【摘要】：隨著對切削加工精度和加工表面質(zhì)量要求的不斷提高,超精密切削加工不斷向微納米尺度發(fā)展、向納米級、原子級精度發(fā)展,微納米切削是超精密加工技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)和前沿。另一方面,微納米切削加工可以滿足微小結(jié)構(gòu)和形狀的加工需求,是達到極限尺寸加工的重要手段。微納米切削不斷推動著超精密加工技術(shù)和微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展和進步。超精密加工技術(shù)和微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用使國防、軍事、航空航天、微電子、精密機械和儀器、光學(xué)工程、生物醫(yī)學(xué)工程等行業(yè)發(fā)生了重大變革。它們不僅是制造高新技術(shù)產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù),而且也是取得國際競爭優(yōu)勢的重要技術(shù)之一。微納米切削的機理和規(guī)律與傳統(tǒng)切削加工不同,切削發(fā)生在微小區(qū)域,有許多特殊現(xiàn)象和規(guī)律有待進一步探索和研究。由于微納切削表現(xiàn)出一些不同于宏觀切削的新特性,因此,需要尋求新的分析方法。微納米切削的微觀動態(tài)過程,在理論分析和實驗研究上都存在很大困難。分子動力學(xué)方法是一種描述微觀現(xiàn)象的有效方法。采用分子動力學(xué)方法不僅能得到被分析系統(tǒng)總的特性和某些感興趣的行為,而且還能像做試驗一樣地進行觀察與顯示。特別是許多在試驗中無法獲得的微觀和原子尺度上的細(xì)節(jié),在分子動力學(xué)方法中都可以方便地觀察到。因此,提出了基于分子動力學(xué)的單晶鋁微納米切削機理研究的課題。本文首先分析了國內(nèi)外在超精密加工方面的研究進展,分析了納米加工仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。詳細(xì)介紹了分子動力學(xué)方法的基本理論框架和采取的相關(guān)核心技術(shù),同時介紹了有限元方法和多尺度方法并對比分析各種方法的優(yōu)缺點。選用分子動力學(xué)方法,利用分子動力學(xué)軟件lammps,建立了單晶鋁材料不同晶面和不同加工方向的納米切削仿真模型,從不同晶面,不同晶向,不同切削速度,不同切削厚度考慮,實現(xiàn)了材料的納米級去除過程的模擬,分別從工件切屑的形成、切削力和應(yīng)變能的變化等角度研究了工件材料不同晶體取向?qū){米切削變形機理的影響,研究了切削速度和切削厚度對材料的納米切削特性的影響。本文采用納米壓痕儀開展了納米刻劃實驗,對單晶鋁微納米切削機理進行實驗研究,進行了不同晶向設(shè)置和不同切削厚度,不同切削速度的納米刻劃實驗,從切削力、摩擦系數(shù)和材料的隆起和堆積特點等方面與仿真所得納米切削的特點數(shù)據(jù)進行對照,驗證了納米切削仿真模型和計算結(jié)果的規(guī)律一致性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TG501
【圖文】：

Ｆ＂ｉｇ邋．１．５邋Ｔｈｅ邋Ｔｏｏ］邋ｃｒｅａｔｅｄ邋ｂｙ邋Ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ａｎｄ邋Ｃｈｅｍｉｃａｌ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋Ｉｎ邋R%邋ｉｔ邋山邋ｅ邋ｏｆ邋Ｊａｐａｎ逡逑日本在微小刀具的制造方面實力不俗，日本理化研究所制造出了金字塔微細(xì)逡逑刀具并具有超大的深寬比如圖１．４所示，并且進行了實驗得出結(jié)論：微刀具強度逡逑與加工表面質(zhì)量之間有很好的對應(yīng)關(guān)系ｔｗｉ。逡逑圖１．５為美國Ｓａｎｄｉａ國家實驗室（Ｓａｎｄｉａ邋Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）制備出的一些逡逑微小刀具ＰＤ－２Ｉ］逡逑５逡逑

