本文關(guān)鍵詞：金剛石切削模具鋼磨損機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：模具鋼由于具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性、耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度而在精密制造行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景,但生產(chǎn)加工中仍采用粗磨、精細(xì)研磨和拋光等工藝措施,生產(chǎn)率低并且容易產(chǎn)生較大的裝夾誤差,因此在模具鋼的實(shí)際生產(chǎn)過程中急需應(yīng)用超精密切削技術(shù),以提高生產(chǎn)效率和加工精度。天然單晶金剛石具有優(yōu)良的機(jī)械物理性能使其成為最理想的超精密切削刀具材料之一,但在切削模具鋼材料時(shí)刀具會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重磨損,對(duì)刀具磨損機(jī)理研究不足嚴(yán)重限制了模具鋼的發(fā)展。分子動(dòng)力學(xué)能夠在納米級(jí)加工領(lǐng)域分析刀具和工件原子之間的相互作用,本文利用分子動(dòng)力學(xué)研究單晶金剛石切削模具鋼過程中刀具的磨損機(jī)理,并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論仿真結(jié)果,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：(1)基于MEAM勢(shì)函數(shù)建立了金剛石超精密切削模具鋼的分子動(dòng)力學(xué)仿真模型。仿真結(jié)果表明：鐵原子含有未配對(duì)d電子,并且鐵在(111)面上與金剛石(111)面上的原子符合垂直對(duì)準(zhǔn)原則,導(dǎo)致鐵易與金剛石原子形成化學(xué)鍵。與金剛石(111)面上符合垂直對(duì)準(zhǔn)原則的鐵原子同時(shí)驅(qū)動(dòng)金剛石原子運(yùn)動(dòng),促使金剛石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)。金剛石的石墨化過程是切削刃的原子轉(zhuǎn)化成為石墨結(jié)構(gòu),而不是變形的碳原子脫離金剛石表面。(2)進(jìn)行金剛石切削模具鋼的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明刀具在較低的切削速度和接觸壓力條件下已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重磨損,加工后的工件表面檢測(cè)到了以鐵的化合物方式存在的碳,驗(yàn)證了磨損機(jī)理的正確性。(3)建立金剛石和鐵基金剛石的加熱模型。通過原子排布情況表明加熱過程中金剛石的原子狀態(tài),并利用溫度-體積曲線計(jì)算不同條件下金剛石的熔點(diǎn),證明了鐵的存在能夠加速金剛石石墨化進(jìn)程,降低石墨化溫度。(4)通過配位數(shù)變化情況計(jì)算金剛石刀具石墨化率,驗(yàn)證了垂直對(duì)準(zhǔn)原則在刀具磨損過程中的適用性。刀具的磨損變形主要集中在局部產(chǎn)生并向外擴(kuò)展,并在擴(kuò)展過程中產(chǎn)生石墨化現(xiàn)象,石墨化率最大的為(111)晶面；切削速度高的加工條件使更多工件原子的能量集中于切屑部分,有助于獲得較高的表面質(zhì)量；切削過程中工件原子附著在刀具前刀面上形成類似積屑瘤的一層“原子膜”,導(dǎo)致厚度的變化對(duì)刀具磨損影響作用不大。
【關(guān)鍵詞】：金剛石石墨化 磨損機(jī)理 模具鋼 分子動(dòng)力學(xué)仿真
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG711;TH117.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 論文的研究背景和意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)11-17
• 1.2.1 金剛石切削模具鋼磨損機(jī)理研究概況11-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外模具鋼金剛石切削工藝研究概況13-14
• 1.2.3 國(guó)內(nèi)外分子動(dòng)力學(xué)對(duì)納米加工的研究概況14-17
• 1.3 課題的來源及本文的研究?jī)?nèi)容17-19
• 1.3.1 課題的來源17
• 1.3.2 本文的研究?jī)?nèi)容17-19
• 2 分子動(dòng)力學(xué)方法的理論基礎(chǔ)19-27
• 2.1 分子動(dòng)力學(xué)方法的基本思想19
• 2.2 分子動(dòng)力學(xué)仿真模型的結(jié)構(gòu)搭建19-24
• 2.2.1 勢(shì)能函數(shù)選取與參數(shù)確定20-22
• 2.2.2 邊界條件22
• 2.2.3 積分算法22-23
• 2.2.4 系綜23
• 2.2.5 步長(zhǎng)23
• 2.2.6 模擬過程中所用軟件23-24
• 2.3 分子動(dòng)力學(xué)表征方法24-26
• 2.3.1 配位數(shù)25
• 2.3.2 徑向分布函數(shù)25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 單晶金剛石切削鐵的分子動(dòng)力學(xué)仿真27-38
• 3.1 單晶金剛石切削鐵仿真模型的建立27-30
• 3.1.1 鐵和金剛石的晶體結(jié)構(gòu)27
• 3.1.2 金剛石不同晶面建模27-29
• 3.1.3 單晶金剛石切削鐵的分子動(dòng)力學(xué)模型29-30
• 3.2 仿真結(jié)果與分析30-36
• 3.2.1 刀具磨損機(jī)理30-32
• 3.2.2 刀具受力分析32-33
• 3.2.3 切削過程溫度分析33-35
• 3.2.4 徑向分布函數(shù)分析35
• 3.2.5 配位數(shù)分析35-36
• 3.3 本章小結(jié)36-38
• 4 金剛石磨損實(shí)驗(yàn)及金剛石加熱過程的仿真分析38-46
• 4.1 金剛石磨損實(shí)驗(yàn)38-42
• 4.1.1 摩擦化學(xué)拋光實(shí)驗(yàn)裝置38
• 4.1.2 金剛石磨損實(shí)驗(yàn)過程38-40
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)儀器40
• 4.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析40-42
• 4.2 金剛石加熱過程的分子動(dòng)力學(xué)仿真42-45
• 4.2.1 建模及參數(shù)選取42-43
• 4.2.2 金剛石加熱結(jié)果分析43-44
• 4.2.3 鐵基金剛石加熱結(jié)果分析44-45
• 4.3 本章小結(jié)45-46
• 5 切削參數(shù)變化對(duì)刀具磨損影響的分子動(dòng)力學(xué)仿真46-58
• 5.1 金剛石晶面對(duì)刀具磨損的影響46-49
• 5.1.1 晶面對(duì)刀具石墨化率的影響46-47
• 5.1.2 晶面對(duì)前刀面溫度的影響47-48
• 5.1.3 晶面對(duì)刀具磨損的影響48-49
• 5.2 切削速度對(duì)刀具磨損的影響49-53
• 5.2.1 切削速度對(duì)刀具石墨化率的影響49-51
• 5.2.2 切削速度對(duì)工件形態(tài)變化的影響51-53
• 5.2.3 切削速度對(duì)刀具受力、溫度的影響53
• 5.3 切削厚度對(duì)刀具磨損的影響53-57
• 5.3.1 切削厚度對(duì)刀具石墨化率的影響54
• 5.3.2 切削厚度對(duì)刀具受力、溫度的影響54-55
• 5.3.3 切削厚度對(duì)工件形態(tài)的影響55-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況63-64
• 致謝64-65

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4 ;用化學(xué)法在工具上鍍鎳-金剛石切削層[J];超硬材料工程;2009年03期

5 王昊;;影響單點(diǎn)金剛石切削表面質(zhì)量的因素[J];新技術(shù)新工藝;2014年01期

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