度預(yù)測(cè) 263
7.1 引言 263
7.2 鎳基高溫合金微銑削加工表面形貌建模 264
7.2.1 微銑削加工表面形貌形成機(jī)理 265
7.2.2 考慮微銑削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的微銑刀運(yùn)動(dòng)軌跡 266
7.2.3 微銑削加工表面形貌仿真模型 270
7.3 微銑削加工表面粗糙度預(yù)測(cè) 280
7.3.1 SVM 280
7.3.2 基于SVM的微銑削加工表面粗糙度預(yù)測(cè)模型 285
7.3.3 表面粗糙度預(yù)測(cè)模型試驗(yàn)驗(yàn)證 289
7.4 本章小結(jié) 290
參考文獻(xiàn) 291
第8章 鎳基高溫合金微銑削加工表面殘余應(yīng)力預(yù)測(cè) 292
8.1 引言 292
8.2 殘余應(yīng)力的測(cè)試方法 293
8.3 鎳基高溫合金微銑削過(guò)程有限元仿真與殘余應(yīng)力獲取 296
8.3.1 模型與網(wǎng)格劃分 296
8.3.2 材料本構(gòu)模型及參數(shù) 299
8.3.3 切屑分離準(zhǔn)則 299
8.3.4 刀具-工件摩擦模型 300
8.3.5 微銑削過(guò)程有限元仿真 301
8.3.6 殘余應(yīng)力有限元仿真結(jié)果分析 303
8.4 每齒進(jìn)給量對(duì)微銑削加工表面殘余應(yīng)力的影響 306
8.5 本章小結(jié) 309
參考文獻(xiàn) 309
第9章 鎳基高溫合金微銑削加工硬化 311
9.1 引言 311
9.2 加工硬化的評(píng)價(jià)方法 311
9.3 微銑削加工表面顯微硬度預(yù)測(cè) 312
9.3.1 維氏顯微硬度測(cè)試原理及名義屈服應(yīng)力 312
9.3.2 維氏顯微硬度與流動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系 313
9.3.3 維氏顯微硬度與等效塑性應(yīng)變的關(guān)系 314
9.3.4 表面顯微硬度預(yù)測(cè)及結(jié)果分析 316
9.3.5 切削參數(shù)對(duì)微銑削加工表面顯微硬度的影響 319
9.4 鎳基高溫合金微銑削加工硬化解析模型 321
9.4.1 應(yīng)變硬化和硬度之間的關(guān)系 321
9.4.2 鎳基高溫合金微銑削加工硬化模型的建立 326
9.5 本章小結(jié) 332
參考文獻(xiàn) 332
第10章 鎳基高溫合金Inconel718微銑削加工工藝 334
10.1 引言 334
10.2 面向高材料去除率和低表面粗糙度的微銑削參數(shù)優(yōu)化 336
10.2.1 材料去除率及表面粗糙度預(yù)測(cè)模型 336
10.2.2 切削參數(shù)對(duì)表面粗糙度和材料去除率的影響規(guī)律 340
10.2.3 基于遺傳算法的切削參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化 342
10.3 面向低切削能耗和低表面粗糙度的切削參數(shù)優(yōu)化 346
10.3.1 微銑床主軸系統(tǒng)功率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā) 346
10.3.2 單位切削能耗及表面粗糙度預(yù)測(cè)模型 354
10.3.3 切削參數(shù)對(duì)表面粗糙度和單位切削能耗的影響規(guī)律 355
10.3.4 基于灰色關(guān)聯(lián)分析的切削參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化 357
10.4 本章小結(jié) 361
參考文獻(xiàn) 362