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微织构刀具及其切削加工 版权信息
- ISBN：9787030566270
- 条形码：9787030566270 ; 978-7-03-056627-0
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
微织构刀具及其切削加工 内容简介
本书结合作者多年来从事微织构刀具技术研究的成果撰写而成。在全面分析国内外刀具技术发展现状的基础上，着重论述微织构刀具、软涂层微织构刀具、基体表面织构化涂层刀具、多尺度表面织构刀具的设计理论、制备方法、力学性能、微观结构、切削性能及其减摩抗磨机理。本书兼顾理论和应用两方面，着眼于**的内容和动向，既有理论分析，又结合实际应用，反映了国内外微织构刀具的**成果。
微织构刀具及其切削加工 目录
目录
《21世纪先进制造技术丛书》序
前言
第1章 微织构刀具的理论基础 1
1.1 微织构刀具的概念 1
1.2 刀具表面微织构的制备方法 2
1.3 微织构刀具切削力的理论分析 6
1.4 微织构刀具切削温度的理论分析 9
1.5 软涂层微织构刀具的概念 11
1.6 软涂层对微织构刀具切削力和切削温度的影响 13
1.7 本章小结 13
第2章 微织构刀具的设计与制备 14
2.1 微织构刀具的设计 14
2.1.1 刀具表面微织构位置的确定 14
2.1.2 刀具表面微织构的结构设计 15
2.1.3 微织构结构设计的有限元建模 16
2.1.4 微织构结构参数的确定 18
2.2 硬质合金刀具表面微织构的激光加工 25
2.2.1 激光织构化技术原理 25
2.2.2 激光诱导刀具表面微织构的形成机制 28
2.2.3 硬质合金刀具表面微织构的制备 29
2.3 微织构对硬质合金刀具材料摩擦磨损特性的影响 30
2.3.1 试验方法 30
2.3.2 微织构硬质合金试样的摩擦磨损特性 32
2.4 微织构刀具的切削性能研究 41
2.4.1 试验方法 41
2.4.2 微织构刀具的切削性能 41
2.4.3 微织构刀具改善切削加工的作用机理 45
2.5 本章小结 47
第3章 软涂层微织构刀具的研究 49
3.1 软涂层材料与刀具基体材料的匹配研究 49
3.1.1 软涂层材料与基体材料的化学相容性分析 49
3.1.2 软涂层材料与基体材料的物理相容性分析 50
3.1.3 软涂层刀具的结构 56
3.2 刀具表面微织构的制备技术研究 56
3.2.1 刀具表面微织构的制备工艺 56
3.2.2 飞秒激光加工微织构的工艺参数优化 57
3.2.3 微织构刀具的制备 77
3.3 微织构表面软涂层的制备及性能研究 78
3.3.1 软涂层的制备工艺 78
3.3.2 WS2软涂层的性能测试方法 79
3.3.3 软涂层制备工艺参数的优化 81
3.3.4 软涂层微织构刀具的制备 97
3.4 软涂层微织构刀具的切削性能研究 99
3.4.1 试验方法 99
3.4.2 软涂层微织构刀具的切削性能 100
3.4.3 软涂层微织构刀具的作用机理 111
3.5 本章小结 113
第4章 基体表面织构化TiAlN涂层刀具的研究 115
4.1 基体表面织构化TiAlN涂层刀具的概念 115
4.2 TiAlN涂层刀具基体表面微纳织构的制备 118
4.2.1 TiAlN涂层刀具基体材料的确定 118
4.2.2 基体表面微纳织构的制备工艺 119
4.3 基体表面织构化对TiAlN涂层微观结构及力学性能的影响研究 132
