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鎳基高溫合金微銑削加工理論及應(yīng)用技術(shù) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030749925
- 條形碼：9787030749925 ; 978-7-03-074992-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
鎳基高溫合金微銑削加工理論及應(yīng)用技術(shù) 內(nèi)容簡介
本書系統(tǒng)闡述了鎳基高溫合金Inconel718微銑削加工和傳統(tǒng)切削加工的差異性，指出由此帶來的相關(guān)切削機(jī)理、物理建模與仿真、微銑刀磨損及破損、微銑削過程穩(wěn)定性分析、表面質(zhì)量預(yù)測與評價(jià)及微銑削加工工藝等方面的問題，并提供了大量基礎(chǔ)性工藝數(shù)據(jù)。全書共分為10章。圍繞鎳基高溫合金微銑削力解析建模、熱力耦合分析、微銑刀磨損及早期破損、考慮尺度效應(yīng)的鎳基高溫合金微銑削過程仿真、鎳基高溫合金微銑削顫振穩(wěn)定性、微銑削加工表面形貌建模及表面粗糙度預(yù)測、鎳基高溫合金微銑削加工表面殘余應(yīng)力預(yù)測、鎳基高溫合金微銑削加工硬化研究及鎳基高溫合金微銑削加工工藝進(jìn)行了深入探討。
鎳基高溫合金微銑削加工理論及應(yīng)用技術(shù) 目錄
目錄
“21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)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(yīng)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(shù)研究進(jìn)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(xiàn) 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(dòng) 22
2.2.1 微銑刀刀齒齒尖徑向跳動(dòng)試驗(yàn) 22
2.2.2 微銑刀刀齒齒尖徑向跳動(dòng)預(yù)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(yùn)動(dòng)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(chǔ) 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(yàn)證與分析 53
2.5 鎳基高溫合金微銑削力經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?55
2.5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 55
2.5.2 微銑削力經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⒓皺z驗(yàn) 56
2.6 本章小結(jié) 61
參考文獻(xiàn) 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(yīng)為主導(dǎo)的微銑削力模型 64
3.2.2 以耕犁效應(yīng)為主導(dǎo)的微銑削力模型 71
3.2.3 微銑削力坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 72
3.3 微銑削溫度模型 73
3.4 微銑削熱力耦合計(jì)算 77
3.4.1 熱力耦合計(jì)算模型 77
3.4.2 熱力耦合計(jì)算模型試驗(yàn)驗(yàn)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(jìn)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(xiàn) 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(yàn) 96
4.2.1 試驗(yàn)設(shè)備與說明 96
4.2.2 微銑刀磨損表征 97
4.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 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(diǎn)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(yàn) 120
4.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 120
4.3.2 切削參數(shù)及切削時(shí)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(yù)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(yàn)驗(yàn)證 132
4.4.4 每齒進(jìn)給量對微銑刀磨損的影響 133
4.5 微銑刀破損預(yù)測 135
4.5.1 微銑刀受力分析及破損危險(xiǎn)部位確定 136
4.5.2 微銑刀破損極限應(yīng)力 139
4.5.3 微銑刀破損預(yù)測曲線及其驗(yàn)證 140
4.6 本章小結(jié) 143
參考文獻(xiàn) 143
第5章 考慮尺度效應(yīng)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(yīng)的材料本構(gòu)方程 147
5.2.1 應(yīng)變梯度塑性理論 147
5.2.2 基于應(yīng)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(yīng)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(zhǔn)則設(shè)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(yàn)驗(yàn)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(xiàn) 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(dòng)力學(xué)建模 166
