本文關鍵詞：金剛石切削模具鋼磨損機理的分子動力學仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：模具鋼由于具有優(yōu)良的強度、韌性、耐磨性和抗疲勞強度而在精密制造行業(yè)具有廣闊的應用前景,但生產加工中仍采用粗磨、精細研磨和拋光等工藝措施,生產率低并且容易產生較大的裝夾誤差,因此在模具鋼的實際生產過程中急需應用超精密切削技術,以提高生產效率和加工精度。天然單晶金剛石具有優(yōu)良的機械物理性能使其成為最理想的超精密切削刀具材料之一,但在切削模具鋼材料時刀具會產生嚴重磨損,對刀具磨損機理研究不足嚴重限制了模具鋼的發(fā)展。分子動力學能夠在納米級加工領域分析刀具和工件原子之間的相互作用,本文利用分子動力學研究單晶金剛石切削模具鋼過程中刀具的磨損機理,并進行相關實驗驗證了理論仿真結果,主要研究內容和結論如下：(1)基于MEAM勢函數(shù)建立了金剛石超精密切削模具鋼的分子動力學仿真模型。仿真結果表明：鐵原子含有未配對d電子,并且鐵在(111)面上與金剛石(111)面上的原子符合垂直對準原則,導致鐵易與金剛石原子形成化學鍵。與金剛石(111)面上符合垂直對準原則的鐵原子同時驅動金剛石原子運動,促使金剛石結構轉化為石墨結構。金剛石的石墨化過程是切削刃的原子轉化成為石墨結構,而不是變形的碳原子脫離金剛石表面。(2)進行金剛石切削模具鋼的摩擦磨損實驗。實驗結果表明刀具在較低的切削速度和接觸壓力條件下已經發(fā)生嚴重磨損,加工后的工件表面檢測到了以鐵的化合物方式存在的碳,驗證了磨損機理的正確性。(3)建立金剛石和鐵基金剛石的加熱模型。通過原子排布情況表明加熱過程中金剛石的原子狀態(tài),并利用溫度-體積曲線計算不同條件下金剛石的熔點,證明了鐵的存在能夠加速金剛石石墨化進程,降低石墨化溫度。(4)通過配位數(shù)變化情況計算金剛石刀具石墨化率,驗證了垂直對準原則在刀具磨損過程中的適用性。刀具的磨損變形主要集中在局部產生并向外擴展,并在擴展過程中產生石墨化現(xiàn)象,石墨化率最大的為(111)晶面；切削速度高的加工條件使更多工件原子的能量集中于切屑部分,有助于獲得較高的表面質量；切削過程中工件原子附著在刀具前刀面上形成類似積屑瘤的一層“原子膜”,導致厚度的變化對刀具磨損影響作用不大。
【關鍵詞】：金剛石石墨化 磨損機理 模具鋼 分子動力學仿真
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG711;TH117.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 論文的研究背景和意義10-11
• 1.2 國內外研究概況及發(fā)展趨勢11-17
• 1.2.1 金剛石切削模具鋼磨損機理研究概況11-13
• 1.2.2 國內外模具鋼金剛石切削工藝研究概況13-14
• 1.2.3 國內外分子動力學對納米加工的研究概況14-17
• 1.3 課題的來源及本文的研究內容17-19
• 1.3.1 課題的來源17
• 1.3.2 本文的研究內容17-19
• 2 分子動力學方法的理論基礎19-27
• 2.1 分子動力學方法的基本思想19
• 2.2 分子動力學仿真模型的結構搭建19-24
• 2.2.1 勢能函數(shù)選取與參數(shù)確定20-22
• 2.2.2 邊界條件22
• 2.2.3 積分算法22-23
• 2.2.4 系綜23
• 2.2.5 步長23
• 2.2.6 模擬過程中所用軟件23-24
• 2.3 分子動力學表征方法24-26
• 2.3.1 配位數(shù)25
• 2.3.2 徑向分布函數(shù)25-26
• 2.4 本章小結26-27
• 3 單晶金剛石切削鐵的分子動力學仿真27-38
• 3.1 單晶金剛石切削鐵仿真模型的建立27-30
• 3.1.1 鐵和金剛石的晶體結構27
• 3.1.2 金剛石不同晶面建模27-29
• 3.1.3 單晶金剛石切削鐵的分子動力學模型29-30
• 3.2 仿真結果與分析30-36
• 3.2.1 刀具磨損機理30-32
• 3.2.2 刀具受力分析32-33
• 3.2.3 切削過程溫度分析33-35
• 3.2.4 徑向分布函數(shù)分析35
• 3.2.5 配位數(shù)分析35-36
• 3.3 本章小結36-38
• 4 金剛石磨損實驗及金剛石加熱過程的仿真分析38-46
• 4.1 金剛石磨損實驗38-42
• 4.1.1 摩擦化學拋光實驗裝置38
• 4.1.2 金剛石磨損實驗過程38-40
• 4.1.3 實驗檢測儀器40
• 4.1.4 實驗結果分析40-42
• 4.2 金剛石加熱過程的分子動力學仿真42-45
• 4.2.1 建模及參數(shù)選取42-43
• 4.2.2 金剛石加熱結果分析43-44
• 4.2.3 鐵基金剛石加熱結果分析44-45
• 4.3 本章小結45-46
• 5 切削參數(shù)變化對刀具磨損影響的分子動力學仿真46-58
• 5.1 金剛石晶面對刀具磨損的影響46-49
• 5.1.1 晶面對刀具石墨化率的影響46-47
• 5.1.2 晶面對前刀面溫度的影響47-48
• 5.1.3 晶面對刀具磨損的影響48-49
• 5.2 切削速度對刀具磨損的影響49-53
• 5.2.1 切削速度對刀具石墨化率的影響49-51
• 5.2.2 切削速度對工件形態(tài)變化的影響51-53
• 5.2.3 切削速度對刀具受力、溫度的影響53
• 5.3 切削厚度對刀具磨損的影響53-57
• 5.3.1 切削厚度對刀具石墨化率的影響54
• 5.3.2 切削厚度對刀具受力、溫度的影響54-55
• 5.3.3 切削厚度對工件形態(tài)的影響55-57
• 5.4 本章小結57-58
• 結論58-60
• 參考文獻60-63
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況63-64
• 致謝64-65

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1 吳敏鏡;;關于金剛石切削在儀表制造中的應用[J];磨床與磨削;1988年01期

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4 ;用化學法在工具上鍍鎳-金剛石切削層[J];超硬材料工程;2009年03期

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  本文關鍵詞：金剛石切削模具鋼磨損機理的分子動力學仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：251480