本書系統(tǒng)介紹了作者及其研究團(tuán)隊關(guān)于硬質(zhì)合金刀具黏結(jié)破損問題的研究成果。書中內(nèi)容涉及金屬切削、材料學(xué)、力學(xué)、傳熱學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等多學(xué)科基礎(chǔ)理論，采用包括數(shù)學(xué)建模、解析計算、模擬仿真、統(tǒng)計分析、試驗觀測在內(nèi)的多種研究方法，結(jié)合大量的研究實例，系統(tǒng)、多尺度地闡述了刀具黏結(jié)破損過程中的材料本構(gòu)、力熱特性、元素擴(kuò)散、疲勞損傷、裂紋擴(kuò)展、失效機(jī)理及預(yù)報等關(guān)鍵科學(xué)問題，獲得了硬質(zhì)合金刀具黏結(jié)破損形成的力熱分布條件，表征了硬質(zhì)合金刀具前刀面黏焊變質(zhì)層、元素擴(kuò)散層組織結(jié)構(gòu)演變的損傷行為，闡明了硬質(zhì)合金黏結(jié)破損的失效本質(zhì)與機(jī)理，豐富和完善了金屬切削刀具失效的相關(guān)基礎(chǔ)理論，對于切削加工，尤其是重型切削加工中，刀具的設(shè)計與合理選擇、延長使用壽命有指導(dǎo)作用。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 硬質(zhì)合金刀具的分類、特點及刀-屑元素擴(kuò)散行為 2
1.2.1 硬質(zhì)合金刀具分類及特點 2
1.2.2 刀-屑元素擴(kuò)散行為 4
1.3 刀具失效的一般形式和機(jī)理 4
1.3.1 刀具磨損方式分析 4
1.3.2 刀具磨損機(jī)理分析 5
1.3.3 刀具黏結(jié)破損形式 8
1.4 硬質(zhì)合金刀具失效中的黏結(jié)破損 10
1.4.1 刀具失效的演變規(guī)律 10
1.4.2 黏結(jié)破損問題的提出 10
1.5 硬質(zhì)合金刀具失效機(jī)理研究現(xiàn)狀 12
1.5.1 元素擴(kuò)散研究現(xiàn)狀 12
1.5.2 疲勞失效研究現(xiàn)狀 14
1.6 硬質(zhì)合金刀具的損傷 17
1.6.1 硬質(zhì)合金刀具疲勞失效的損傷力學(xué)問題 17
1.6.2 重型切削中硬質(zhì)合金刀具的損傷 18
1.7 本書主要內(nèi)容 19
參考文獻(xiàn) 20
第2章 典型工件材料的本構(gòu)關(guān)系模型 23
2.1 材料本構(gòu)關(guān)系模型的典型應(yīng)用 23
2.2 工件材料的本構(gòu)關(guān)系模型概述 23
2.2.1 Johnson-Cook模型 24
2.2.2 Zerilli-Armstrong模型 26
2.2.3 Arrhenius模型 26
2.2.4 Bonder-Partom模型 27
2.3 分離式霍普金森壓桿的試驗原理及基本方程 27
2.3.1 彈性桿中一維應(yīng)力波的傳播 28
2.3.2 分離式霍普金森壓桿試驗理論 29
2.4 三種典型材料的本構(gòu)試驗 31
2.4.1 試驗材料及樣件尺寸 31
2.4.2 靜態(tài)壓縮試驗 33
2.4.3 分離式霍普金森壓桿試驗 35
2.5 三種典型材料本構(gòu)關(guān)系模型的建立 38
2.5.1 確定應(yīng)變強化系數(shù) 38
2.5.2 確定應(yīng)變率強化系數(shù) 39
2.5.3 確定熱軟化系數(shù) 39
2.5.4 三種典型材料的本構(gòu)關(guān)系模型 39
2.6 本章小結(jié) 40
參考文獻(xiàn) 40
第3章 硬質(zhì)合金刀具黏結(jié)破損過程的力熱特性分析 42
3.1 刀-屑界面接觸應(yīng)力分布 42
3.1.1 硬質(zhì)合金刀具與切屑接觸區(qū)作用力 42
3.1.2 刀具表面受力密度函數(shù)的建立 48
3.2 刀-屑界面溫度分布 57
3.2.1 切削熱產(chǎn)生及傳導(dǎo) 57
3.2.2 切削熱的計算和熱能分配比的求解 59
3.2.3 刀具前刀面受熱密度函數(shù) 63
3.3 黏結(jié)破損過程的應(yīng)力分布特性 70
3.3.1 黏結(jié)破損過程刀具前刀面應(yīng)力分布理論模型 70
3.3.2 黏結(jié)破損過程刀具前刀面應(yīng)力分布數(shù)值模擬 71
3.3.3 結(jié)果分析 77
3.4 黏結(jié)破損過程的溫度分布特性 77
3.4.1 刀具前刀面黏焊層溫度理論模型 77