4.3.1 基体表面织构化TiAlN涂层刀具的制备 132
4.3.2 TiAlN涂层性能测试方法 136
4.3.3 基体表面织构化对TiAlN涂层性能的影响 138
4.3.4 基体表面织构化提高TiAlN涂层结合强度的机理 152
4.4 基体表面织构化TiAlN涂层的摩擦磨损特性 163
4.4.1 试验方法 163
4.4.2 基体表面织构化对TiAlN涂层摩擦磨损性能的影响 166
4.5 基体表面织构化TiAlN涂层刀具的切削性能研究 182
4.5.1 试验方法 182
4.5.2 基体表面织构化TiAlN涂层刀具的切削性能 183
4.5.3 基体表面织构化改善TiAlN涂层刀具切削性能的机理 194
4.6 本章小结 197
第5章 多尺度表面织构陶瓷刀具的研究 199
5.1 多尺度表面织构陶瓷刀具的概念和设计思路 199
5.2 陶瓷刀具多尺度表面织构的制备工艺 201
5.2.1 纳秒激光诱导陶瓷刀具表面微织构的制备工艺 201
5.2.2 飞秒激光诱导陶瓷刀具表面纳织构的制备工艺 203
5.2.3 纳秒激光诱导陶瓷刀具表面微织构的工艺参数优化 204
5.2.4 飞秒激光诱导陶瓷刀具表面纳织构的工艺参数优化 218
5.3 多尺度表面织构陶瓷刀具的制备 227
5.3.1 表面织构陶瓷刀具制备 227
5.3.2 润滑剂的优选及其添加方式 228
5.4 多尺度表面织构陶瓷刀具的摩擦磨损特性研究 231
5.4.1 多尺度表面织构陶瓷刀具的摩擦磨损试验方案 231
5.4.2 微织构对陶瓷刀具材料表面摩擦磨损性能的影响 231
5.4.3 纳织构对陶瓷刀具材料表面摩擦磨损性能的影响 239
5.5 多尺度表面织构陶瓷刀具的切削性能研究 251
5.5.1 刀-屑接触界面的理论模型 251
5.5.2 试验方法 254
5.5.3 多尺度表面织构陶瓷刀具的切削性能及减摩机理 255
5.6 本章小结 268
参考文献 269
《21世纪先进制造技术丛书》序
前言
第1章 微织构刀具的理论基础 1
1.1 微织构刀具的概念 1
1.2 刀具表面微织构的制备方法 2
1.3 微织构刀具切削力的理论分析 6
1.4 微织构刀具切削温度的理论分析 9
1.5 软涂层微织构刀具的概念 11
1.6 软涂层对微织构刀具切削力和切削温度的影响 13
1.7 本章小结 13
第2章 微织构刀具的设计与制备 14
2.1 微织构刀具的设计 14
2.1.1 刀具表面微织构位置的确定 14
2.1.2 刀具表面微织构的结构设计 15
2.1.3 微织构结构设计的有限元建模 16
2.1.4 微织构结构参数的确定 18
2.2 硬质合金刀具表面微织构的激光加工 25
2.2.1 激光织构化技术原理 25
2.2.2 激光诱导刀具表面微织构的形成机制 28
2.2.3 硬质合金刀具表面微织构的制备 29
2.3 微织构对硬质合金刀具材料摩擦磨损特性的影响 30
2.3.1 试验方法 30
2.3.2 微织构硬质合金试样的摩擦磨损特性 32
2.4 微织构刀具的切削性能研究 41
2.4.1 试验方法 41
2.4.2 微织构刀具的切削性能 41
2.4.3 微织构刀具改善切削加工的作用机理 45
2.5 本章小结 47
第3章 软涂层微织构刀具的研究 49
3.1 软涂层材料与刀具基体材料的匹配研究 49
3.1.1 软涂层材料与基体材料的化学相容性分析 49
3.1.2 软涂层材料与基体材料的物理相容性分析 50
3.1.3 软涂层刀具的结构 56
3.2 刀具表面微织构的制备技术研究 56
3.2.1 刀具表面微织构的制备工艺 56
