镍基高温合金微铣削加工理论及应用技术

目录
“21世纪先进制造技术丛书”序
前言
第1章 绪论 1
1.1 镍基高温合金组成、性质及应用 1
1.2 镍基高温合金切削性能 5
1.3 介观尺度镍基高温合金微小结构/零件加工 6
1.4 微铣削加工技术研究进展 7
1.4.1 微铣削力模型 7
1.4.2 微铣削温度 7
1.4.3 微铣削加工稳定性 8
1.4.4 微铣削加工刀具磨损和破损 9
1.4.5 微铣削加工表面完整性 11
1.5 镍基高温合金微铣削加工面临的挑战 13
参考文献 14
第2章 镍基高温合金Inconel718微铣削力解析建模 22
2.1 引言 22
2.2 微铣刀刀齿齿尖径向跳动 22
2.2.1 微铣刀刀齿齿尖径向跳动试验 22
2.2.2 微铣刀刀齿齿尖径向跳动预测模型 26
2.3 微铣削过程切削厚度模型 28
2.3.1 微铣刀刀齿齿尖运动轨迹建模 28
2.3.2 微铣削加工中的单齿切削现象 28
2.3.3 切削厚度模型类型 31
2.4 镍基高温合金微铣削力模型 34
2.4.1 微铣削过程分析 35
2.4.2 微铣削力建模基础 37
2.4.3 微铣削力模型类型 43
2.4.4 微铣削力系数 49
2.4.5 微铣削力模型验证与分析 53
2.5 镍基高温合金微铣削力经验模型 55
2.5.1 试验设计 55
2.5.2 微铣削力经验模型的建立及检验 56
2.6 本章小结 61
参考文献 61
第3章 镍基高温合金Inconel718微铣削力热耦合分析 63
3.1 引言 63
3.2 考虑切削温度的微铣削力模型 63
3.2.1 以剪切效应为主导的微铣削力模型 64
3.2.2 以耕犁效应为主导的微铣削力模型 71
3.2.3 微铣削力坐标转换 72
3.3 微铣削温度模型 73
3.4 微铣削热力耦合计算 77
3.4.1 热力耦合计算模型 77
3.4.2 热力耦合计算模型试验验证 78
3.5 切削参数对微铣削力热的影响规律 81
3.5.1 主轴转速对微铣削力热的影响 81
3.5.2 每齿进给量对微铣削力热的影响 82
3.5.3 轴向切深对微铣削力热的影响 83
3.6 微铣刀过渡圆弧对微铣削温度的影响 83
3.6.1 微铣刀刀尖圆弧和侧刃刃口圆弧 84
3.6.2 基于DEFORM-3D的微铣削温度场仿真模型 85
3.6.3 刀尖圆弧半径对微铣削温度的影响 87
3.6.4 侧刃刃口圆弧半径对微铣削温度的影响 90
3.7 本章小结 91
参考文献 91
第4章 镍基高温合金微铣削加工刀具磨损及早期破损 94
4.1 引言 94
4.1.1 微铣刀磨损 94
4.1.2 微铣刀破损 95
4.2 微铣刀磨损试验 96
4.2.1 试验设备与说明 96
4.2.2 微铣刀磨损表征 97
4.2.3 单因素试验设计 97
4.2.4 微铣刀磨损形态及磨损量 98
4.2.5 微铣刀磨损特点及原因分析 107
4.2.6 微铣刀磨损对加工表面形貌的影响 109
4.3 微铣刀磨损正交试验 120
4.3.1 试验设计 120
4.3.2 切削参数及切削时间对微铣刀磨损的影响 121
4.4 基于仿真的镍基高温合金微铣削加工刀具磨损预测 124
4.4.1 微铣削过程仿真软件 124
4.4.2 镍基高温合金微铣削过程三维仿真 125
4.4.3 微铣刀磨损仿真结果及试验验证 132
4.4.4 每齿进给量对微铣刀磨损的影响 133
4.5 微铣刀破损预测 135
4.5.1 微铣刀受力分析及破损危险部位确定 136
4.5.2 微铣刀破损极限应力 139
4.5.3 微铣刀破损预测曲线及其验证 140
4.6 本章小结 143
参考文献 143
第5章 考虑尺度效应的镍基高温合金微铣削过程仿真 146
5.1 引言 146
5.2 考虑尺度效应的材料本构方程 147
5.2.1 应变梯度塑性理论 147
5.2.2 基于应变梯度塑性理论的J-C本构方程 148
5.2.3 微铣削过程应变梯度的求解 149
5.3 微铣削过程有限元仿真 151
5.3.1 微铣削过程二维仿真建模 151
5.3.2 几何模型及网格划分 152
5.3.3 材料参数与断裂准则设置 152