6.2.1 微銑削過程分析 167
6.2.2 微銑削系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 168
6.2.3 微銑削過程瞬時(shí)切削厚度模型 170
6.3 微銑削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析 175
6.3.1 子結(jié)構(gòu)響應(yīng)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(jì)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(yàn) 184
6.3.5 微銑削系統(tǒng)刀尖頻響函數(shù)計(jì)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(dòng)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(dòng)力學(xué)模型 195
6.4.3 微銑削過程仿真設(shè)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(yù)測及試驗(yàn)驗(yàn)證 204
6.5 考慮離心力和陀螺效應(yīng)的微銑削顫振穩(wěn)定性 221
6.5.1 考慮離心力和陀螺效應(yīng)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(xiàn) 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(yù)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(jī)理 265
7.2.2 考慮微銑削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的微銑刀運(yùn)動(dòng)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(yù)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(yù)測模型 285
7.3.3 表面粗糙度預(yù)測模型試驗(yàn)驗(yàn)證 289
7.4 本章小結(jié) 290
參考文獻(xiàn) 291
第8章 鎳基高溫合金微銑削加工表面殘余應(yīng)力預(yù)測 292
8.1 引言 292
8.2 殘余應(yīng)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(yīng)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(zhǔn)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(yīng)力有限元仿真結(jié)果分析 303
8.4 每齒進(jìn)給量對微銑削加工表面殘余應(yīng)力的影響 306
8.5 本章小結(jié) 309
參考文獻(xiàn) 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(jià)方法 311
9.3 微銑削加工表面顯微硬度預(yù)測 312
9.3.1 維氏顯微硬度測試原理及名義屈服應(yīng)力 312
9.3.2 維氏顯微硬度與流動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系 313
9.3.3 維氏顯微硬度與等效塑性應(yīng)變的關(guān)系 314
9.3.4 表面顯微硬度預(yù)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(yīng)變硬化和硬度之間的關(guān)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(xiàn) 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(yù)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(biāo)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(yù)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(guān)聯(lián)分析的切削參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化 357
10.4 本章小結(jié) 361
參考文獻(xiàn) 362
“21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)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(yīng)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(shù)研究進(jìn)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(xiàn) 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(dòng) 22
2.2.1 微銑刀刀齒齒尖徑向跳動(dòng)試驗(yàn) 22
2.2.2 微銑刀刀齒齒尖徑向跳動(dòng)預(yù)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(yùn)動(dòng)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(chǔ) 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(yàn)證與分析 53
