鎳基高溫合金微銑削加工理論及應用技術

目錄
“21世紀先進制造技術叢書”序
前言
第1章 緒論 1
1.1 鎳基高溫合金組成、性質(zhì)及應用 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 微銑削加工技術研究進展 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 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 22
2.2.1 微銑刀刀齒齒尖徑向跳動試驗 22
2.2.2 微銑刀刀齒齒尖徑向跳動預測模型 26
2.3 微銑削過程切削厚度模型 28
2.3.1 微銑刀刀齒齒尖運動軌跡建模 28
2.3.2 微銑削加工中的單齒切削現(xiàn)象 28
2.3.3 切削厚度模型類型 31
2.4 鎳基高溫合金微銑削力模型 34
2.4.1 微銑削過程分析 35
2.4.2 微銑削力建模基礎 37
2.4.3 微銑削力模型類型 43
2.4.4 微銑削力系數(shù) 49
2.4.5 微銑削力模型驗證與分析 53
2.5 鎳基高溫合金微銑削力經(jīng)驗模型 55
2.5.1 試驗設計 55
2.5.2 微銑削力經(jīng)驗模型的建立及檢驗 56
2.6 本章小結(jié) 61
參考文獻 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 以剪切效應為主導的微銑削力模型 64
3.2.2 以耕犁效應為主導的微銑削力模型 71
3.2.3 微銑削力坐標轉(zhuǎn)換 72
3.3 微銑削溫度模型 73
3.4 微銑削熱力耦合計算 77
3.4.1 熱力耦合計算模型 77
3.4.2 熱力耦合計算模型試驗驗證 78
3.5 切削參數(shù)對微銑削力熱的影響規(guī)律 81
3.5.1 主軸轉(zhuǎn)速對微銑削力熱的影響 81
3.5.2 每齒進給量對微銑削力熱的影響 82
3.5.3 軸向切深對微銑削力熱的影響 83
3.6 微銑刀過渡圓弧對微銑削溫度的影響 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的微銑削溫度場仿真模型 85
3.6.3 刀尖圓弧半徑對微銑削溫度的影響 87
3.6.4 側(cè)刃刃口圓弧半徑對微銑削溫度的影響 90
3.7 本章小結(jié) 91
參考文獻 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 96
4.2.1 試驗設備與說明 96
4.2.2 微銑刀磨損表征 97
4.2.3 單因素試驗設計 97
4.2.4 微銑刀磨損形態(tài)及磨損量 98
4.2.5 微銑刀磨損特點及原因分析 107
4.2.6 微銑刀磨損對加工表面形貌的影響 109
4.3 微銑刀磨損正交試驗 120
4.3.1 試驗設計 120
4.3.2 切削參數(shù)及切削時間對微銑刀磨損的影響 121
4.4 基于仿真的鎳基高溫合金微銑削加工刀具磨損預測 124
4.4.1 微銑削過程仿真軟件 124
4.4.2 鎳基高溫合金微銑削過程三維仿真 125
4.4.3 微銑刀磨損仿真結(jié)果及試驗驗證 132
4.4.4 每齒進給量對微銑刀磨損的影響 133
4.5 微銑刀破損預測 135
4.5.1 微銑刀受力分析及破損危險部位確定 136
4.5.2 微銑刀破損極限應力 139
4.5.3 微銑刀破損預測曲線及其驗證 140
4.6 本章小結(jié) 143
參考文獻 143
第5章 考慮尺度效應的鎳基高溫合金微銑削過程仿真 146
5.1 引言 146
5.2 考慮尺度效應的材料本構(gòu)方程 147
5.2.1 應變梯度塑性理論 147
5.2.2 基于應變梯度塑性理論的J-C本構(gòu)方程 148
5.2.3 微銑削過程應變梯度的求解 149
5.3 微銑削過程有限元仿真 151
5.3.1 微銑削過程二維仿真建模 151
5.3.2 幾何模型及網(wǎng)格劃分 152
5.3.3 材料參數(shù)與斷裂準則設置 152
5.3.4 用戶材料子程序二次開發(fā) 153
5.3.5 有限元仿真模型的試驗驗證 154
5.4 切削厚度對切削力和切屑的影響 158
5.5 本章小結(jié) 162
參考文獻 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 微銑削過程動力學建模 166
6.2.1 微銑削過程分析 167
6.2.2 微銑削系統(tǒng)動力學模型 168
6.2.3 微銑削過程瞬時切削厚度模型 170
6.3 微銑削系統(tǒng)動態(tài)特性分析 175
6.3.1 子結(jié)構(gòu)響應耦合法基本理論 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 184
6.3.5 微銑削系統(tǒng)刀尖頻響函數(shù)計算 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)動力學模型 195
6.4.3 微銑削過程仿真設置 197
6.4.4 微銑削過程顫振穩(wěn)定性葉瓣圖 200
6.4.5 顫振穩(wěn)定性預測及試驗驗證 204
6.5 考慮離心力和陀螺效應的微銑削顫振穩(wěn)定性 221
6.5.1 考慮離心力和陀螺效應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 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測 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理 265
7.2.2 考慮微銑削系統(tǒng)動態(tài)特性的微銑刀運動軌跡 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測 280
7.3.1 SVM 280
7.3.2 基于SVM的微銑削加工表面粗糙度預測模型 285
7.3.3 表面粗糙度預測模型試驗驗證 289
7.4 本章小結(jié) 290
參考文獻 291
第8章 鎳基高溫合金微銑削加工表面殘余應力預測 292
8.1 引言 292
8.2 殘余應力的測試方法 293
8.3 鎳基高溫合金微銑削過程有限元仿真與殘余應力獲取 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 切屑分離準則 299
8.3.4 刀具-工件摩擦模型 300
8.3.5 微銑削過程有限元仿真 301
8.3.6 殘余應力有限元仿真結(jié)果分析 303
8.4 每齒進給量對微銑削加工表面殘余應力的影響 306
8.5 本章小結(jié) 309
參考文獻 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 加工硬化的評價方法 311
9.3 微銑削加工表面顯微硬度預測 312
9.3.1 維氏顯微硬度測試原理及名義屈服應力 312
9.3.2 維氏顯微硬度與流動應力的關系 313
9.3.3 維氏顯微硬度與等效塑性應變的關系 314
9.3.4 表面顯微硬度預測及結(jié)果分析 316
9.3.5 切削參數(shù)對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 應變硬化和硬度之間的關系 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 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測模型 336
10.2.2 切削參數(shù)對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)測系統(tǒng)研發(fā) 346
10.3.2 單位切削能耗及表面粗糙度預測模型 354
10.3.3 切削參數(shù)對表面粗糙度和單位切削能耗的影響規(guī)律 355
10.3.4 基于灰色關聯(lián)分析的切削參數(shù)多目標優(yōu)化 357
10.4 本章小結(jié) 361
參考文獻 362