超精密切削铝亚表层缺陷演变及其对表面洁净影响研究

发布时间：2020-07-21 19:24

【摘要】：当超精密切削加工实现纳米级去除材料时,工件亚表层缺陷结构对工件的加工质量和使用寿命等都有直接影响。基于铝材料的优点,金属铝被广泛应用于高能激光系统的组件中,对其加工表面质量和洁净性具有很高的要求。因此,从分子和原子层面研究亚表层缺陷结构的演变过程,对提高加工表面质量和解释工件表层污染具有理论和实际意义。基于分子动力学仿真理论,本文进行了真空中金属铝的切削仿真,研究切削机理和切削现象。主要研究工件亚表层缺陷结构的演变特征,分析应力诱导位错形核扩展的机制;通过统计亚表层缺陷原子数目和计算原子占比,研究切削深度对亚表层晶体结构变化的影响。对于多晶铝的切削仿真,重点分析了晶界对位错滑移扩展的阻碍作用、以及晶界和位错对切削力波动和应力分布的影响。建立水介质中金属铝的切削仿真模型,对比相同参数下真空中的仿真结果,研究水介质对工件亚表层晶体结构变化的影响,发现水介质中位错积聚时间较长;通过观察切削过程中水介质在工件和刀具之间的分布,分析工件表面应力和温度的分布状态,揭示水介质能够有效减弱刀具后刀面对材料的黏着现象,并且降低工件的整体温度;进一步分析了切削过程中切削力的变化,分析水介质对切削力变化和波动幅度的影响。建立有机介质中单晶铝的切削仿真模型,详细分析了三种加工环境中单晶铝亚表层位错演变过程,进一步分析水介质和有机介质的冷却润滑性能;通过分析亚表层不同晶体结构原子数目的变化、表面原子的排列、表面应力的分布和表面有机物的残留量,研究切削深度对亚表层晶体结构变化、表面质量以及表面洁净的影响规律;同时在单晶铝工件表面上建立不同宽度的矩形槽,以模拟已经存在的缺陷对加工表面质量和表面洁净的影响,从微观层面分析工件内部产生污染源的过程。最后进行不同切削深度下的金属铝的超精密车削实验,对试件的表面粗糙度和表面成分进行检测,分析工件的加工表面质量与表面洁净的关系。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG506
【图文】：

a) 晶向转变 b) 非晶向转变图 1-1 晶相和非晶相转变[11][12]通过单晶和多晶碳化硅的纳米刻划仿真研究材料的去去除是晶相转变的结果，亚表层损伤深度和切削力等随于晶界的存在，多晶材料的变形更为复杂，伴随着晶界

工过程中随着温度的升高而下降，并显示出热软对金刚石纳米压痕晶体硅的影响，分析了氧气图 1-3 为建立压痕模型和压痕过程，a）为纳米压瞬态原子图像。研究指出，氧气分子被压入工件成氧原子，并且渗入基体亚表层区域与硅原子结基体表层产生大量紊乱的非晶态原子。

a) 单晶铝切削仿真模型 b) 多晶铝切削仿真模型图 2-1 真空中金属铝的切削仿真模型 水介质中单晶铝和多晶铝的切削仿真模型对于实际的切削过程中，经常使用切削液，一方面可以带走切削过程中

【参考文献】

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本文编号：2764698