金刚石刀具沟槽磨损硬粒子刻划分子动力学仿真

发布时间：2017-04-14 15:00

  本文关键词：金刚石刀具沟槽磨损硬粒子刻划分子动力学仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纳米切削单晶硅过程中，金刚石刀具后刀面的沟槽磨损会严重影响加工质量。但沟槽磨损的形成机理至今仍没有揭示清楚。本文采用分子动力学仿真方法研究了硬粒子在金刚石刀具后刀面上的刻划过程，从硬粒子刻划的角度分析了其对沟槽磨损的贡献，为揭示清楚沟槽磨损的形成机理打下了一定的理论基础。 基于前人的研究首先假设硬粒子的成分分别为碳化硅与金刚石。为研究温度对碳化硅以及金刚石晶体结合强度的影响，建立了碳化硅与金刚石分子动力学模型，模拟了不同温度下碳化硅以及金刚石晶体中Si-C与C-C键长的变化情况，，将得到的键长数据按大小分组，以频数分布直方图的形式呈现出来，详细分析了温度对Si-C以及C-C键长的影响规律。说明了碳化硅硬粒子刻划金刚石晶体在理论上是可能的。 将硬粒子假想成“刀具”，将金刚石刀具假想成“工件”，基于前人的研究，假设刻划形式分别为机械刻划与滚划，机械刻划过程中硬粒子为半球形，滚划过程中硬粒子为圆球形，分别建立了碳化硅/金刚石硬粒子-金刚石刀具分子动力学机械刻划/滚划模型。 模拟了硬粒子刻划过程，分析了金刚石刀具牛顿层原子的受力、势能以及温度的变化情况；通过VMD可视化软件观察到了刀具的磨损现象；结合原子瞬间位置图阐述了磨损现象产生的原因。 通过计算不同时刻刀具碳原子配位数的变化，量化了刻划过程中金刚石刀具的磨损，得到了不同时刻刀具的磨损原子数以及磨损率。分析了不同刻划深度、刻划速度以及滚动速度等参数对刀具磨损程度的影响。
【关键词】：金刚石刀具 沟槽磨损 硬粒子 刻划 分子动力学 配位数
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG71;TH117.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题的研究目的及意义10-11
• 1.2 金刚石刀具磨损的研究现状11-19
• 1.2.1 国内外对金刚石刀具磨损的研究概况11-16
• 1.2.2 金刚石刀具沟槽磨损的研究现状16-19
• 1.3 论文的主要研究内容19-20
• 第2章 温度对金刚石与碳化硅结合强度影响的模拟研究20-34
• 2.1 硬粒子化学成分的假设20
• 2.2 金刚石与碳化硅的结构及性能20-24
• 2.2.1 金刚石的结构与性能21-23
• 2.2.2 碳化硅的结构与性能23-24
• 2.3 分子动力学的基本思想简介24-26
• 2.3.1 经典牛顿力学定律24-25
• 2.3.2 工作流程图25
• 2.3.3 适用范围25-26
• 2.4 金刚石与碳化硅分子动力学模型的建立及键长的计算26-27
• 2.5 温度对 C-C、Si-C 键长的影响27-32
• 2.6 温度对金刚石与碳化硅结合强度的影响及金刚石刀具的软化32-33
• 2.7 本章小结33-34
• 第3章 硬粒子-金刚石刀具分子动力学刻划模型的建立34-42
• 3.1 硬粒子刻划形式及形状尺寸的假设34-35
• 3.2 硬粒子-金刚石刀具分子动力学刻划模型的建立35-40
• 3.2.1 势函数与时间步长35-37
• 3.2.2 力的计算方法37-38
• 3.2.3 运动方程的数值求解38
• 3.2.4 刻划模型的建立38-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第4章 硬粒子-金刚石刀具刻划过程分子动力学仿真分析42-52
• 4.1 硬粒子-刀具刻划过程中分子动力学仿真参数的设定42-43
• 4.2 刻划过程仿真结果分析43-47
• 4.2.1 切削力分析43-44
• 4.2.2 原子间势能分析44-46
• 4.2.3 温度分析46-47
• 4.3 硬粒子刻划对刀具磨损的形成分析47-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 刻划参数对刀具磨损的影响52-63
• 5.1 硬粒子-金刚石刀具刻划过程中刀具磨损的量化52-54
• 5.2 各因素对刀具磨损的影响54-62
• 5.2.1 刻划深度的影响54-58
• 5.2.2 刻划速度的影响58-61
• 5.2.3 滚动速度的影响61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果68-69
• 致谢69-70
• 作者简介70

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