在最近的一项研究发表在杂志上分子,中国的研究人员们用分子动力学仿真模型,分析不同的加工工具形状的影响单晶镍纳米加工的表面质量。
研究:工具的形状对单晶镍纳米加工的表面质量。图片来源:arrideo / Shutterstock.com
加工刀具倾角等因素,间隙角,和圆角半径,通常忽略处理速度相比,加工深度,和不同的水晶飞机,是研究的重点。
结果表明,试样的表面粗糙度分布' W '当钻石工具的倾角改变从-45⁰+ 45⁰。同时,高于临界间隙角8 - 10⁰,在加工工件的温度并没有改变。
图1所示。超精密零件的效果。在前面的研究单晶镍研磨,发现磨料颗粒的大小有重要影响表面质量的单晶镍。磨料颗粒直径的影响本质上是一种有效的反应倾角在处理。可以得出结论,因此,它的大小和形状会影响工件加工工具即使尺寸小到纳米级范围。因此,本研究探讨了纳米加工的工具具有不同倾角角度,不同的间隙角,边半径和不同的工具,以及他们对单晶镍的处理机制的影响。任©,j .悦H。梁,G。Lv, M。,(2022)。
精密机械加工单晶镍
单晶镍及其合金被用于高度航空发动机等关键设备,核反应堆,蒸汽轮机,石化行业。
这类设备的制造需要高精度纳米级。因此,奈米制造的重点技术超过超越产品和基于流程的因素对基于加工工具的因素如倾角、后角和圆角半径。
此外,分子动力学的研究是一个方便和可靠的方法来研究超精密加工和纳米加工。
分析工具的影响几何表面纹理结构和表面缺陷和产生热量(auto-annealing)精密加工是必不可少的因素。
很多研究表明负前角的大小正比于剪切应力,正前角和半径较小的工具提示可以帮助改善后的工件表面光滑处理。
多晶金属的切削力增加,摩擦系数随晶粒尺寸的增加而减小。同时,在混合加工过程中,空位缺陷的数量成正比生成的温度。
对仿真模型
在这项研究中,研究人员使用开源大规模原子和分子并行模拟器(LAMMPS)准备分子动力学仿真模型来分析单晶镍纳米加工的不同工具的形状。之后,获得的动能使用OVITO结果可视化和分析软件。
他们用单晶镍试样的尺寸21.2 x 10.6 x 10.6 nm,和Y方向的周期性边界条件。
初始温度设置为293 K,而其他参数如下:200 m / s磨削速度,1纳米研磨深度,0-18纳米磨削长度、x - [100]: y - [10]: z -[1]晶体取向、-45⁰+ 45⁰工具倾角,0⁰30⁰工具间隙天使,0到1.5纳米工具边缘半径。
图2。芯片形态学单晶镍处理不同倾斜角度的工具。任©,j .悦H。梁,G。Lv, M。,(2022)。
观察
当倾角的工具是积极的,芯片是strip-shaped由于相对较高的清晰度的工具。
同时,由于低的分流点工具,大多数原子接触工具形成的芯片,而不是挤在在被分流的工具。
负前角时,芯片堆积由于芯片到工件表面的挤压。减少倾角改变了凿过程从剪切挤压和改进工具转移的位置点。
此外,当倾角是积极的,尤其是在+ 30⁰,表面原子受到剪切,导致很少原子沿着加工工具和方向移动,导致一个较小的表面粗糙度值。
然而,当倾角是负数,特别是在-45⁰,表面粗糙度急剧上升由于材料工具的倾斜面保留。
以恒定的圆角半径和后角,与工具倾角增加切削力减少,反之亦然。
随着刀具前角的增加,沿倾斜面的芯片的摩擦也降低了。同时,工件的温度直接相关切削力,而工具半径对温度的影响很低。
当工具从正到负前角改变,倾斜面和芯片之间的摩擦增加,增加了芯片上的力量,更多的面心立方(FCC)原子键被毁。
然而,非晶态和表面原子的数量增加。工具负前角的一代新的表面能和生产所需要的能量混乱等表面缺陷,职位空缺,空白的材料。
图3。可以分析。任©,j .悦H。梁,G。Lv, M。,(2022)。
结论
最后,本研究调查工具形状的影响单晶镍纳米加工的表面质量。
研究结果表明,单晶镍的表面粗糙度值波动在一个“W”曲线工具之间不同倾角-45⁰+ 45⁰在奈米制造。
此外,切削力和温度是高度依赖于前角和圆角半径的变化的影响。
此外,临界间隙角1纳米单晶镍加工深度是8 - 10⁰,上面工具后角的温度没有影响。
保持工具的后角在临界角范围内有助于减少摩擦和提高强度的工具。
参考
任,j .悦H。梁,G。Lv, M。,(2022)。工具的形状对单晶镍纳米加工的表面质量。分子,27,603年。可以在:https://www.mdpi.com/1420-3049/27/3/603
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