2.5 鎳基高溫合金微銑削力經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?55
2.5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 55
2.5.2 微銑削力經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⒓皺z驗(yàn) 56
2.6 本章小結(jié) 61
參考文獻(xiàn) 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(yīng)為主導(dǎo)的微銑削力模型 64
3.2.2 以耕犁效應(yīng)為主導(dǎo)的微銑削力模型 71
3.2.3 微銑削力坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 72
3.3 微銑削溫度模型 73
3.4 微銑削熱力耦合計(jì)算 77
3.4.1 熱力耦合計(jì)算模型 77
3.4.2 熱力耦合計(jì)算模型試驗(yàn)驗(yàn)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(jìn)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(xiàn) 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(yàn) 96
4.2.1 試驗(yàn)設(shè)備與說明 96
4.2.2 微銑刀磨損表征 97
4.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 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(diǎn)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(yàn) 120
4.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 120
4.3.2 切削參數(shù)及切削時(shí)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(yù)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(yàn)驗(yàn)證 132
4.4.4 每齒進(jìn)給量對微銑刀磨損的影響 133
4.5 微銑刀破損預(yù)測 135
4.5.1 微銑刀受力分析及破損危險(xiǎn)部位確定 136
4.5.2 微銑刀破損極限應(yīng)力 139
4.5.3 微銑刀破損預(yù)測曲線及其驗(yàn)證 140
4.6 本章小結(jié) 143
參考文獻(xiàn) 143
第5章 考慮尺度效應(yīng)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(yīng)的材料本構(gòu)方程 147
5.2.1 應(yīng)變梯度塑性理論 147
5.2.2 基于應(yīng)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(yīng)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(zhǔn)則設(shè)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(yàn)驗(yàn)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(xiàn) 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(dòng)力學(xué)建模 166
6.2.1 微銑削過程分析 167
6.2.2 微銑削系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 168
6.2.3 微銑削過程瞬時(shí)切削厚度模型 170
6.3 微銑削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析 175
6.3.1 子結(jié)構(gòu)響應(yīng)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(jì)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(yàn) 184
6.3.5 微銑削系統(tǒng)刀尖頻響函數(shù)計(jì)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(dòng)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(dòng)力學(xué)模型 195
6.4.3 微銑削過程仿真設(shè)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(yù)測及試驗(yàn)驗(yàn)證 204
6.5 考慮離心力和陀螺效應(yīng)的微銑削顫振穩(wěn)定性 221
6.5.1 考慮離心力和陀螺效應(yīng)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(xiàn) 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(yù)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(jī)理 265
7.2.2 考慮微銑削系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的微銑刀運(yùn)動(dòng)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(yù)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(yù)測模型 285
