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

1、 分類號： 密 級： 可公開 U D C： 編 號： 基于分子動力學(xué)的固液兩相磨粒流拋光機制數(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： 長春理工大學(xué)（10186） 工程領(lǐng)域名稱及代碼： 機械制造及其自動化（080201） 研 究 方 向：精密、超精密加工、檢測及裝備 申請學(xué)位級別： 碩 士 指 導(dǎo) 教 師： 李俊燁

3、 研 究 生： 董 坤 論文起止時間：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)，而以微觀角度對磨粒流拋光機制進行研究較少。分子動力學(xué)模擬作為為一種微觀納米級尺度分析研究方法，已經(jīng)成為許多學(xué)者研究納米機械加工機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、使用分子動力學(xué)模擬的方法研究磨粒流拋光作用機制。 在磨粒流液相中的磨粒對工件表面碰撞切削的方向并非沿工件表面，同時磨粒的棱角在對工件進行微切削時，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程中，磨粒種類和碰撞切削角度對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單晶材料（銅、鐵、鋁）碰撞切削的分子動力學(xué)仿真模型，研究磨粒對單晶材料工件的切削機制。當(dāng)切削角度為小角度時，尤其是正交切

5、削時，切削過程中產(chǎn)生的位錯數(shù)量較少，切削力和能量都相對較低，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。同時采用磨粒流拋光技術(shù)進行光整加工時，根據(jù)要拋光的工件材料來選擇固相磨粒的材質(zhì)屬性。 為研究拋光過程中磨粒流拋光多晶材料工件機制，對三種多晶材料進行正交切削的分子動力學(xué)模擬研究，分析三種工件材料切削過程切削力、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)生的同時也存在較強的競爭，位錯和晶界的相互作用，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)屬性對提高磨粒流拋光質(zhì)量有較好的促進作用。 通過對單晶和多晶工件材料的磨粒流拋光分子動力學(xué)數(shù)值模