在线电解修整磨削分子动力学仿真研究

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ELID(Electrolytic In-process Dressing)磨削技术是在电化学加工及电解磨削的原理基础上发展起来的一项磨削新技术。该技术将砂轮修整与磨削过程结合在一起,在金属基砂轮微量磨削作用进行磨削加工的同时,利用非线性电解作用对砂轮进行修整,从而避免砂轮的钝化和堵塞现象,能够高效地实现诸多难加工硬脆材料的超精密镜面磨削。然而,由于对其机理认识不全面,限制了其加工精度的进一步提高。分子动力学仿真作为一种新型的计算机仿真方法,可以对用传统的理论分析和实验观察上都难以了解的现象做出微观解释。因此,本文将分子动力学仿真引进引入ELID超精密磨削机理研究,对单晶硅的磨削过程进行仿真实验,以期对其加工机理进行全面认识,并根据实验结果提出改善工艺的建议。本文首先介绍了分子动力学仿真的发展进程和基本理论,重点涉及了其运动方程的建立,势函数的选取以及仿真计算的过程。在此基础上,建立了以单晶硅为工件材料的分子动力学仿真三维模型,对不同深度下的加工过程进行分析研究。采用Tersoff势函数描述原子间的相互作用,以牛顿方程建立力学运动方程并进行求解。根据仿真结果,从原子角度分析了材料的去除及新表面的形成机理,同时分析了磨削力的变化规律。最后,分析了钝化膜在ELID超精密磨削中的作用,为了将钝化膜与分子动力学仿真联系起来,本文将磨削力在分子动力学仿真模型与有限元分析模型进行迭代,求得了磨粒在钝化膜中的位置变化情况。结果表明,钝化膜能大大改善磨粒的等高性,提高磨削过程的加工质量。
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