基于分子動(dòng)力學(xué)的固液兩相磨粒流拋光機(jī)制數(shù)值模擬研究.pdf

1、 分類(lèi)號(hào)： 密 級(jí)： 可公開(kāi) U D C： 編 號(hào)： 基于分子動(dòng)力學(xué)的固液兩相磨粒流拋光機(jī)制數(shù)值模擬研究 NUMERICAL RESEARCH ON POLISHING MECHANISM OF SOLID-LIQUI

2、D PHASES ABRASIVE FLOW BASED ON MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION 學(xué)位授予單位及代碼： 長(zhǎng)春理工大學(xué)（10186） 工程領(lǐng)域名稱(chēng)及代碼： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化（080201） 研 究 方 向：精密、超精密加工、檢測(cè)及裝備 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別： 碩 士 指 導(dǎo) 教 師： 李俊燁

3、 研 究 生： 董 坤 論文起止時(shí)間：2015.09—2016.12 摘 要 磨粒流拋光技術(shù)是作為一種提高表面質(zhì)量的非傳統(tǒng)光整加工技術(shù)，在很多領(lǐng)域的精密加工中具有重要作用。對(duì)于磨粒流拋光技術(shù)的研究也日益增多，但大部分研究以宏觀角度出發(fā)，而以微觀角度對(duì)磨粒流拋光機(jī)制進(jìn)行研究較少。分子動(dòng)力學(xué)模擬作為為一種微觀納米級(jí)尺度分析研究方法，已經(jīng)成為許多學(xué)者研究納米機(jī)械加工機(jī)理的一種重要研究方法。本文基于摩擦磨損和晶體塑性理論，

4、使用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究磨粒流拋光作用機(jī)制。 在磨粒流液相中的磨粒對(duì)工件表面碰撞切削的方向并非沿工件表面，同時(shí)磨粒的棱角在對(duì)工件進(jìn)行微切削時(shí)，其切削方向與工件表面也并非完全保持正交。為分析磨粒在切削工件過(guò)程中，磨粒種類(lèi)和碰撞切削角度對(duì)工件材料切削的影響，建立碳化硅、氮化硼、氧化鋁和金剛石四種磨粒以不同切削角度角度對(duì)單晶材料（銅、鐵、鋁）碰撞切削的分子動(dòng)力學(xué)仿真模型，研究磨粒對(duì)單晶材料工件的切削機(jī)制。當(dāng)切削角度為小角度時(shí)，尤其是正交切

5、削時(shí)，切削過(guò)程中產(chǎn)生的位錯(cuò)數(shù)量較少，切削力和能量都相對(duì)較低，獲得的工件表面內(nèi)部結(jié)構(gòu)好于其他切削角度，即，在單晶工件切削過(guò)程中小角度的切削有利于提高切削后工件的表面質(zhì)量以及減少工件內(nèi)部缺陷數(shù)量。同時(shí)采用磨粒流拋光技術(shù)進(jìn)行光整加工時(shí)，根據(jù)要拋光的工件材料來(lái)選擇固相磨粒的材質(zhì)屬性。 為研究拋光過(guò)程中磨粒流拋光多晶材料工件機(jī)制，對(duì)三種多晶材料進(jìn)行正交切削的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究，分析三種工件材料切削過(guò)程切削力、能量、摩擦系數(shù)的變化以及工件表面產(chǎn)生的

6、塑性變形（其中包括位錯(cuò)形核及遷移，晶界變形以及孿晶變形）情況，發(fā)現(xiàn)不同磨粒種類(lèi)與工件表面接觸區(qū)域的原子附著力大小不同，液相可以降低摩擦系數(shù)，從而影響工件已切削表面質(zhì)量；工件表面內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的同時(shí)也存在較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)，位錯(cuò)和晶界的相互作用，導(dǎo)致孿晶界的遷移和去孿生；切削深度和磨粒材質(zhì)屬性對(duì)不同工件材料產(chǎn)生不同的切削效果，選擇合適的切削深度和磨粒材質(zhì)屬性對(duì)提高磨粒流拋光質(zhì)量有較好的促進(jìn)作用。 通過(guò)對(duì)單晶和多晶工件材料的磨粒流拋光分子動(dòng)力學(xué)數(shù)值模