单颗磨粒磨削成屑机理的分子动力学模拟.pdf

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1、第10期组合机床与自动化加工技术NO．1O2013年10月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueoct．2013文章编号：1001—2265(2013)10—0014—06单颗磨粒磨削成屑机理的分子动力学模拟术李大虎，李蓓智(东华大学机械工程学院，上海201620)摘要：运用分子动力学仿真软件，模拟了单颗金刚石磨粒在不同工艺参数下磨削碳化硅工件的过程，并根据仿真结果，用位错理论对磨削过程成屑机理进行了解释，包括砂轮速度，工件速度，磨削深度对成屑过程带来影

2、响的机制，以及延性域磨削的可行性。对于进一步研究高速磨削机理打下基础，对指导优化工艺参数具有理论指导意义。关键词：单颗磨粒磨削；成屑机理；位错理论；分子动力学中图分类号：TH16；TG58文献标识码：AAMolecularDynamicSimulationoftheChipFormationMechanisminGrindingProcessLIDa—hu，LIBei-zhi(SchoolofMechanicalEngineering，DonghuaUniversity，Shanghai201620，China)A

3、bstract：TheprocessofsinglediamondgraingrindingaSiCworkpieceunderdifferentprocessparame-tersissimulatedwithdynamicsimulationsoftware．Basedontheresults，themechanismofchip—forma—tionisexplainedwiththedislocationtheory，includingtheinfluenceofwheelspeed，workpiecesp

4、eedandgrinddepth，andthepossibilityofductileregimegrinding．Theresultsprovideabasisforthefurtherstudyofthemechanismofhigh—speedgrinding，andmadesometheoreticalcontributioninoptimizationofprocessparameters．Keywords：singlegraingrinding；chip—formationmechanism；theor

5、yofdislocations；moleculardynamics等参数对成屑过程产生影响的物理机制。对进一步理0引言解高速磨削的机理和优化工程实验有一定的指导意义。工程陶瓷、单晶硅、光学玻璃等硬脆材料已在航1仿真实验空航天、汽车、能源装备、模具和通用机械等高新领域获得日益广泛的应用，由于其“硬脆”性质，使用超1．1模型的几何基础硬磨料在高速或超高速条件下对硬脆材料进行磨削切屑形状的统计平均假设在磨削过程中，参与加工几乎成为唯一的加工手段⋯，磨削加工的费用材料去除的磨粒数量庞大，由于每个磨粒高低不同，占到工程陶瓷制

6、品总费用的80％以上。对于陶瓷划过材料表面时深浅不一，因此实际过程中带走的等难加工材料，高速磨削相比传统加工方式同样显材料体积也不一样，同时，陶瓷材料的硬脆性使得去示出很大的优势，在120m／s的砂轮线速度下，磨削除过程类似“崩碎”，每个磨粒切下的材料形状随机力下降，裂纹减少，表面质量改善，普遍认为是因为性很大，导致单独看每个磨粒的磨削力随机性很大，随着砂轮速度提高，最大未变形磨屑厚度降低导致这两点随机性就阻碍我们通过宏观数据来分析微观了这些现象，但是其背后的机理仍不明确，使得工艺机理，为研究带来麻烦，而事实上，磨

7、削过程中的各参数的优化缺乏理论指导，因此对材料在加工过程种宏观现象，比如磨削力等，确实是由众多微小磨粒中成屑去除的过程研究具有重要意义。单独作用加和而得到，如果将其简单地看做是相同文献[2—6]中介绍了许多不同材料切削过程的的微观作用乘以庞大的数量，就可以比较直接地探分子动力学方法模拟。本研究进行了分子动力学仿真寻微观机理，为此需要引入两个假设：实验模拟了单颗磨粒的成屑过程，其不同之处在于结标准磨粒：虽然每个具体的磨粒高低大小不一，合了位错理论，在建模时引入了位错结构。研究分析但是就某一段时间分析，参与材料去除的磨

8、粒数量了材料去除机理，分析了砂轮速度，工件速度，磨削深度收稿日期：2013—02—20；修回日期：2013—03—14}基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB724400)；国家科技重大专项项目(2009ZX04001101)作者简介：李大虎(1986一)，男，安徽马鞍山人，东华大学机械工程学院硕士研究生，主要从事高速磨削机理研究