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微織構刀具及其切削加工 版權信息
- ISBN：9787030566270
- 條形碼：9787030566270 ; 978-7-03-056627-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
微織構刀具及其切削加工 內容簡介
本書結合作者多年來從事微織構刀具技術研究的成果撰寫而成。在全面分析國內外刀具技術發展現狀的基礎上，著重論述微織構刀具、軟涂層微織構刀具、基體表面織構化涂層刀具、多尺度表面織構刀具的設計理論、制備方法、力學性能、微觀結構、切削性能及其減摩抗磨機理。本書兼顧理論和應用兩方面，著眼于**的內容和動向，既有理論分析，又結合實際應用，反映了國內外微織構刀具的**成果。
微織構刀具及其切削加工 目錄
目錄
《21世紀先進制造技術叢書》序
前言
第1章 微織構刀具的理論基礎 1
1.1 微織構刀具的概念 1
1.2 刀具表面微織構的制備方法 2
1.3 微織構刀具切削力的理論分析 6
1.4 微織構刀具切削溫度的理論分析 9
1.5 軟涂層微織構刀具的概念 11
1.6 軟涂層對微織構刀具切削力和切削溫度的影響 13
1.7 本章小結 13
第2章 微織構刀具的設計與制備 14
2.1 微織構刀具的設計 14
2.1.1 刀具表面微織構位置的確定 14
2.1.2 刀具表面微織構的結構設計 15
2.1.3 微織構結構設計的有限元建模 16
2.1.4 微織構結構參數的確定 18
2.2 硬質合金刀具表面微織構的激光加工 25
2.2.1 激光織構化技術原理 25
2.2.2 激光誘導刀具表面微織構的形成機制 28
2.2.3 硬質合金刀具表面微織構的制備 29
2.3 微織構對硬質合金刀具材料摩擦磨損特性的影響 30
2.3.1 試驗方法 30
2.3.2 微織構硬質合金試樣的摩擦磨損特性 32
2.4 微織構刀具的切削性能研究 41
2.4.1 試驗方法 41
2.4.2 微織構刀具的切削性能 41
2.4.3 微織構刀具改善切削加工的作用機理 45
2.5 本章小結 47
第3章 軟涂層微織構刀具的研究 49
3.1 軟涂層材料與刀具基體材料的匹配研究 49
3.1.1 軟涂層材料與基體材料的化學相容性分析 49
3.1.2 軟涂層材料與基體材料的物理相容性分析 50
3.1.3 軟涂層刀具的結構 56
3.2 刀具表面微織構的制備技術研究 56
3.2.1 刀具表面微織構的制備工藝 56
3.2.2 飛秒激光加工微織構的工藝參數優化 57
3.2.3 微織構刀具的制備 77
3.3 微織構表面軟涂層的制備及性能研究 78
3.3.1 軟涂層的制備工藝 78
3.3.2 WS2軟涂層的性能測試方法 79
3.3.3 軟涂層制備工藝參數的優化 81
3.3.4 軟涂層微織構刀具的制備 97
3.4 軟涂層微織構刀具的切削性能研究 99
3.4.1 試驗方法 99
3.4.2 軟涂層微織構刀具的切削性能 100
3.4.3 軟涂層微織構刀具的作用機理 111
3.5 本章小結 113
第4章 基體表面織構化TiAlN涂層刀具的研究 115
4.1 基體表面織構化TiAlN涂層刀具的概念 115
4.2 TiAlN涂層刀具基體表面微納織構的制備 118
4.2.1 TiAlN涂層刀具基體材料的確定 118
4.2.2 基體表面微納織構的制備工藝 119
4.3 基體表面織構化對TiAlN涂層微觀結構及力學性能的影響研究 132
