单晶铜在不同温度下的纳米切削机理研究

目的 虽然纳米切削是 21 世纪超精密加工技术的重要发展方向之一,但现有的纳米切削机理仍不完善.因此,采用数值模拟方法,从晶体结构、力学和粒子运动等方面对纳米切削机理进行补全.方法 首先,基于分子动力学方法对纳米尺度下的单晶铜进行了拉伸模拟,总结其在不同温度下的韧脆性特征;其次,对纳米尺度下的单晶铜进行了切削模拟,系统性地研究了切削过程中晶体结构、切削力、应力应变分布,以及原子运动特征在不同材料韧脆性下的变化规律.结果 拉伸模拟结果表明,低温下单晶铜脆性特征显著,但仍具有一定的韧性.随着温度的升高,单晶铜脆性减弱,韧性增强.切削模拟结果表明,靠近工件自由面的材料沿主剪切方向发生持续的剪切滑移和周期性的长距离错动,形成多种晶体结构有序分布的块状切屑.靠近刀具的材料在推挤作用下由晶体结构变为非晶结构,之后持续流动形成切屑.随着切削温度的升高,块状切屑中的长距离错动频率提高,通过剪切形成的块状切屑尺寸减小,而通过推挤形成的流动状切屑厚度增加.结论 切屑的形成方式包括剪切和推挤2种类型.低温下,剪切切屑形成过程占据主导地位,切屑呈现明显的块状.随着温度升高,切屑形成机理从剪切向推挤转变.