3.2.2 飞秒激光加工微织构的工艺参数优化 57
3.2.3 微织构刀具的制备 77
3.3 微织构表面软涂层的制备及性能研究 78
3.3.1 软涂层的制备工艺 78
3.3.2 WS2软涂层的性能测试方法 79
3.3.3 软涂层制备工艺参数的优化 81
3.3.4 软涂层微织构刀具的制备 97
3.4 软涂层微织构刀具的切削性能研究 99
3.4.1 试验方法 99
3.4.2 软涂层微织构刀具的切削性能 100
3.4.3 软涂层微织构刀具的作用机理 111
3.5 本章小结 113
第4章 基体表面织构化TiAlN涂层刀具的研究 115
4.1 基体表面织构化TiAlN涂层刀具的概念 115
4.2 TiAlN涂层刀具基体表面微纳织构的制备 118
4.2.1 TiAlN涂层刀具基体材料的确定 118
4.2.2 基体表面微纳织构的制备工艺 119
4.3 基体表面织构化对TiAlN涂层微观结构及力学性能的影响研究 132
4.3.1 基体表面织构化TiAlN涂层刀具的制备 132
4.3.2 TiAlN涂层性能测试方法 136
4.3.3 基体表面织构化对TiAlN涂层性能的影响 138
4.3.4 基体表面织构化提高TiAlN涂层结合强度的机理 152
4.4 基体表面织构化TiAlN涂层的摩擦磨损特性 163
4.4.1 试验方法 163
4.4.2 基体表面织构化对TiAlN涂层摩擦磨损性能的影响 166
4.5 基体表面织构化TiAlN涂层刀具的切削性能研究 182
4.5.1 试验方法 182
4.5.2 基体表面织构化TiAlN涂层刀具的切削性能 183
4.5.3 基体表面织构化改善TiAlN涂层刀具切削性能的机理 194
4.6 本章小结 197
第5章 多尺度表面织构陶瓷刀具的研究 199
5.1 多尺度表面织构陶瓷刀具的概念和设计思路 199
5.2 陶瓷刀具多尺度表面织构的制备工艺 201
5.2.1 纳秒激光诱导陶瓷刀具表面微织构的制备工艺 201
5.2.2 飞秒激光诱导陶瓷刀具表面纳织构的制备工艺 203
5.2.3 纳秒激光诱导陶瓷刀具表面微织构的工艺参数优化 204
5.2.4 飞秒激光诱导陶瓷刀具表面纳织构的工艺参数优化 218
5.3 多尺度表面织构陶瓷刀具的制备 227
5.3.1 表面织构陶瓷刀具制备 227
5.3.2 润滑剂的优选及其添加方式 228
5.4 多尺度表面织构陶瓷刀具的摩擦磨损特性研究 231
5.4.1 多尺度表面织构陶瓷刀具的摩擦磨损试验方案 231
5.4.2 微织构对陶瓷刀具材料表面摩擦磨损性能的影响 231
5.4.3 纳织构对陶瓷刀具材料表面摩擦磨损性能的影响 239
5.5 多尺度表面织构陶瓷刀具的切削性能研究 251
5.5.1 刀-屑接触界面的理论模型 251
5.5.2 试验方法 254
5.5.3 多尺度表面织构陶瓷刀具的切削性能及减摩机理 255
5.6 本章小结 268
参考文献 269
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微织构刀具及其切削加工 节选
