本書系統(tǒng)介紹了作者及其研究團隊關于硬質合金刀具黏結破損問題的研究成果。書中內容涉及金屬切削、材料學、力學、傳熱學、統(tǒng)計學等多學科基礎理論，采用包括數(shù)學建模、解析計算、模擬仿真、統(tǒng)計分析、試驗觀測在內的多種研究方法，結合大量的研究實例，系統(tǒng)、多尺度地闡述了刀具黏結破損過程中的材料本構、力熱特性、元素擴散、疲勞損傷、裂紋擴展、失效機理及預報等關鍵科學問題，獲得了硬質合金刀具黏結破損形成的力熱分布條件，表征了硬質合金刀具前刀面黏焊變質層、元素擴散層組織結構演變的損傷行為，闡明了硬質合金黏結破損的失效本質與機理，豐富和完善了金屬切削刀具失效的相關基礎理論，對于切削加工，尤其是重型切削加工中，刀具的設計與合理選擇、延長使用壽命有指導作用。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 硬質合金刀具的分類、特點及刀-屑元素擴散行為 2
1.2.1 硬質合金刀具分類及特點 2
1.2.2 刀-屑元素擴散行為 4
1.3 刀具失效的一般形式和機理 4
1.3.1 刀具磨損方式分析 4
1.3.2 刀具磨損機理分析 5
1.3.3 刀具黏結破損形式 8
1.4 硬質合金刀具失效中的黏結破損 10
1.4.1 刀具失效的演變規(guī)律 10
1.4.2 黏結破損問題的提出 10
1.5 硬質合金刀具失效機理研究現(xiàn)狀 12
1.5.1 元素擴散研究現(xiàn)狀 12
1.5.2 疲勞失效研究現(xiàn)狀 14
1.6 硬質合金刀具的損傷 17
1.6.1 硬質合金刀具疲勞失效的損傷力學問題 17
1.6.2 重型切削中硬質合金刀具的損傷 18
1.7 本書主要內容 19
參考文獻 20
第2章 典型工件材料的本構關系模型 23
2.1 材料本構關系模型的典型應用 23
2.2 工件材料的本構關系模型概述 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 三種典型材料本構關系模型的建立 38
2.5.1 確定應變強化系數(shù) 38
2.5.2 確定應變率強化系數(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關系模型 39
2.6 本章小結 40
參考文獻 40
第3章 硬質合金刀具黏結破損過程的力熱特性分析 42
3.1 刀-屑界面接觸應力分布 42
3.1.1 硬質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 切削熱產生及傳導 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 黏結破損過程的應力分布特性 70
3.3.1 黏結破損過程刀具前刀面應力分布理論模型 70
3.3.2 黏結破損過程刀具前刀面應力分布數(shù)值模擬 71
3.3.3 結果分析 77
3.4 黏結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 結果分析 81
3.5 本章小結 83
參考文獻 83
第4章 刀具前刀面接觸區(qū)的元素擴散行為分析和分子動力學模擬 85
4.1 元素擴散理論與機制 85
4.1.1 菲克擴散定律 86
4.1.2 菲克第二擴散定律方程的解 87
4.1.3 金屬材料間的擴散機制 88
4.1.4 前刀面刀-屑元素擴散分析 89
4.2 刀具前刀面接觸區(qū)元素擴散建模及試驗 91
4.2.1 擴散試驗系統(tǒng)搭建 92
4.2.2 擴散試驗結果分析 95
4.2.3 半無限長元素擴散模型建立 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)元素擴散試驗結果分析 103
4.3 元素擴散行為的分子動力學仿真 103
4.3.1 分子動力學基本原理 103
4.3.2 擴散層及模型建立 108
4.3.3 計算結果分析 110
4.3.4 仿真結論 113
4.4 本章小結 113
參考文獻 113
第5章 硬質合金刀具疲勞特性分析 115
5.1 損傷力學基礎理論分析 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 黏結破損刀具前刀面斷口形貌分析 118
5.3 硬質合金刀具材料疲勞特性試驗研究 120
5.3.1 硬質合金刀具材料疲勞試驗 120
5.3.2 硬質合金刀具材料疲勞特性分析 121
5.3.3 硬質合金刀具材料應力-壽命曲線 122
5.4 基于ANSYS硬質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 仿真結果分析 125
5.5 硬質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合金刀具疲勞損傷模型 131
5.6 本章小結 134
參考文獻 135
第6章 刀具前刀面黏焊層裂紋擴展特性 136
6.1 裂紋對黏焊層剝離的影響 136
6.1.1 裂紋擴展形式 136
6.1.2 裂紋與黏焊層剝離的關系 137
6.2 三維結構模型建立 138
6.2.1 硬質合金三維結構模型建立 138
6.2.2 裂紋擴展三維結構模型建立 143
6.3 黏焊層裂紋擴展仿真分析 151
6.3.1 無預制裂紋黏焊層的裂紋擴展 152
6.3.2 預制裂紋黏焊層的裂紋擴展 153
6.3.3 裂紋對拉伸強度的影響 157
6.4 本章小結 158
參考文獻 159
第7章 硬質合金刀具黏結破損的機理與預報 160
7.1 硬質合金刀具刀-屑黏焊的機理 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報模型 166
7.2 硬質合金刀具黏結破損的機理 171
7.2.1 黏結破損過程 171
7.2.2 黏結破損的影響因素 174
7.2.3 親和元素濃度與黏結破損深度的關系 176
7.2.4 黏結破損機理分析 180
7.3 硬質合金刀具黏結破損的預報 181
7.3.1 黏結破損預報模型 181
7.3.2 黏結破損預報模型系數(shù)的擬合 183
7.3.3 黏結破損預報模型計算結果與分析 184
7.3.4 黏結破損預報模型的驗證 186
7.4 本章小結 187
參考文獻 188
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