4.3.1 基體表面織構化TiAlN涂層刀具的制備 132
4.3.2 TiAlN涂層性能測試方法 136
4.3.3 基體表面織構化對TiAlN涂層性能的影響 138
4.3.4 基體表面織構化提高TiAlN涂層結合強度的機理 152
4.4 基體表面織構化TiAlN涂層的摩擦磨損特性 163
4.4.1 試驗方法 163
4.4.2 基體表面織構化對TiAlN涂層摩擦磨損性能的影響 166
4.5 基體表面織構化TiAlN涂層刀具的切削性能研究 182
4.5.1 試驗方法 182
4.5.2 基體表面織構化TiAlN涂層刀具的切削性能 183
4.5.3 基體表面織構化改善TiAlN涂層刀具切削性能的機理 194
4.6 本章小結 197
第5章 多尺度表面織構陶瓷刀具的研究 199
5.1 多尺度表面織構陶瓷刀具的概念和設計思路 199
5.2 陶瓷刀具多尺度表面織構的制備工藝 201
5.2.1 納秒激光誘導陶瓷刀具表面微織構的制備工藝 201
5.2.2 飛秒激光誘導陶瓷刀具表面納織構的制備工藝 203
5.2.3 納秒激光誘導陶瓷刀具表面微織構的工藝參數優化 204
5.2.4 飛秒激光誘導陶瓷刀具表面納織構的工藝參數優化 218
5.3 多尺度表面織構陶瓷刀具的制備 227
5.3.1 表面織構陶瓷刀具制備 227
5.3.2 潤滑劑的優選及其添加方式 228
5.4 多尺度表面織構陶瓷刀具的摩擦磨損特性研究 231
5.4.1 多尺度表面織構陶瓷刀具的摩擦磨損試驗方案 231
5.4.2 微織構對陶瓷刀具材料表面摩擦磨損性能的影響 231
5.4.3 納織構對陶瓷刀具材料表面摩擦磨損性能的影響 239
5.5 多尺度表面織構陶瓷刀具的切削性能研究 251
5.5.1 刀-屑接觸界面的理論模型 251
5.5.2 試驗方法 254
5.5.3 多尺度表面織構陶瓷刀具的切削性能及減摩機理 255
5.6 本章小結 268
參考文獻 269
《21世紀先進制造技術叢書》序
前言
第1章 微織構刀具的理論基礎 1
1.1 微織構刀具的概念 1
1.2 刀具表面微織構的制備方法 2
1.3 微織構刀具切削力的理論分析 6
1.4 微織構刀具切削溫度的理論分析 9
1.5 軟涂層微織構刀具的概念 11
1.6 軟涂層對微織構刀具切削力和切削溫度的影響 13
1.7 本章小結 13
第2章 微織構刀具的設計與制備 14
2.1 微織構刀具的設計 14
2.1.1 刀具表面微織構位置的確定 14
2.1.2 刀具表面微織構的結構設計 15
2.1.3 微織構結構設計的有限元建模 16
2.1.4 微織構結構參數的確定 18
2.2 硬質合金刀具表面微織構的激光加工 25
2.2.1 激光織構化技術原理 25
2.2.2 激光誘導刀具表面微織構的形成機制 28
2.2.3 硬質合金刀具表面微織構的制備 29
2.3 微織構對硬質合金刀具材料摩擦磨損特性的影響 30
2.3.1 試驗方法 30
2.3.2 微織構硬質合金試樣的摩擦磨損特性 32
2.4 微織構刀具的切削性能研究 41
2.4.1 試驗方法 41
2.4.2 微織構刀具的切削性能 41
2.4.3 微織構刀具改善切削加工的作用機理 45
2.5 本章小結 47
第3章 軟涂層微織構刀具的研究 49
3.1 軟涂層材料與刀具基體材料的匹配研究 49
3.1.1 軟涂層材料與基體材料的化學相容性分析 49
3.1.2 軟涂層材料與基體材料的物理相容性分析 50
3.1.3 軟涂層刀具的結構 56
3.2 刀具表面微織構的制備技術研究 56
3.2.1 刀具表面微織構的制備工藝 56