第1章 微织构刀具的理论基础 本章主要介绍微织构刀具的概念和刀具表面微织构的制备方法，并分析微织构对刀具切削加工过程中切削力和切削温度的影响；然后介绍软涂层微织构刀具的概念以及软涂层对微织构刀具切削力和切削温度的影响。 1.1 微织构刀具的概念 近年来，摩擦学研究领域提出了一种表面织构(surface texturing)的概念，又称表面微织构，已被证明是提高表面摩擦学性能的有效手段。表面织构技术就是通过改变材料表面的物理结构来改善材料表面特性的方法，表面织构是具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸包等图案的点阵。表面织构在机械密封、切削刀具、轴承、计算机硬盘、气缸和活塞环、导轨等机械零部件上的应用研究表明，它具有改善表面润滑状态和减摩抗磨的作用。表面织构的作用主要表现在：在流体润滑下，每一个凹坑都相当于一个流体动压润滑轴承，在摩擦副相互运动过程中，增强了流体动压力，促进摩擦副表面形成流体动压润滑，进而提高摩擦副表面的承载力和润滑油膜刚度，实现减摩抗磨的作用；在边界润滑下，随着表面的磨损和变形，凹坑的体积缩小导致凹坑中存储的油液流出，形成挤压膜，在相对滑动过程中，存储在凹坑中的润滑油在摩擦力的作用下流出凹坑，起到对周围表面的润滑作用；在干摩擦下，表面织构能起到储存和容纳磨屑的作用，减少由于磨屑的犁沟作用而产生的高摩擦磨损。大量的研究表明，在不同的润滑状态下，表面织构的减摩机理并不相同。表面微织构的类型、分布、尺寸对摩擦副的摩擦学性能有重要影响，设计加工出合理的表面微织构才能有效地改善摩擦副的摩擦磨损性能，起到更好的减摩抗磨效果。 摩擦学与仿生学的研究表明，高性能的表面织构可以实现良好的减摩、抗黏结功能并提高耐磨性，这给刀具减摩抗磨带来了新的研究方向，也提供了理论依据。微织构刀具(micro-textured tools)是指在刀具表面（前刀面或后刀面）的特定位置上加工出具有一定尺寸、形状的微纳结构阵列(图1-1)，以改善刀具在切削过程中刀-屑接触界面的摩擦润滑状态。一方面，刀具表面的微织构可以存储切削液或润滑剂，可在刀-屑接触界面形成稳定的边界润滑层(图1-2)；另一方面，在刀具刀面上引入合理的表面织构还可以减小刀-屑接触面积，改善摩擦、润滑和散热条件，从而降低切削温度，减轻冷焊、黏结及扩散等现象，延长刀具的寿命。目前，微织构刀具的研究虽然处于起步阶段，但是国内外关于微织构刀具的研究已经取得了一定的成果，研究结果均证明了微织构具有提高刀具切削性能的作用。微织构切削刀具是一种极具发展潜力的刀具，已成为当前切削刀具研究领域的研究热点之一。 图1-1 微织构刀具示意图 图1-2 微织构刀具切削加工时形成润滑膜示意图 1.2 刀具表面微织构的制备方法 目前，刀具表面微织构的制备方法主要有：激光加工、微细电火花加工、离子束加工、电子束刻蚀、电化学加工、光刻技术、表面喷丸处理、超声加工、化学刻蚀技术等，其中以激光加工应用*为广泛。图1-3～图1-13为不同方法制备的刀具表面微织构形貌。 图1-3 硬质合金刀具表面纳秒激光加工的微织构形貌 图1-4 陶瓷刀具表面纳秒激光加工的微织构形貌 图1-5 硬质合金刀具表面飞秒激光加工的微织构形貌 图1-6 陶瓷刀具表面飞秒激光加工的微织构形貌 图1-7 硬质合金刀具表面激光加工的微纳复合织构形貌 图1-8 陶瓷刀具表面激光加工的微纳复合织构形貌 图1-9 硬质合金刀具表面微细电火花加工的微织构形貌 图1-10 PCBN刀具表面电火花加工的微织构形貌 图1-11 硬质合金刀具DLC涂层表面光刻技术加工的微织构形貌 图1-12 离子束加工铣刀刀面微织构形貌 图1-13 离子束加工铣刀刀面微织构形貌 1.3 微织构刀具切削力的理论分析 刀具表面的受力分布如图1-14所示，作用力Fs在平面上产生的应力应与所加工材料剪切变形应力τs相平衡。由此，可以得到 (1-1) (1-2) 式中，aw为切削宽度，ac为切削厚度，*为剪切角，β为摩擦角，γo为刀具前角，ω为Fr与剪切面的夹角。
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