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第1章 绪论1

1.1 钛合金高速铣削加工技术1

1.1.1 钛合金的切削加工特点1

1.1.2 钛合金加工中存在的问题3

1.1.3 刀具表面介观几何特征5

1.2 刀具刃口对钛合金切削过程影响规律研究现状6

1.2.1 刀具刃口特征对切削加工的影响研究现状7

1.2.2 不同刃口形式对切削加工的影响研究现状8

1.2.3 刃口作用下的尺寸效应对切削加工的影响研究现状10

1.3 微织构刀具研究现状10

1.3.1 表面微织构技术概述及研究现状11

1.3.2 微织构刀具切削加工性能研究现状12

1.4 高速切削钛合金刀具摩擦磨损特性研究现状13

1.5 钛合金切削过程热-力耦合行为研究方法14

1.5.1 钛合金切削过程切削力的研究现状15

1.5.2 钛合金切削过程切削温度的研究现状16

1.6 高速切削钛合金表面完整性研究现状17

1.6.1 表面粗糙度研究现状18

1.6.2 表面加工硬化研究现状18

1.6.3 表面残余应力研究现状19

1.7 本章小结20

参考文献20

第2章 精密切削钛合金刀具刃口作用机理26

2.1 钛合金切削刀具刃口性能评价26

2.1.1 试验条件26

2.1.2 试验方法27

2.2 刀具刃口对钛合金精密切削切屑形成过程影响28

2.2.1 钛合金切削切屑形状28

2.2.2 钛合金切削切屑微观形态与几何特征分析29

2.2.3 同类型刃口对切削钛合金切屑形成过程分析34

2.3 精密切削钛合金刃口作用力学特性研究43

2.3.1 精密切削钛合金刃口作用切削力模型44

2.3.2 考虑刃口作用的钛合金精密切削有限元分析50

2.3.3 精密切削钛合金力学特性试验研究53

2.4 精密切削钛合金刀具刃口刃形保持性研究54

2.4.1 刀具材料优选54

2.4.2 刀具刃口刃形优选61

2.5 刀具刃口作用下钛合金精密切削加工典型应用63

2.5.1 考虑刃口作用的钛合金精密切削极限切削深度64

2.5.2 钛合金精密切削最小切削深度试验67

2.5.3 刃口作用下钛合金膜盘精密加工69

2.6 本章小结72

参考文献72

第3章 微织构激光制备及其对刀具性能的影响73

3.1 微织构几何形状对刀具结构强度的影响73

3.2 激光蚀除材料机理77

3.2.1 激光加工技术78

3.2.2 激光表面强化78

3.2.3 激光蚀除机理81

3.3 微织构刀具激光制备82

3.3.1 微织构激光制备82

3.3.2 微织构加工稳定性84

3.3.3 激光加工工艺参数对微织构质量影响85

3.4 激光烧蚀对刀具基体材料组织性能影响91

3.4.1 基体材料颗粒细化91

3.4.2 微织构表面元素测量91

3.4.3 基体材料显微硬度变化94

3.5 微织构刀具切削试验96

3.5.1 方案设计96

3.5.2 切削力试验结果分析97

3.5.3 磨损形貌测量分析98

3.6 本章小结102

参考文献102

第4章 表面微织构减摩抗磨性能105

4.1 微织构摩擦磨损过程仿真分析105

4.1.1 摩擦磨损有限元模型的建立105

4.1.2 边界条件与载荷105

4.1.3 不同形状微织构表面接触应力分析107

4.1.4 光滑摩擦副和微坑织构摩擦副摩擦过程应力分析108

4.2 硬质合金刀具材料摩擦磨损试验109

4.2.1 摩擦磨损试验原理和方法109

4.2.2 硬质合金微织构表面摩擦性能试验研究111

4.2.3 硬质合金微织构表面干摩擦性能分析114

4.2.4 表面微坑织构参数对摩擦系数影响116

4.3 微织构表面磨损形貌分析118

4.3.1 盘试件磨损形貌分析118

4.3.2 球试件磨损形貌分析121

4.4 微坑织构减摩抗磨性能分析124

4.5 硬质合金球头铣刀微织构参数优化127

4.5.1 硬质合金球头铣刀微织构参数优化模型建立127

4.5.2 微织构参数优化128

4.6 本章小结129

参考文献129

第5章 微织构刀具切削过程热-力耦合行为131

5.1 微织构硬质合金球头铣刀铣削钛合金试验131

5.1.1 微织构激光制备131

5.1.2 铣削钛合金试验137

5.1.3 试验结果分析141

5.2 微织构硬质合金球头铣刀应力场研究146

5.2.1 铣削力模型146

5.2.2 刀-屑接触面积试验式148

5.2.3 受力密度函数数学模型149

5.2.4 应力场仿真分析152

5.3 微织构球头铣刀铣削钛合金温度场研究156

5.3.1 热源分析156

5.3.2 热流密度函数157

5.3.3 微织构球头铣削钛合金铣刀温度场模型162

5.3.4 微织构球头铣刀温度场的有限元仿真168

5.4 微织构球头铣刀热-力耦合有限元仿真研究172

5.4.1 刀具热应力仿真173

5.4.2 微织构球头铣刀热-力耦合仿真175

5.4.3 仿真结果分析176

5.5 本章小结178

参考文献178

第6章 高速切削钛合金表面完整性181

6.1 表面完整性概述181

6.1.1 表面完整性概念及内涵181

6.1.2 已加工表面完整性形成过程182

6.1.3 影响表面完整性的因素183

6.1.4 表面完整性对零件使用性能的影响183

6.2 微织构刀具切削钛合金表面粗糙度测试184

6.2.1 切削表面粗糙度正交试验184

6.2.2 切削表面粗糙度正交试验数据分析185

6.2.3 微织构刀具切削表面粗糙度影响规律186

6.3 微织构刀具切削钛合金表面加工硬化测试189

6.3.1 加工硬化评价标准及测试方法189

6.3.2 切削表面加工硬化测试结果191

6.3.3 微织构刀具切削表面加工硬化影响规律192

6.4 微织构刀具切削钛合金表面残余应力测试195

6.4.1 切削表面残余应力产生的原因195

6.4.2 切削表面残余应力测试结果196

6.4.3 微织构刀具切削表面残余应力影响规律199

6.5 已加工表面变质层分析203

6.5.1 已加工表面变质层显微组织分析203

6.5.2 已加工表面变质层能谱分析204

6.6 本章小结205

参考文献206

第7章 刀具介观几何特征优化209

7.1 刀具介观几何特征优化方法209

7.1.1 遗传算法209

7.1.2 神经网络211

7.1.3 回归分析215

7.1.4 多目标优化218

7.2 表面完整性预测模型219

7.2.1 表面完整性模型的建立219

7.2.2 回归模型的显著性检验221

7.3 微织构刀具磨损预测模型223

7.3.1 刀具磨损模型的建立223

7.3.2 回归模型的显著性检验224

7.4 微织构刀具参数优化226

7.4.1 设计变量226

7.4.2 目标函数226

7.4.3 微织构参数多目标优化结果227

7.4.4 优化结果的试验验证232

7.5 本章小结233

参考文献233