單晶硅納米級切削過程的分子動力學(xué)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(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)上的切削理論來解釋顯然是不合適的，并且難于應(yīng)用實驗進行觀察和測量。而分子動力學(xué)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(lǐng)域探索宏觀特性的途徑。
　　將刀具設(shè)為非剛體，以Debye模型為動能和溫度之間的轉(zhuǎn)化模型，建立了單晶硅納米

2、級切削的分子動力學(xué)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(jié)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(jié)合，形成已加工表面變質(zhì)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(yīng)用分子動力學(xué)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(jié)果的影響。
　　對點缺陷的單晶硅納米級切削過程進行了仿真，