3.2.2 飛秒激光加工微織構的工藝參數優化 57
3.2.3 微織構刀具的制備 77
3.3 微織構表面軟涂層的制備及性能研究 78
3.3.1 軟涂層的制備工藝 78
3.3.2 WS2軟涂層的性能測試方法 79
3.3.3 軟涂層制備工藝參數的優化 81
3.3.4 軟涂層微織構刀具的制備 97
3.4 軟涂層微織構刀具的切削性能研究 99
3.4.1 試驗方法 99
3.4.2 軟涂層微織構刀具的切削性能 100
3.4.3 軟涂層微織構刀具的作用機理 111
3.5 本章小結 113
第4章 基體表面織構化TiAlN涂層刀具的研究 115
4.1 基體表面織構化TiAlN涂層刀具的概念 115
4.2 TiAlN涂層刀具基體表面微納織構的制備 118
4.2.1 TiAlN涂層刀具基體材料的確定 118
4.2.2 基體表面微納織構的制備工藝 119
4.3 基體表面織構化對TiAlN涂層微觀結構及力學性能的影響研究 132
4.3.1 基體表面織構化TiAlN涂層刀具的制備 132
4.3.2 TiAlN涂層性能測試方法 136
4.3.3 基體表面織構化對TiAlN涂層性能的影響 138
4.3.4 基體表面織構化提高TiAlN涂層結合強度的機理 152
4.4 基體表面織構化TiAlN涂層的摩擦磨損特性 163
4.4.1 試驗方法 163
4.4.2 基體表面織構化對TiAlN涂層摩擦磨損性能的影響 166
4.5 基體表面織構化TiAlN涂層刀具的切削性能研究 182
4.5.1 試驗方法 182
4.5.2 基體表面織構化TiAlN涂層刀具的切削性能 183
4.5.3 基體表面織構化改善TiAlN涂層刀具切削性能的機理 194
4.6 本章小結 197
第5章 多尺度表面織構陶瓷刀具的研究 199
5.1 多尺度表面織構陶瓷刀具的概念和設計思路 199
5.2 陶瓷刀具多尺度表面織構的制備工藝 201
5.2.1 納秒激光誘導陶瓷刀具表面微織構的制備工藝 201
5.2.2 飛秒激光誘導陶瓷刀具表面納織構的制備工藝 203
5.2.3 納秒激光誘導陶瓷刀具表面微織構的工藝參數優化 204
5.2.4 飛秒激光誘導陶瓷刀具表面納織構的工藝參數優化 218
5.3 多尺度表面織構陶瓷刀具的制備 227
5.3.1 表面織構陶瓷刀具制備 227
5.3.2 潤滑劑的優選及其添加方式 228
5.4 多尺度表面織構陶瓷刀具的摩擦磨損特性研究 231
5.4.1 多尺度表面織構陶瓷刀具的摩擦磨損試驗方案 231
5.4.2 微織構對陶瓷刀具材料表面摩擦磨損性能的影響 231
5.4.3 納織構對陶瓷刀具材料表面摩擦磨損性能的影響 239
5.5 多尺度表面織構陶瓷刀具的切削性能研究 251
5.5.1 刀-屑接觸界面的理論模型 251
5.5.2 試驗方法 254
5.5.3 多尺度表面織構陶瓷刀具的切削性能及減摩機理 255
5.6 本章小結 268
參考文獻 269
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微織構刀具及其切削加工 節選
