單晶硅納米級切削過程的分子動力學仿真研究.pdf

1、在超精密加工中，特別是進行納米級加工時，材料以離散的數(shù)個原子或原子層的方式去除，加工過程中材料的去除，已加工表面的形成等都與常規(guī)加工存在著巨大差異，采用建立在傳統(tǒng)連續(xù)介質力學基礎上的切削理論來解釋顯然是不合適的，并且難于應用實驗進行觀察和測量。而分子動力學仿真是在理論上研究超精密加工過程的一種非常有效的方法，提供了一種從微觀領域探索宏觀特性的途徑。
　　將刀具設為非剛體，以Debye模型為動能和溫度之間的轉化模型，建立了單晶硅納米

2、級切削的分子動力學模型，對切削過程進行了仿真。從切削過程中瞬間原子位置、切削力、硅原子間勢能、切削溫度等角度分析了切削加工機理，結果表明：切削刃前下方的變形原子不斷延伸與擴展，與已加工表層斷裂的原子鍵結合，形成已加工表面變質層，而切削刃前方的變形原子受到擠壓和剪切作用，堆積在刀具的前方，形成了切屑。刀尖附近有少量的原子位錯產(chǎn)生。對刀具刀尖附近不同位置的原子進行了溫度和力的計算，發(fā)現(xiàn)后刀面原子溫度最高，前刀面原子受力最大，切削中刀具溫度在

3、某一值附近上下波動。
　　應用分子動力學仿真研究了切削厚度、切削速度和切削刃鈍圓半徑對切削過程的影響，研究表明：切削厚度增加，切削力、硅原子間勢能和切削溫度都增加。切削速度增加，硅原子間勢能和切削溫度增大，切削力減小。鈍圓半徑增加，切削力、硅原子間勢能和切削溫度都減小。分別采用Morse勢和Tersoff勢計算C-Si原子間的相互作用，研究了不同勢函數(shù)對切削過程分析結果的影響。
　　對點缺陷的單晶硅納米級切削過程進行了仿真，