5.3.4 用户材料子程序二次开发 153
5.3.5 有限元仿真模型的试验验证 154
5.4 切削厚度对切削力和切屑的影响 158
5.5 本章小结 162
参考文献 162
第6章 镍基高温合金微铣削加工颤振稳定性 165
6.1 引言 165
6.2 微铣削过程动力学建模 166
6.2.1 微铣削过程分析 167
6.2.2 微铣削系统动力学模型 168
6.2.3 微铣削过程瞬时切削厚度模型 170
6.3 微铣削系统动态特性分析 175
6.3.1 子结构响应耦合法基本理论 175
6.3.2 微铣削系统刀尖频响函数 176
6.3.3 利用梁理论计算刀具子结构A部分的频响函数 180
6.3.4 刀尖频响函数试验 184
6.3.5 微铣削系统刀尖频响函数计算 191
6.3.6 刀具的等效结构物理系统参数转化 193
6.4 镍基高温合金微铣削颤振稳定性 195
6.4.1 微铣削动态系统 195
6.4.2 利用数值积分法求解微铣削系统动力学模型 195
6.4.3 微铣削过程仿真设置 197
6.4.4 微铣削过程颤振稳定性叶瓣图 200
6.4.5 颤振稳定性预测及试验验证 204
6.5 考虑离心力和陀螺效应的微铣削颤振稳定性 221
6.5.1 考虑离心力和陀螺效应的微铣刀刀尖频响函数 222
6.5.2 微铣削稳定性叶瓣图 240
6.6 本章小结 259
参考文献 259
第7章 镍基高温合金微铣削加工表面形貌建模与表面粗糙度预测 263
7.1 引言 263
7.2 镍基高温合金微铣削加工表面形貌建模 264
7.2.1 微铣削加工表面形貌形成机理 265
7.2.2 考虑微铣削系统动态特性的微铣刀运动轨迹 266
7.2.3 微铣削加工表面形貌仿真模型 270
7.3 微铣削加工表面粗糙度预测 280
7.3.1 SVM 280
7.3.2 基于SVM的微铣削加工表面粗糙度预测模型 285
7.3.3 表面粗糙度预测模型试验验证 289
7.4 本章小结 290
参考文献 291
第8章 镍基高温合金微铣削加工表面残余应力预测 292
8.1 引言 292
8.2 残余应力的测试方法 293
8.3 镍基高温合金微铣削过程有限元仿真与残余应力获取 296
8.3.1 模型与网格划分 296
8.3.2 材料本构模型及参数 299
8.3.3 切屑分离准则 299
8.3.4 刀具-工件摩擦模型 300
8.3.5 微铣削过程有限元仿真 301
8.3.6 残余应力有限元仿真结果分析 303
8.4 每齿进给量对微铣削加工表面残余应力的影响 306
8.5 本章小结 309
参考文献 309
第9章 镍基高温合金微铣削加工硬化 311
9.1 引言 311
9.2 加工硬化的评价方法 311
9.3 微铣削加工表面显微硬度预测 312
9.3.1 维氏显微硬度测试原理及名义屈服应力 312
9.3.2 维氏显微硬度与流动应力的关系 313
9.3.3 维氏显微硬度与等效塑性应变的关系 314
9.3.4 表面显微硬度预测及结果分析 316
9.3.5 切削参数对微铣削加工表面显微硬度的影响 319
9.4 镍基高温合金微铣削加工硬化解析模型 321
9.4.1 应变硬化和硬度之间的关系 321
9.4.2 镍基高温合金微铣削加工硬化模型的建立 326
9.5 本章小结 332
参考文献 332
第10章 镍基高温合金Inconel718微铣削加工工艺 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铣削参数优化 336
10.2.1 材料去除率及表面粗糙度预测模型 336
10.2.2 切削参数对表面粗糙度和材料去除率的影响规律 340
10.2.3 基于遗传算法的切削参数多目标优化 342
10.3 面向低切削能耗和低表面粗糙度的切削参数优化 346
10.3.1 微铣床主轴系统功率在线监测系统研发 346
10.3.2 单位切削能耗及表面粗糙度预测模型 354
10.3.3 切削参数对表面粗糙度和单位切削能耗的影响规律 355
10.3.4 基于灰色关联分析的切削参数多目标优化 357
10.4 本章小结 361
参考文献 362