分布密度作用下球头铣刀介观几何特征参数优化研究

钛合金综合性能优良，在我国的航空航天、医疗、军事等领域中占据重要地位。基于仿生学的刀具表面织构化处理，对改善钛合金的加工状况、减小切削力并降低切削温度、缓解刀具磨损等都具有重要意义。本书以微织构刀具作为研究对象，基于理论分析、仿真建模和试验等手段，深入研究激光工艺对微织构加工精度和尺寸的影响，设计微织构精准排布模型，分析不同工况下介观几何特征对刀具铣削性能和工件表面完整性的影响规律，并以此优化参数；进而基于刀具磨损状态，提出刀具变分布密度微织构的概念并研究其抗磨减摩机理，为实现钛合金高效高质量加工及刀具优化设计提供解决思路。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 钛合金切削加工的研究现状 1
1.2 微织构刀具制备的方法 4
1.3 微织构参数设计的研究现状 9
1.4 介观几何特征刀具的研究现状 13
1.5 多目标优化方法的应用 16
1.6 本章小结 20
参考文献 21
第2章 激光加工工艺对微织构刀具切削性能影响 26
2.1 激光制备参数对微织构制备精度的影响研究 26
2.2 激光制备参数对微织构周围材料物理场的研究 33
2.2.1 激光加工微织构的激光功率理论分析 33
2.2.2 微织构刀具激光制备仿真模型的建立 37
2.2.3 热应力的产生及分析方法 39
2.2.4 仿真结果分析 39
2.3 基于支持向量回归机的激光加工参数优化 52
2.3.1 支持向量回归机损失函数 52
2.3.2 支持向量回归机模型建立 54
2.3.3 核函数 55
2.3.4 支持向量回归机优化数据 56
2.4 基于遗传算法的微织构刀具制备参数多目标优化研究 58
2.4.1 遗传算法应用原理 58
2.4.2 优化变量 59
2.4.3 约束条件 59
2.4.4 遗传算法优化模型的建立 59
2.4.5 刀具切削性能的遗传算法优化 62
2.4.6 微织构刀具切削试验验证 63
2.5 本章小结 63
参考文献 64
第3章 微织构精准分布设计及其对刀片强度的影响分析 65
3.1 微织构球头铣刀铣削钛合金刀-屑接触区域分析 65
3.2 刀-屑接触区域内均匀分布密度微织构分布形式精准设计 70
3.2.1 刀-屑接触区域内均匀分布密度微织构分布形式 70
3.2.2 刀-屑接触区域内均匀分布密度微织构分布界限 72
3.2.3 均匀分布密度微织构几何参数间关系分析 73
3.2.4 切削深度对均匀分布密度微织构分布形式的影响分析 74
3.3 微织构分布形式对球头铣刀强度的影响分析 78
3.3.1 有限元模型的建立 79
3.3.2 有限元网格划分及边界条件 80
3.3.3 有限元载荷施加条件 80
3.3.4 仿真试验设计及结果分析 81
3.4 本章小结 85
参考文献 86
第4章 大切深条件下球头铣刀介观几何特征参数优化 87
4.1 不同刃口形式球头铣刀切削性能研究 87
4.1.1 不同刃口形式微织构球头铣刀切削钛合金力学模型 87
4.1.2 不同刃口形式微织构球头铣刀铣削钛合金温度模型 91
4.2 不同介观几何特征球头铣刀力-热特性仿真分析 98
4.2.1 仿真边界条件和网格划分 98
4.2.2 仿真方案设计 99
4.2.3 铣削力仿真结果分析 100
4.2.4 铣削温度仿真结果分析 104
4.3 不同介观几何特征球头铣刀铣削钛合金试验研究 109
4.3.1 钝圆刃口微织构球头铣刀铣削钛合金试验研究 109
4.3.2 负倒棱刃口微织构球头铣刀铣削钛合金试验研究 121
4.4 基于支持向量回归机的球头铣刀介观几何特征参数优化 134
4.4.1 多目标函数条件下的支持向量回归机模型 134
4.4.2 介观几何特征球头铣刀切削性能回归分析模型 136
4.4.3 遗传算法优化及验证 143
4.5 本章小结 147
参考文献 148
第5章 小切深条件下球头铣刀介观几何特征参数优化 149
5.1 后刀面微织构抗磨减摩机理分析 149
5.2 后刀面微织构置入区域 150
5.3 后刀面微织构球头铣刀结构强度分析 152
5.3.1 刀具的网格划分与边界条件的创建 152
5.3.2 后刀面不同微织构参数对刀具结构强度的影响 153
5.4 后刀面介观几何特征球头铣刀力-热特性仿真分析 157
5.4.1 仿真模型建立与参数设计 157
5.4.2 仿真结果分析 158
5.5 后刀面介观几何特征球头铣刀铣削钛合金试验研究 162
5.5.1 铣削试验平台搭建 162
5.5.2 铣削力试验结果分析 165
5.5.3 铣削温度试验结果分析 167
5.5.4 刀具磨损试验结果分析 169
5.6 工件表面完整性研究 172
5.6.1 工件表面完整性评价 172
5.6.2 铣削表面粗糙度分析 172
5.6.3 铣削表面残余应力分析 176
5.6.4 铣削表面加工硬化分析 180
5.6.5 铣削表面变质层分析 184
5.7 基于支持向量回归机的球头铣刀介观几何特征参数优化 188
5.7.1 基于支持向量回归机的回归模型计算 188
5.7.2 粒子群优化算法 190
5.8 本章小结 192
参考文献 193
第6章 变分布密度微织构球头铣刀抗磨减摩机理及切削性能研究 194
6.1 球头铣刀前刀面微织构变分布密度模型建立 194
6.1.1 球头铣刀前刀面微织构置入位置设计 194
6.1.2 摩擦系数模型的建立 197
6.1.3 变分布密度微织构数学模型建立 199
6.2 微织构对球头铣刀刀-屑接触区域影响研究 202
6.2.1 微织构与无织构球头铣刀刀-屑接触区域应力仿真研究 202
6.2.2 微织构与无织构球头铣刀铣削钛合金试验研究 203
6.2.3 微织构球头铣刀抗磨减摩性能分析 206
6.3 变分布密度微织构球头铣刀抗磨减摩机理研究 208
6.3.1 激光制备变分布密度微织构对球头铣刀表面元素影响研究 208
6.3.2 变分布密度微织构球头铣刀铣削钛合金铣削力研究 214
6.3.3 微织构区域钛元素分布规律 216
6.3.4 变分布密度微织构球头铣刀抗磨减摩机理研究 221
6.4 变分布密度微织构球头铣刀切削钛合金工件表面质量研究 229
6.4.1 表面粗糙度试验结果分析 229
6.4.2 表面残余应力试验结果分析 231
6.4.3 表面加工硬化试验结果分析 234
6.5 基于模糊评价钛合金铣削加工性能多目标优化 236
6.5.1 变分布密度微织构球头铣刀切削性能评价指标 236
6.5.2 切削性能模糊综合评价模型 237
6.5.3 变分布密度微织构球头铣刀切削性能多级模糊综合评价 238
6.6 本章小结 242
参考文献 243