多晶体纳米切削的分子动力学仿真研究

分子动力学方法是探索纳米级机械加工机理的有力工具。这里运用分子动力学方法对人工构造的多晶体材料———多晶硅的纳米切削进行了三维仿真,采用了最适用于碳族材料的Tersoff势函数来描述工件上的硅原子、刀具上的碳原子及他们之间的相互作用。材料模型中包含了点缺陷、线缺陷、不同晶向及晶界等在多晶体材料中出现频繁的典型结构。通过对结果的分析,使我们对多晶体的纳米切削机理有了新的认识。     

多晶硅的纳米切削的分子动力学仿真研究

分子动力学方法是探索纳米级机械加工机理的有力工具。这里运用分子动力学方法对人工构造的多晶体材料——多晶硅的纳米切削进行了三维仿真，采用了最适用于碳族材料的Tersoff势函数来描述工件上的硅原子、刀具上的碳原子及他们之间的相互作用。材料模型中包含了点缺陷、线缺陷、不同晶向及晶界等在多晶体材料中出现频繁的典型结构。通过对结果的分析，使我们对多晶体的纳米切削机理有了新的认识。     

光学玻璃的精密切削实验研究

通过纳米印压和变切深切削实验,研究了SF6光学玻璃在微/纳米尺度下的材料去除机理,发现切削条件对脆性材料的微去除方式有直接影响.进行了SF6光学玻璃的超声波振动切削实验,实现了光学玻璃的塑性域切削,获得了粗糙度值为Ra 24 nm的加工表面.研究结果表明,采用金刚石超声波振动切削技术可以显著减小刀具磨损.     

单晶硅各向异性纳米切削分子动力学研究

在293K温度下,通过分子动力学仿真软件LAMMPS建立单晶硅(100)、(110)和(111)不同晶面的纳米切削仿真模型,对样件内部原子之间相互作用选用改进型Tersoff势函数描述,并结合OVITO可视化分析,研究了样件的表面完整性演化规律和亚表层损伤机制.结果 表明:在纳米切削时,材料去除方式主要靠刀具的法向挤压产生塑性变形,在进给过程中少量材料挤压溢出到切槽两侧,大部分材料在刀具剪切作用下向前运动形成切屑.单晶硅(100)面刀具前端材料堆积最多,(110)面切痕两侧隆起材料最少且沿着切削方向形状整齐,切深较其他两个晶面较大.单晶硅(111)面亚表层损伤厚度最小值为3.02nm,切削表面最光滑,在非晶区域下方产生＜(11)0＞晶向规则排列的非晶位错.     

纳米硬质合金刀具切削Al/SiC_p复合材料的实验

针对SiC颗粒硬度高,切削Al/SiCp复合材料时刀具磨损剧烈,本文提出用具有较高硬度、韧性及良好抗磨损能力的WC-7Co制备纳米硬质合金刀具,并对Al/SiCp复合材料进行了切削实验。研究了纳米硬质合金刀具磨损机理和Al/SiCp复合材料的切屑去除机理,以及刀尖处后刀面磨损值。研究认为,纳米硬质合金刀具磨损的机理为SiC颗粒的微切削作用引起的磨料磨损,及SiC颗粒对刀尖刃口的高频、断续冲击引起的微崩刃及微破损;Al/SiCp复合材料的切削实质是断续切削;去除机理为切屑的崩碎去除;纳米硬质合金后刀面磨损值较普通硬质合金小30%～50%。实验表明,纳米硬质合金较普通硬质合金更适于加工Al/SiCp复合材料。     

纳米硬质合金刀具切削Al/SiCp复合材料实验

SiC颗粒具有较高的硬度,使Al/SiCp复合材料在切削时刀具磨损剧烈。纳米硬质合金具有较高的硬度、韧性及良好的抗磨损能力。制备了纳米硬质合金刀具WC-7Co,对Al/SiCp复合材料进行了切削实验,研究了纳米硬质合金刀具磨损机理和Al/SiCp复合材料的切屑去除机理,以及刀尖处后刀面磨损值。研究认为,纳米硬质合金刀具磨损的机理为SiC颗粒的微切削作用引起的磨料磨损,及SiC颗粒对刀尖刃口的高频、断续冲击引起的微崩刃及微破损,Al/SiCp复合材料的切削实质是断续切削;Al/SiCp复合材料去除机理为切屑的崩碎去除;纳米硬质合金后刀面磨损值较普通硬质合金小30%~50%。     

基于分子动力学的SiC刀具切削单晶镍刀具磨损分析

通过MD仿真,分析了SiC刀具切削单晶镍,刀具磨损过程中原子的物理化学状态。研究发现,在切削过程中,工件镍原子发生物理移动并与刀具中的硅化学结合;根据径向分布函数分析法以及MD仿真结果,证实了Ni-Si键的生成;切削用量影响这一结果,切削深度越大,刀屑界面的NiSi化合物生成速率越明显,但对最终生成量多少的影响并不显著。而且NiSi化合物硬度低于刀具硬度,随着切深越大,磨损加剧。     

考虑空位缺陷的单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真

基于第一性原理,构建并验证了考虑空位缺陷的单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真模型.通过磨削过程的分子动力学仿真计算,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级磨削过程中原子瞬间位置变化、温度波动、作用力大小和势能波动等变化,解释了纳米级超精密磨削过程中材料的去除过程,描述了切屑形成过程和加工表面形成机理.分析了空位缺陷对加工过程和表面质量的影响,并对空位在仿真过程中的作用进行了研究.     

纳米尺度单晶铜材料表面切削特性分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究单晶铜材料表面纳米切削特性。通过对单晶铜纳米切削过程进行分子动力学建模、计算与分析,研究了不同切削速度及切削厚度对单晶铜材料表面纳米切削过程中微观接触区域原子状态和切削力变化的影响规律。研究结果发现：在单晶铜表面纳米切削过程中,切削速度越高,切屑堆积体积越大,切屑里原子的排列越紧密,位错缺陷分布区域越大;在同种切削速度下,切削厚度越大,在刀具前方堆积的切屑体积越大,位错缺陷越多。不同切削速度及切削厚度下,切削力曲线均在切削初期呈上升趋势,达到稳定切削状态后围绕稳定值进行波动,但在切削初期,切削速度及切削厚度越大,切削力上升幅度越大;达到稳定切削状态后,切削速度、切削厚度越大,切削力越大。     

PCBN刀具车削铸造高温合金的失效机理研究

对PCBN刀具车削铸造高温合金K423A进行了切削试验研究及有限元仿真研究,观察和分析了刀具的磨损/破损形态,并从应力场和温度场分布的角度对刀具的失效机理进行了深入分析。在四种不同的切削条件下,主切削刃的失效形式主要为刀具材料的剥落和粘结磨损;在切削速度60m/min时,PCBN刀具容易发生破损;随着切削速度的增加,副切削刃的磨损/破损带宽度减小。切削速度的提高引起切削温度的增加,使得工件材料的强度降低,同时刀具脆性降低而韧性增加,这是副后刀面破损减少的可能原因之一。采用修正的莫尔理论对有限元仿真结果中刀具复杂的应力状态进行分析,推断了刀具材料破坏的起始位置。