本书结合作者多年从事模具钢硬态切削理论及相关技术研究的成果撰写而成。本书在全面分析国内外硬态切削技术发展现状的基础上，着重介绍了模具钢硬态铣削理论基础、硬态铣削三维表面形貌建模及加工表面缺陷分析、切削亚表层显微组织及性能分析、外置式 MQL/ CMQL 流场特性及切削力分析、内冷式铣刀流体动力学特性分析及切削性能评价、大型模具复杂表面数控加工编程及加工仿真实例等。本书兼顾理论分析与工程应用两个方面，系统总结了模具钢硬态切削理论及工程应用中的先进成果。
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《21世纪先进制造技术丛书》序
前言
第1章 绪论1
1.1 硬态切削的定义1
1.2 硬态切削技术的优越性2
1.3 硬态切削技术的研究现状3
1.3.1 先进刀具材料及涂层技术3
1.3.2 硬态切削机理5
1.3.3 硬态切削表面完整性6
1.3.4 MQL/CMQL切削技术及内冷式刀具10
1.3.5 自由曲面数控程序编制与加工仿真11
1.4 本章小结12
第2章 模具钢硬态铣削理论基础13
2.1 H13模具钢硬态铣削锯齿状切屑13
2.1.1 锯齿状切屑形貌13
2.1.2 切屑形态转变16
2.1.3 锯齿状切屑的几何特征17
2.2 H13模具钢硬态铣削仿真分析19
2.3 锯齿状切屑的形成机理26
2.4 切屑显微组织演变及力学性能29
2.4.1 切屑白层的形成机制29
2.4.2 切屑白层的尺寸预测32
2.4.3 切屑力学性能分析38
2.5 干式切削条件下的刀具磨损和破损40
2.5.1 刀具磨损和破损形态40
2.5.2 刀具磨损和破损机理43
2.6 本章小结47
第3章 硬态铣削三维表面形貌建模及加工表面缺陷分析49
3.1 球头铣刀铣削平面时的运动模型49
3.1.1 铣削运动变换坐标系统建立49
3.1.2 刀具坐标系和刀具旋转坐标系下的切削刃方程50
3.1.3 机床主轴坐标系下的切削刃方程52
3.1.4 机床主轴坐标系原点在工件坐标系下的坐标53
3.1.5 机床主轴坐标系到工件坐标系的转换矩阵求解53
3.1.6 刀具相对于工件的运动轨迹56
3.2 球头铣削三维表面形貌建模57
3.2.1 工件模型的建立57
3.2.2 三维表面形貌的形成及三维表面轮廓的算术平均偏差58
3.3 球头铣刀三维表面形貌分析61
3.3.1 方案设计61
3.3.2 三维表面形貌分析64
3.4 基于遗传算法的多目标切削参数优化82
3.4.1 目标函数的建立83
3.4.2 目标函数的可靠性验证87
3.4.3 多目标优化88
3.4.4 优化结果及讨论89
3.5 加工表面缺陷分析91
3.5.1 P20模具钢的五轴铣削实验91
3.5.2 加工表面缺陷形貌和化学成分92
3.5.3 加工表面缺陷形成机理94
3.5.4 加工表面缺陷与切屑背面表面形貌的关系96
3.6 本章小结98
第4章 切削亚表层显微组织及性能分析99
4.1 切削亚表层显微组织99
4.1.1 切削参数对显微组织的影响99
4.1.2 刀具磨损对显微组织的影响104
4.2 切削亚表层材料的力学性能109
4.2.1 测量仪器及测量方法110
4.2.2 结果及分析112
4.3 切削亚表层材料的电化学特性122
4.3.1 电化学试样制备122
4.3.2 电化学实验设计125
4.3.3 亚表层显微组织对试样电化学特性的影响126
4.4 白层电化学法检测130
4.4.1 EDM试样及原始试样制备131
4.4.2 电化学阻抗的测量与解析131
4.4.3 动电位极化曲线的测量与解析134
4.4.4 试样表面观测138
4.5 本章小结139
第5章 外置式MQL/CMQL流场特性及切削力分析141
5.1 MQL条件下的油滴覆盖率及尺寸分布141
5.1.1 油-气混合物制备及油滴采集、分析方法141
5.1.2 喷射距离对油滴覆盖率的影响147
5.1.3 空气流量对油滴尺寸分布的影响149
5.1.4 微小油滴碰撞破裂特性分析152
5.2 CMQL流体动力学特性分析155
5.2.1 流体动力学特性仿真模型155
5.2.2 流体动力学特性仿真模型验证160
5.2.3 CMQL雾化参数优化163
5.3 CMQL参数对切削力的影响168
5.3.1 实验设计168
5.3.2 刀具-切屑摩擦系数170
5.3.3 喷射参数对切削力的影响172
5.4 本章小结175
第6章 内冷式铣刀流体动力学特性分析及切削性能评价177
6.1 内冷式铣刀结构设计177
6.2 内冷式铣刀流体动力学特性分析178
6.2.1 流体区域分析模型及仿真方案设计178
6.2.2 内冷式铣刀下游流场特性仿真分析179
6.2.3 内冷孔结构对油滴尺寸的影响182
6.3 内冷式铣刀切削性能评价183
6.3.1 刀具内冷孔结构对切屑形态的影响184
6.3.2 刀具内冷孔结构对切削力的影响185
6.3.3 刀具内冷孔结构对刀具磨损及刀具寿命的影响187
6.4 本章小结190
第7章 大型模具复杂表面数控加工编程及加工仿真实例191
7.1 保险杠凹模加工工艺规划191
7.1.1 保险杠凹模简介191
7.1.2 模具结构分析192
7.1.3 数控机床结构及技术参数193
7.1.4 铣削加工工艺规划194
7.2 模具型腔面数控加工编程196
7.2.1 模具粗加工198
7.2.2 模具半精加工201
7.2.3 模具精加工203
7.3 数控编程的后处理204
7.3.1 数控编程的后处理原理204
7.3.2 基于SIMENS NX9.0的后处理器构建206
7.3.3 刀位数据转换G代码208
7.4 基于VERICUT软件的数控加工仿真209
7.4.1 基于VERICUT软件的数控加工仿真流程209
7.4.2 虚拟机床和刀具库的建立210
7.4.3 模具型腔的数控铣削加工仿真213
7.5 本章小结214
参考文献216
附录 缩略语对照表222
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