原子鍵的斷裂過程，為了方便原子區(qū)與有限元區(qū)的結(jié)合，有限單元被劃分到了原子逡逑級大小，模型劃分區(qū)域為ＭＤ區(qū)域，ＦＥ區(qū)域及ＴＢ／ＭＤ，ＭＤ／ＦＥ兩個岕合區(qū)域。逡逑如圖２．５所示。逡逑整個模擬系統(tǒng)總能量的哈密頓量表示為：逡逑Ｈｔ0ｔ＝邋Ｈｆｅ邋＋邋Ｈｍｄ邋＋邋Ｈｆｅ／ｍｄ邋＋邋Ｈｔｂ邋＋邋Ｈｍｄ／ｔｂ邋邐邋（２４１）逡逑其中等式左邊代表系統(tǒng)總能量，右邊各項為其對應(yīng)區(qū)域的哈密頓量，其中逡逑對于有限元區(qū)：逡逑咕丘＝妻么Ｃ．ｆ（ｒ）２ｄ打＋全么Ｐ的佩２做邐（２－４２）逡逑其中ｅ表示應(yīng)變量，Ｃ為剛度，Ｐ為材料的密度，為節(jié)點的速度，對于分逡逑子動力學(xué)區(qū)；逡逑２９逡逑

【參考文獻】

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1 閆永達,孫濤,程凱,趙清亮,董申;基于AFM的微結(jié)構(gòu)加工實驗研究[J];電子顯微學(xué)報;2003年03期

2 袁哲俊;納米科學(xué)和技術(shù)的新進展[J];工具技術(shù);2004年09期

3 周明,袁哲俊;金剛石刀具晶面選擇對切削過程及耐用度影響[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;1999年04期

4 唐玉蘭,梁迎春,霍德鴻,程凱;單晶硅和單晶鋁納米切削過程比較[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2004年01期

5 羅熙淳,梁迎春,董申,李廣慧;單晶硅納米加工機理的分子動力學(xué)研究[J];航空精密制造技術(shù);2000年03期

6 黃丹;章青;卓家壽;;典型納米單晶鋁構(gòu)件損傷破壞的原子模擬[J];機械強度;2008年04期

7 趙宏偉;郭文朝;張霖;王曉軍;;納米切削單晶銅的準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)法模擬[J];吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2013年02期

8 孫西芝;陳時錦;程凱;初文江;;多尺度仿真方法研究綜述[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報;2006年10期

9 丁衡高;微米／納米技術(shù)──面向21世紀(jì)的軍民兩用技術(shù)[J];儀器儀表學(xué)報;1995年S1期

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1 盆洪民;微構(gòu)件納米切削過程及其力學(xué)特性的多尺度模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 張俊杰;基于分子動力學(xué)的晶體銅納米機械加工表層形成機理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

3 朱朋哲;納米尺度接觸和摩擦的分子動力學(xué)及多尺度模擬研究[D];清華大學(xué);2010年

4 韓雪松;超精密切削技術(shù)的多尺度數(shù)值模擬研究[D];天津大學(xué);2004年

5 李紅濤;介觀尺度材料力學(xué)性能建模及微銑削工藝優(yōu)化研究[D];上海交通大學(xué);2008年

6 李德剛;基于分子動力學(xué)的單晶硅納米加工機理及影響因素研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

7 吳繼華;基于應(yīng)變梯度塑性理論的正交微切削變形研究[D];山東大學(xué);2009年

8 黎軍頑;納米壓痕過程的多尺度準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)法研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

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2 丁輝;基于多尺度仿真的超精密切削表面殘余應(yīng)力研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

3 張繼民;單晶銅納米切削過程分子動力學(xué)建模與仿真[D];燕山大學(xué);2009年

4 陳曉韋;基于準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)多尺度方法的納米切削仿真研究[D];天津大學(xué);2012年

5 方聰聰;晶體鋁納米接觸與摩擦行為的多尺度與有限元分析研究[D];昆明理工大學(xué);2014年

本文編號：2741623