刀具黏结破损的行为与机理

目录 前言 第1章 绪论 1 1.1 概述 1 1.2 硬质合金刀具的分类、特点及刀-屑元素扩散行为 2 1.2.1 硬质合金刀具分类及特点 2 1.2.2 刀-屑元素扩散行为 4 1.3 刀具失效的一般形式和机理 4 1.3.1 刀具磨损方式分析 4 1.3.2 刀具磨损机理分析 5 1.3.3 刀具黏结破损形式 8 1.4 硬质合金刀具失效中的黏结破损 10 1.4.1 刀具失效的演变规律 10 1.4.2 黏结破损问题的提出 10 1.5 硬质合金刀具失效机理研究现状 12 1.5.1 元素扩散研究现状 12 1.5.2 疲劳失效研究现状 14 1.6 硬质合金刀具的损伤 17 1.6.1 硬质合金刀具疲劳失效的损伤力学问题 17 1.6.2 重型切削中硬质合金刀具的损伤 18 1.7 本书主要内容 19 参考文献 20 第2章 典型工件材料的本构关系模型 23 2.1 材料本构关系模型的典型应用 23 2.2 工件材料的本构关系模型概述 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 分离式霍普金森压杆的试验原理及基本方程 27 2.3.1 弹性杆中一维应力波的传播 28 2.3.2 分离式霍普金森压杆试验理论 29 2.4 三种典型材料的本构试验 31 2.4.1 试验材料及样件尺寸 31 2.4.2 静态压缩试验 33 2.4.3 分离式霍普金森压杆试验 35 2.5 三种典型材料本构关系模型的建立 38 2.5.1 确定应变强化系数 38 2.5.2 确定应变率强化系数 39 2.5.3 确定热软化系数 39 2.5.4 三种典型材料的本构关系模型 39 2.6 本章小结 40 参考文献 40 第3章 硬质合金刀具黏结破损过程的力热特性分析 42 3.1 刀-屑界面接触应力分布 42 3.1.1 硬质合金刀具与切屑接触区作用力 42 3.1.2 刀具表面受力密度函数的建立 48 3.2 刀-屑界面温度分布 57 3.2.1 切削热产生及传导 57 3.2.2 切削热的计算和热能分配比的求解 59 3.2.3 刀具前刀面受热密度函数 63 3.3 黏结破损过程的应力分布特性 70 3.3.1 黏结破损过程刀具前刀面应力分布理论模型 70 3.3.2 黏结破损过程刀具前刀面应力分布数值模拟 71 3.3.3 结果分析 77 3.4 黏结破损过程的温度分布特性 77 3.4.1 刀具前刀面黏焊层温度理论模型 77 3.4.2 刀具前刀面温度分布数值模拟 79 3.4.3 结果分析 81 3.5 本章小结 83 参考文献 83 第4章 刀具前刀面接触区的元素扩散行为分析和分子动力学模拟 85 4.1 元素扩散理论与机制 85 4.1.1 菲克扩散定律 86 4.1.2 菲克第二扩散定律方程的解 87 4.1.3 金属材料间的扩散机制 88 4.1.4 前刀面刀-屑元素扩散分析 89 4.2 刀具前刀面接触区元素扩散建模及试验 91 4.2.1 扩散试验系统搭建 92 4.2.2 扩散试验结果分析 95 4.2.3 半无限长元素扩散模型建立 98 4.2.4 模型中未知参数确定 99 4.2.5 模型正确性验证 100 4.2.6 刀具前刀面接触区元素扩散试验结果分析 103 4.3 元素扩散行为的分子动力学仿真 103 4.3.1 分子动力学基本原理 103 4.3.2 扩散层及模型建立 108 4.3.3 计算结果分析 110 4.3.4 仿真结论 113 4.4 本章小结 113 参考文献 113 第5章 硬质合金刀具疲劳特性分析 115 5.1 损伤力学基础理论分析 115 5.1.1 损伤的分类 115 5.1.2 损伤理论的研究方法 116 5.2 硬质合金刀具损伤形式 117 5.2.1 典型疲劳断口的特征 117 5.2.2 黏结破损刀具前刀面断口形貌分析 118 5.3 硬质合金刀具材料疲劳特性试验研究 120 5.3.1 硬质合金刀具材料疲劳试验 120 5.3.2 硬质合金刀具材料疲劳特性分析 121 5.3.3 硬质合金刀具材料应力-寿命曲线 122 5.4 基于ANSYS硬质合金刀具材料疲劳仿真分析 123 5.4.1 疲劳仿真前处理 123 5.4.2 疲劳仿真后处理 124 5.4.3 仿真结果分析 125 5.5 硬质合金刀具材料疲劳损伤模型的建立 127 5.5.1 疲劳损伤模型研究 127 5.5.2 损伤变量的选择与表征 129 5.5.3 基于强度退化理论的硬质合金刀具疲劳损伤模型 131 5.6 本章小结 134 参考文献 135 第6章 刀具前刀面黏焊层裂纹扩展特性 136 6.1 裂纹对黏焊层剥离的影响 136 6.1.1 裂纹扩展形式 136 6.1.2 裂纹与黏焊层剥离的关系 137 6.2 三维结构模型建立 138 6.2.1 硬质合金三维结构模型建立 138 6.2.2 裂纹扩展三维结构模型建立 143 6.3 黏焊层裂纹扩展仿真分析 151 6.3.1 无预制裂纹黏焊层的裂纹扩展 152 6.3.2 预制裂纹黏焊层的裂纹扩展 153 6.3.3 裂纹对拉伸强度的影响 157 6.4 本章小结 158 参考文献 159 第7章 硬质合金刀具黏结破损的机理与预报 160 7.1 硬质合金刀具刀-屑黏焊的机理 160 7.1.1 刀-屑黏焊宏观过程研究 160 7.1.2 刀-屑黏焊的微观形貌 162 7.1.3 刀-屑黏焊的识别及黏焊层厚度预报模型 166 7.2 硬质合金刀具黏结破损的机理 171 7.2.1 黏结破损过程 171 7.2.2 黏结破损的影响因素 174 7.2.3 亲和元素浓度与黏结破损深度的关系 176 7.2.4 黏结破损机理分析 180 7.3 硬质合金刀具黏结破损的预报 181 7.3.1 黏结破损预报模型 181 7.3.2 黏结破损预报模型系数的拟合 183 7.3.3 黏结破损预报模型计算结果与分析 184 7.3.4 黏结破损预报模型的验证 186 7.4 本章小结 187 参考文献 188