第1章 微織構刀具的理論基礎 本章主要介紹微織構刀具的概念和刀具表面微織構的制備方法，并分析微織構對刀具切削加工過程中切削力和切削溫度的影響；然后介紹軟涂層微織構刀具的概念以及軟涂層對微織構刀具切削力和切削溫度的影響。 1.1 微織構刀具的概念 近年來，摩擦學研究領域提出了一種表面織構(surface texturing)的概念，又稱表面微織構，已被證明是提高表面摩擦學性能的有效手段。表面織構技術就是通過改變材料表面的物理結構來改善材料表面特性的方法，表面織構是具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸包等圖案的點陣。表面織構在機械密封、切削刀具、軸承、計算機硬盤、氣缸和活塞環、導軌等機械零部件上的應用研究表明，它具有改善表面潤滑狀態和減摩抗磨的作用。表面織構的作用主要表現在：在流體潤滑下，每一個凹坑都相當于一個流體動壓潤滑軸承，在摩擦副相互運動過程中，增強了流體動壓力，促進摩擦副表面形成流體動壓潤滑，進而提高摩擦副表面的承載力和潤滑油膜剛度，實現減摩抗磨的作用；在邊界潤滑下，隨著表面的磨損和變形，凹坑的體積縮小導致凹坑中存儲的油液流出，形成擠壓膜，在相對滑動過程中，存儲在凹坑中的潤滑油在摩擦力的作用下流出凹坑，起到對周圍表面的潤滑作用；在干摩擦下，表面織構能起到儲存和容納磨屑的作用，減少由于磨屑的犁溝作用而產生的高摩擦磨損。大量的研究表明，在不同的潤滑狀態下，表面織構的減摩機理并不相同。表面微織構的類型、分布、尺寸對摩擦副的摩擦學性能有重要影響，設計加工出合理的表面微織構才能有效地改善摩擦副的摩擦磨損性能，起到更好的減摩抗磨效果。 摩擦學與仿生學的研究表明，高性能的表面織構可以實現良好的減摩、抗黏結功能并提高耐磨性，這給刀具減摩抗磨帶來了新的研究方向，也提供了理論依據。微織構刀具(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、形狀的微納結構陣列(圖1-1)，以改善刀具在切削過程中刀-屑接觸界面的摩擦潤滑狀態。一方面，刀具表面的微織構可以存儲切削液或潤滑劑，可在刀-屑接觸界面形成穩定的邊界潤滑層(圖1-2)；另一方面，在刀具刀面上引入合理的表面織構還可以減小刀-屑接觸面積，改善摩擦、潤滑和散熱條件，從而降低切削溫度，減輕冷焊、黏結及擴散等現象，延長刀具的壽命。目前，微織構刀具的研究雖然處于起步階段，但是國內外關于微織構刀具的研究已經取得了一定的成果，研究結果均證明了微織構具有提高刀具切削性能的作用。微織構切削刀具是一種極具發展潛力的刀具，已成為當前切削刀具研究領域的研究熱點之一。 圖1-1 微織構刀具示意圖 圖1-2 微織構刀具切削加工時形成潤滑膜示意圖 1.2 刀具表面微織構的制備方法 目前，刀具表面微織構的制備方法主要有：激光加工、微細電火花加工、離子束加工、電子束刻蝕、電化學加工、光刻技術、表面噴丸處理、超聲加工、化學刻蝕技術等，其中以激光加工應用*為廣泛。圖1-3～圖1-13為不同方法制備的刀具表面微織構形貌。 圖1-3 硬質合金刀具表面納秒激光加工的微織構形貌 圖1-4 陶瓷刀具表面納秒激光加工的微織構形貌 圖1-5 硬質合金刀具表面飛秒激光加工的微織構形貌 圖1-6 陶瓷刀具表面飛秒激光加工的微織構形貌 圖1-7 硬質合金刀具表面激光加工的微納復合織構形貌 圖1-8 陶瓷刀具表面激光加工的微納復合織構形貌 圖1-9 硬質合金刀具表面微細電火花加工的微織構形貌 圖1-10 PCBN刀具表面電火花加工的微織構形貌 圖1-11 硬質合金刀具DLC涂層表面光刻技術加工的微織構形貌 圖1-12 離子束加工銑刀刀面微織構形貌 圖1-13 離子束加工銑刀刀面微織構形貌 1.3 微織構刀具切削力的理論分析 刀具表面的受力分布如圖1-14所示，作用力Fs在平面上產生的應力應與所加工材料剪切變形應力τs相平衡。由此，可以得到 (1-1) (1-2) 式中，aw為切削寬度，ac為切削厚度，*為剪切角，β為摩擦角，γo為刀具前角，ω為Fr與剪切面的夾角。
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