7.3.3 表面粗糙度預(yù)測模型試驗(yàn)驗(yàn)證 289
7.4 本章小結(jié) 290
參考文獻(xiàn) 291
第8章 鎳基高溫合金微銑削加工表面殘余應(yīng)力預(yù)測 292
8.1 引言 292
8.2 殘余應(yīng)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(yīng)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(zhǔn)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(yīng)力有限元仿真結(jié)果分析 303
8.4 每齒進(jìn)給量對微銑削加工表面殘余應(yīng)力的影響 306
8.5 本章小結(jié) 309
參考文獻(xiàn) 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(jià)方法 311
9.3 微銑削加工表面顯微硬度預(yù)測 312
9.3.1 維氏顯微硬度測試原理及名義屈服應(yīng)力 312
9.3.2 維氏顯微硬度與流動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系 313
9.3.3 維氏顯微硬度與等效塑性應(yīng)變的關(guān)系 314
9.3.4 表面顯微硬度預(yù)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(yīng)變硬化和硬度之間的關(guān)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(xiàn) 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(yù)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(biāo)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(yù)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(guān)聯(lián)分析的切削參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化 357
10.4 本章小結(jié) 361
參考文獻(xiàn) 362
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鎳基高溫合金微銑削加工理論及應(yīng)用技術(shù) 節(jié)選
第1章緒論 1.1鎳基高溫合金組成、性質(zhì)及應(yīng)用 鎳基高溫合金是以鎳為基體（鎳含量一般大于50%），加入大量的強(qiáng)化元素W、Mo、Ti、Al、Nb和Co等構(gòu)成的合金。鎳基高溫合金在高溫條件下具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、抗疲勞強(qiáng)度、抗高溫強(qiáng)度、抗腐蝕性能、抗輻射性能、抗氧化性能等[1]，廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)、汽車工業(yè)、石油化工和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域[2]。 鎳基高溫合金主要分類方法如表1-1所示[3，4]。 在眾多鎳基高溫合金材料中，沉淀強(qiáng)化高溫合金通常采用固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化等方式進(jìn)行強(qiáng)化，因此其具備優(yōu)良的高溫性能，可用于制作高溫下承受較高應(yīng)力的零部件。沉淀強(qiáng)化高溫合金中的Inconel718合金具有良好的高溫組織穩(wěn)定性、抗氧化性能、抗腐蝕性能、焊接性能、抗疲勞強(qiáng)度和抗蠕變性能，并且在低溫下也能保持優(yōu)異的沖擊韌性、塑性和強(qiáng)度，已成為當(dāng)前應(yīng)用*廣泛的高溫合金（占世界高溫合金總產(chǎn)量的40%～50%[5]）。 Inconel718合金的化學(xué)組成成分如表1-2所示。鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常高達(dá)50%～55%，可以提高Inconel718合金的冶金穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、可焊性和抗腐蝕性；鐵、鉻、鈷等元素在奧氏體中起固溶強(qiáng)化的作用；鈦、鈮等沉淀強(qiáng)化元素抑制γ″相轉(zhuǎn)變?yōu)棣南啵诲i、硅、鉻、鈦等元素可以提高Inconel718合金的抗氧化性能和抗腐蝕性能；硼是晶界強(qiáng)化的重要元素，可以提高Inconel718合金的長期蠕變性。表1-3給出了Inconel718合金的物理性能參數(shù)[6]。 鎳基高溫合金Inconel718在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用已經(jīng)長達(dá)半個(gè)世紀(jì)。自從Inconel718合金被美國的INCO Huntington Alloys公司（現(xiàn)為SpecialMetals公司）發(fā)明并應(yīng)用于渦輪零部件后，它以優(yōu)良的綜合性能迅速被各大渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)制造商接受并應(yīng)用，在發(fā)動(dòng)機(jī)減重、簡化結(jié)構(gòu)和降低成本方面起到了重要作用，成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)歷史上應(yīng)用*廣泛的鎳基高溫合金材料。 