分子动力学仿真讲诉

❖此外表面变形的程度随d / r减少而增加。然而产 生的切屑的程度随d / r比值增加而增加。此外， 对于给定的切削深度，增加刀具刃口半径（即低d / r比）降低切屑形成的程度。这是因为半径变化 较大，刀具前角将变为负值因此不利于切屑的形 成过程。

切削力线性变化， 推力起初变化迅
速直到饱和

图14示出比能量与切削深度在不 同的d/ r比下的变化。显示切削深 度减少比能量增加（尺寸效应）。

图a至d 显示双晶的分子动力学模拟。图 a是晶界的初始位置（切削之前），图b 显示出当刀具已经到达晶界的情况 图c和 d显示出刀具切削过程中刀具前端的变形。

7.6纳米结构的纳米切削
❖ 下一代先进的材料正在发展为几乎无缺陷的纳米 结构。在不容易获得的任何其他技术，理论或实 验下模拟这些加工材料将是有价值的。它也是可 以模拟超晶格的性能结构作为性能优越的涂层切 削。晶粒间界可能在纳米材料中起重要作用因为 它们的数量显著增加。还有问题是应当考虑的， 如材料中晶界相对于在这些颗粒的大小的厚度。

尺寸效应，由于在仅仅考 虑平行六面体每一面的几 个纳米的纳米切削的分子 动力学模拟时，工作材料 在切削最初是无任何缺陷，
如点，线或面缺陷。

正前角的影响 随着正前角增加，剪切角增加，刀具与切屑接 触长度减小（摩擦减小）和切屑卷曲。
❖ 大正前角刀具可 以进一步提升刀 具寿命或能更高 速，更低能的去 除材料从而提高 生产力。通过刀 具采用正前角的 分子动力学模拟 研究得出结论， 调查力的减少程 度以及随之而来 能量的减少。

纳米切削中刃口半径和切削深度的影响

❖ 纳米切削分子动力学模拟 采用了不同刃口半径r的刀 具和不同的切削深度d并保 持d/ r比恒定（在0.1,0.2 和0.3）。变化切削力和推 力，调查力比，比能量和 刀具参数，表面的变形和 切削深度的变化。

❖ 一个给定的d / r比值下， 增加切削深度，刀具前端 塑性变形程度和大的表面 下变形。位错的产生特别 是在较高的切深可见。对 于给定的切削条件位错数 量似乎随着切削过程的进 行增加。

7.3纳米切削中各种工艺参数的影响

铜的纳米切削加工分子动力学模拟

❖ 刀具尖端的塑性变形 ❖ 切屑长度减少（或切屑厚度的增加） ❖ 增加表面下的变形的程度 ❖ 在加工材料中产生位错 ❖ 加工表面的弹性恢复 ❖ 剪切带旋转

-75°

图a为推力和切削力

10°

随前角的变化

图b为推力与切削力 比值的分子动力学模 拟结果与传统实验结 果对比。结果基本吻 合。差异可归结于传 统实验中刀具磨损， 而MD模拟中不存在。

conclude
❖ 整个第七部分研究的是分子动力学的实例，其中 包括有色金属和半导体材料的分子动力学模拟， 通过与传统实验结果的对比，分析前角，刃口半 径及切削深度等参数对纳米切削的影响。简单介 绍了出口故障，仿真已知缺陷结构的加工材料及 纳米结构的纳米切削。


❖ 在一项类似的分子动力学模拟研究出口故障用来得出结论 。在实践中，工件出口侧的边界原子被移除来在工件出口 侧创造类似于‘没有弹性的条件约束’。

图a是分子动力学模拟图，图15b 是实验结果的光学显微照片呈现 出显著的相似性。

7.5 仿真已知缺陷结构的加工材料
❖ 分子动力学模拟其中的一个针对性的缺点是它只 能针对完美材料如，纯的无缺陷的单晶金属。分 子动力学模拟后引入一些缺陷，如晶界，空隙和 第二相粒子在加工材料开始出现。现在，这些研 究正在扩展为包括：多个晶界，低角和高角晶界 ，引入加工材料的位置，磨粒的尺寸，缺陷的数 量，形状，尺寸和第二相粒子的密度。

7.4模拟加工出口故障
❖ 毛刺在机械加工出口形成，因为出口缺乏工件提供的弹性 约束。毛刺受到极大关注而其形成还不是很清楚。
❖ Lucca系统的研究不同材料不同的加工条件采用高速摄影 机研究出口故障得出结论。从而理解毛刺形成的机理之后 研究方法去最小化其对工件的影响。然而，这样的研究可 能费时又需要相当昂贵费用，因为它涉及到实验。
A REVIEW ON MD SIMULATION OF MACHING AT THE ATOMIC SCALE

Leabharlann Baiduontents
1 7.3纳米切削中各种工艺参数的影响 2 7.4模拟加工出口故障 3 7.5仿真已知缺陷结构的加工材料
4 7.6纳米结构的纳米切削

纳米切削的分子动力学模拟
❖ 纳米切削是一个十分复杂的材料去除过程，加工 区域数十个原子层，工件表面原子或分子成为直 接加工对象。为了系统描述加工机理，需要进行 大量的纳米级加工实验。但是实验要求极其苛刻 ，目前实验条件无法实现。而分子动力学模拟能 克服这些困难，能十分方便的改变切削条件、刀 具的几何形状和加工工件的性质。是分析微切削 过程有效的工具。