3.4.2 刀具前刀面溫度分布數(shù)值模擬 79
3.4.3 結(jié)果分析 81
3.5 本章小結(jié) 83
參考文獻(xiàn) 83
第4章 刀具前刀面接觸區(qū)的元素擴(kuò)散行為分析和分子動力學(xué)模擬 85
4.1 元素擴(kuò)散理論與機(jī)制 85
4.1.1 菲克擴(kuò)散定律 86
4.1.2 菲克第二擴(kuò)散定律方程的解 87
4.1.3 金屬材料間的擴(kuò)散機(jī)制 88
4.1.4 前刀面刀-屑元素擴(kuò)散分析 89
4.2 刀具前刀面接觸區(qū)元素擴(kuò)散建模及試驗 91
4.2.1 擴(kuò)散試驗系統(tǒng)搭建 92
4.2.2 擴(kuò)散試驗結(jié)果分析 95
4.2.3 半無限長元素擴(kuò)散模型建立 98
4.2.4 模型中未知參數(shù)確定 99
4.2.5 模型正確性驗證 100
4.2.6 刀具前刀面接觸區(qū)元素擴(kuò)散試驗結(jié)果分析 103
4.3 元素擴(kuò)散行為的分子動力學(xué)仿真 103
4.3.1 分子動力學(xué)基本原理 103
4.3.2 擴(kuò)散層及模型建立 108
4.3.3 計算結(jié)果分析 110
4.3.4 仿真結(jié)論 113
4.4 本章小結(jié) 113
參考文獻(xiàn) 113
第5章 硬質(zhì)合金刀具疲勞特性分析 115
5.1 損傷力學(xué)基礎(chǔ)理論分析 115
5.1.1 損傷的分類 115
5.1.2 損傷理論的研究方法 116
5.2 硬質(zhì)合金刀具損傷形式 117
5.2.1 典型疲勞斷口的特征 117
5.2.2 黏結(jié)破損刀具前刀面斷口形貌分析 118
5.3 硬質(zhì)合金刀具材料疲勞特性試驗研究 120
5.3.1 硬質(zhì)合金刀具材料疲勞試驗 120
5.3.2 硬質(zhì)合金刀具材料疲勞特性分析 121
5.3.3 硬質(zhì)合金刀具材料應(yīng)力-壽命曲線 122
5.4 基于ANSYS硬質(zhì)合金刀具材料疲勞仿真分析 123
5.4.1 疲勞仿真前處理 123
5.4.2 疲勞仿真后處理 124
5.4.3 仿真結(jié)果分析 125
5.5 硬質(zhì)合金刀具材料疲勞損傷模型的建立 127
5.5.1 疲勞損傷模型研究 127
5.5.2 損傷變量的選擇與表征 129
5.5.3 基于強度退化理論的硬質(zhì)合金刀具疲勞損傷模型 131
5.6 本章小結(jié) 134
參考文獻(xiàn) 135
第6章 刀具前刀面黏焊層裂紋擴(kuò)展特性 136
6.1 裂紋對黏焊層剝離的影響 136
6.1.1 裂紋擴(kuò)展形式 136
6.1.2 裂紋與黏焊層剝離的關(guān)系 137
6.2 三維結(jié)構(gòu)模型建立 138
6.2.1 硬質(zhì)合金三維結(jié)構(gòu)模型建立 138
6.2.2 裂紋擴(kuò)展三維結(jié)構(gòu)模型建立 143
6.3 黏焊層裂紋擴(kuò)展仿真分析 151
6.3.1 無預(yù)制裂紋黏焊層的裂紋擴(kuò)展 152
6.3.2 預(yù)制裂紋黏焊層的裂紋擴(kuò)展 153
6.3.3 裂紋對拉伸強度的影響 157
6.4 本章小結(jié) 158
參考文獻(xiàn) 159
第7章 硬質(zhì)合金刀具黏結(jié)破損的機(jī)理與預(yù)報 160
7.1 硬質(zhì)合金刀具刀-屑黏焊的機(jī)理 160
7.1.1 刀-屑黏焊宏觀過程研究 160
7.1.2 刀-屑黏焊的微觀形貌 162
7.1.3 刀-屑黏焊的識別及黏焊層厚度預(yù)報模型 166
7.2 硬質(zhì)合金刀具黏結(jié)破損的機(jī)理 171
7.2.1 黏結(jié)破損過程 171
7.2.2 黏結(jié)破損的影響因素 174
7.2.3 親和元素濃度與黏結(jié)破損深度的關(guān)系 176
7.2.4 黏結(jié)破損機(jī)理分析 180
7.3 硬質(zhì)合金刀具黏結(jié)破損的預(yù)報 181
7.3.1 黏結(jié)破損預(yù)報模型 181
7.3.2 黏結(jié)破損預(yù)報模型系數(shù)的擬合 183
7.3.3 黏結(jié)破損預(yù)報模型計算結(jié)果與分析 184
7.3.4 黏結(jié)破損預(yù)報模型的驗證 186
7.4 本章小結(jié) 187
參考文獻(xiàn) 188
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