20世紀(jì)60年代，鎳基高溫合金Inconel718*先在美國通用電氣公司（簡稱GE公司）和普拉特 惠特尼集團(tuán)公司（簡稱P&W公司）生產(chǎn)的軍用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系列上得到大規(guī)模的應(yīng)用，如GE公司生產(chǎn)的TF39、LM2500發(fā)動(dòng)機(jī)系列中的壓氣機(jī)葉片、輪盤，P&W公司生產(chǎn)的J58、TF30、F100發(fā)動(dòng)機(jī)系列中的機(jī)匣等關(guān)鍵零部件。20世紀(jì)70年代，鎳基高溫合金Inconel718開始大規(guī)模被應(yīng)用到民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上。在GE公司生產(chǎn)的CF6發(fā)動(dòng)機(jī)上，Inconel718合金的質(zhì)量占比達(dá)到34%[7]（圖1-1）。在P&W公司生產(chǎn)的PW4000發(fā)動(dòng)機(jī)上，鎳基高溫合金質(zhì)量占比為39%（圖1-2（a）），其中，57%為Inconel718合金[8]（圖1-2（b））。2000年GE公司所需鍛件金屬材料質(zhì)量占比如圖1-3所示，其中Inconel718合金質(zhì)量占比達(dá)到55%[7]。1995～2000年，GE公司所有發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品系列的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)類零部件材料中，Inconel718合金質(zhì)量占比一直高居60%以上，并且逐年增加，2001年達(dá)到近70%。至2011年，Inconel718合金（國內(nèi)牌號(hào)GH4169）在發(fā)動(dòng)機(jī)中的用量已由幾個(gè)、十幾個(gè)零件號(hào)增加到二百多個(gè)零件號(hào)[9]。現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的很多零部件，如渦輪盤、 葉片、機(jī)匣、軸、定子、支撐件、緊固件等都由Inconel718合金制成。Pulidindi和Prakash發(fā)現(xiàn)，Inconel718合金占2019年的鎳基高溫合金市場的份額超過54%，相當(dāng)于40多億美元[10]。 鎳基高溫合金Inconel718是典型的難加工材料，主要表現(xiàn)在切削力大、切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重、加工硬化嚴(yán)重、加工效率及加工質(zhì)量難以提高等方面。 1）切削力大 鎳基高溫合金中有許多高熔點(diǎn)的金屬元素，構(gòu)成組織結(jié)構(gòu)致密的奧氏體固溶體，塑性好，有很穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)，使原子脫離原來的平衡位置需要較大的能量，因此加工時(shí)刀具遇到的阻力大。鎳基高溫合金的切削力是普通鋼材的3～5倍[9]。通常情況下，工件與刀具摩擦產(chǎn)生的熱量能夠減小低熔點(diǎn)金屬所需的切削力，但在切削鎳基高溫合金時(shí)，即使溫度達(dá)到750℃，切削力也不會(huì)有明顯的變化[10]。 2）切削溫度高 鎳基高溫合金加工過程中，切削區(qū)域的塑性變形較大，摩擦加劇，切削熱大量積聚，加之鎳基高溫合金材料本身導(dǎo)熱性較差，大部分的切削熱集中在切削區(qū)，導(dǎo)致切削區(qū)平均溫度很高，變形區(qū)溫度出現(xiàn)驟升現(xiàn)象。 3）刀具磨損嚴(yán)重 鎳基高溫合金對多種金屬表現(xiàn)出高親和力。在加工過程中，刀具、切屑與工件之間易產(chǎn)生黏附，導(dǎo)致擴(kuò)散磨損嚴(yán)重。若鎳基高溫合金黏附在刀具表面，則刀具的前刀面容易產(chǎn)生涂層剝落，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生缺口[11]。雖然選擇合適的涂層和切削參數(shù)可以延長刀具壽命，但加工鎳基高溫合金的刀具壽命仍然比加工不銹鋼、銅、鐵等材料的刀具壽命短得多[12]。 4）加工硬化嚴(yán)重 當(dāng)切削一般金屬時(shí)，加工硬化會(huì)被溫度升高所引起的軟化現(xiàn)象削弱，但是鎳基高溫合金軟化溫度較高，軟化速度較慢，在允許的切削溫度范圍內(nèi)，其軟化程度遠(yuǎn)小于硬化程度。在較高的切削溫度下，常有合金中的強(qiáng)化相從固溶液中析出，這也會(huì)進(jìn)一步提高材料的表面強(qiáng)度和硬度。切削加工后，鎳基高溫合金的硬度可以達(dá)到原來硬度的2～5倍[13-15]。 5）加工效率及加工質(zhì)量難以提高 在鎳基高溫合金切削加工過程中，切削力過大，切削溫度過高，刀具磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致切削速度、進(jìn)給量和切削深度①難以加大，限制了加工效率、工件加工精度及表面完整性的提高。 1.2鎳基高溫合金切削性能 國內(nèi)外專家學(xué)者圍繞鎳基高溫合金的切削力、切削熱（溫度）、切削穩(wěn)定性、刀具磨損、表面完整性等方面進(jìn)行了大量研究。對于鎳基高溫合金切削力，王園偉[16]研究了鎳基高溫合金Inconel718高速銑削加工過程中的切削力，分析了銑削用量對切削力的影響，并建立了切削力的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停粭钫癯萚17]發(fā)現(xiàn)車削鎳基高溫合金Inconel718時(shí)，切削力隨前角的增大而減小，隨后角的增大而變化不大，隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，說明前角和刀尖圓弧半徑對切削力的影響顯著；Liu等[18]研究了鎳基高溫合金Inconel718車削加工過程，發(fā)現(xiàn)影響主切削力*主要的因素是切削深度，其次是進(jìn)給量，再次是切削速度。