张彭,李新建,张健生,张毅,黄小光,叶贵根.单晶铜在不同温度下的纳米切削机理研究[J].表面技术,2023,52(9):265-277.
ZHANG Peng,LI Xin-jian,ZHANG Jian-sheng,ZHANG Yi,HUANG Xiao-guang,YE Gui-gen.Nano-cutting Mechanism of Single Crystal Copper at Different Temperature[J].Surface Technology,2023,52(9):265-277
单晶铜在不同温度下的纳米切削机理研究
Nano-cutting Mechanism of Single Crystal Copper at Different Temperature
投稿时间:2022-10-03  修订日期:2023-02-22
DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.023
中文关键词:  纳米切削  切屑形成机理  分子动力学模拟  单晶铜  不同温度条件
英文关键词:nano-cutting  chip formation mechanism  molecular dynamics simulation  single crystal copper  different temperature
基金项目:国家自然科学基金(11972376);山东省自然科学基金(ZR2019MA007);中央高校基本科研专项(22CX03014A)
作者单位
张彭 中国石油大学华东储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580 
李新建 中国石油大学华东储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580 
张健生 中国石油大学华东储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580 
张毅 中国石油大学华东储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580 
黄小光 中国石油大学华东储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580 
叶贵根 中国石油大学华东储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580 
AuthorInstitution
ZHANG Peng College of Pipeline and Civil Engineering College of Pipeline and Civil Engineering East China, China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580, China 
LI Xin-jian College of Pipeline and Civil Engineering College of Pipeline and Civil Engineering East China, China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580, China 
ZHANG Jian-sheng College of Pipeline and Civil Engineering College of Pipeline and Civil Engineering East China, China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580, China 
ZHANG Yi College of Pipeline and Civil Engineering College of Pipeline and Civil Engineering East China, China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580, China 
HUANG Xiao-guang College of Pipeline and Civil Engineering College of Pipeline and Civil Engineering East China, China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580, China 
YE Gui-gen College of Pipeline and Civil Engineering College of Pipeline and Civil Engineering East China, China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580, China 
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中文摘要:
      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。
英文摘要:
      Nano-cutting is one of the most important development directions of ultra-precision machining technology in the 21st century. However, the existing nano-cutting mechanism is still not perfect, which restricts the development of this advanced manufacturing technology. The formation and flow evolution of nanochips are the most basic process of nanocutting and the core problem of nano-cutting mechanism research.
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