對于切削溫度，楊輝等[19]應(yīng)用DEFORM-3D對鎳基高溫合金切削加工進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明，切削溫度隨切削速度的增加而顯著增大；劉均偉[20]圍繞高速銑削鎳基高溫合金Inconel718時(shí)切削熱在切削刀具和工件上的分配進(jìn)行了深入研究，研究發(fā)現(xiàn)，溫度*高的地方在前刀面和切屑的摩擦位置，并且隨著轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的增加，切屑帶走的熱量增加，但刀具與工件的溫度沒有明顯增加。對于切削穩(wěn)定性，Hoe等[21]對鎳基高溫合金Inconel718銑削過程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了時(shí)域和頻域分析，結(jié)果表明，在較低的切削速度下，變螺旋線和變螺距的銑刀能夠有效抑制顫振。對于刀具磨損，Bushlya等[22]研究了用涂層和未涂層聚晶立方氮化硼刀具高速切削鎳基高溫合金Inconel718時(shí)的切削力、刀具壽命、刀具磨損和表面完整性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)切削速度超過300m/min時(shí)，有無涂層對刀具磨損的影響不大；Zheng等[23]揭示了加工鎳基高溫合金Inconel718時(shí)的陶瓷刀具磨損機(jī)理，結(jié)果表明，車削過程中陶瓷刀具的主要磨損機(jī)制為剝落、微裂紋、磨粒磨損和黏著磨損，銑削過程中刀具的主要失效機(jī)制為微裂紋、剝落和黏著磨損。 圍繞鎳基高溫合金切削加工表面完整性，專家學(xué)者也進(jìn)行了深入探索。Cai等[24]通過鎳基高溫合金Inconel718銑削試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于鎳基高溫合金Inconel718對應(yīng)變率較為敏感，在高速銑削時(shí)應(yīng)變率較大，隨著切削速度的增大，加工硬化逐漸嚴(yán)重，顯微硬度增大。Balbaa等[25]采用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（smoothed particle hydrodynamics，SPH）方法進(jìn)行了激光輔助車削和傳統(tǒng)車削鎳基高溫合金Inconel718仿真研究，結(jié)果表明，激光輔助車削表面為殘余壓應(yīng)力，而傳統(tǒng)車削表面為殘余拉應(yīng)力。Hua等[26]研究了切削速度、進(jìn)給速度和刀尖半徑對鎳基高溫合金Inconel718加工表面粗糙度、顯微硬度和加工硬化情況的影響，研究結(jié)果表明，進(jìn)給速度和刀尖半徑對加工表面粗糙度的影響顯著，切削速度對加工表面粗糙度的影響較小；隨著切削速度和進(jìn)給速度的提高，加工硬度增大，當(dāng)采用較大的刀尖半徑時(shí)，加工硬度會(huì)降低。Shen等[27]使用有限元法，研究了切削刃的微觀幾何形狀對鎳基高溫合金Inconel718正交切削加工表面殘余應(yīng)力的影響，研究結(jié)果表明，使用較大切削刃半徑的刀具或在切削刃上倒角，會(huì)增大殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力。Feng等[28]提出了一種預(yù)測激光輔助端銑鎳基高溫合金Inconel718表面粗糙度的方法，研究表明，進(jìn)給量對表面粗糙度影響顯著，軸向切深對表面粗糙度影響很小。 鎳基高溫合金傳統(tǒng)切削加工理論和技術(shù)研究已趨于成熟，相關(guān)研究思路和方法為鎳基高溫合金微銑削加工研究提供了理論和技術(shù)參考。 1.3介觀尺度鎳基高溫合金微小結(jié)構(gòu)/零件加工 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，航空航天、能源動(dòng)力、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都出現(xiàn)了介觀尺度微小結(jié)構(gòu)/零件。介觀尺度微小結(jié)構(gòu)/零件尺寸一般為幾毫米，幾何特征尺寸只有幾十至幾百微米[27]。此類微小結(jié)構(gòu)/零件精度要求高，具有三維（3D）幾何結(jié)構(gòu)形狀，如臺(tái)階面、深孔、薄壁等，其中部分零件不僅要求能承受較高的工作溫度，還要求具備較高的強(qiáng)度和耐腐蝕性能，如超微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片（圖1-4（a））、微型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴（圖1-4（b））和微流控芯片金屬熱壓模具（圖1-4（c））等。 目前，可用于加工鎳基高溫合金微小結(jié)構(gòu)/零件的方法有微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工以及微細(xì)激光加工等。微細(xì)電火花加工具有無切削力、不產(chǎn)生毛刺、可以加工三維結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，但存在電極易損耗、加工穩(wěn)定性不易控制等缺點(diǎn)；微細(xì)電解加工不會(huì)產(chǎn)生由切削力所引起的殘余應(yīng)力及變形，不會(huì)產(chǎn)生飛邊與毛刺，也不會(huì)產(chǎn)生微細(xì)電火花加工時(shí)出現(xiàn)的凹坑和再凝固層，但微細(xì)電解加工不易達(dá)到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性，小批量生產(chǎn)成本高，電解產(chǎn)物需要妥善處理，否則會(huì)污染環(huán)境；微細(xì)激光加工精度高，無機(jī)械作用力，加工變形小，易于保證較高的加工精度，可加工材料范圍廣，對難加工材料的加工效果良好，加工速度快，生產(chǎn)效率高，但需要使用高性能激光器，成本較高，且加工后存在變質(zhì)層。以上方法可有效實(shí)現(xiàn)鎳基高溫合金微小結(jié)構(gòu)/零件二維（2D）或簡單三維結(jié)構(gòu)加工，但對
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