微切削过程的分子动力学分析

1　引言

　分子动力学主要研究基元的物理和化学速率过程分子层次的历程，对于许多在理论分析和实验观察上都难以解释的现象，它都可以作出一定的解释，因此分子动力学在物理、机械、化学、生物、材料科学和摩擦学等领域得到了广泛的应用，特别是在机械加工领域，传统的机械学理论难以解释微切削过程中所发生的一些现象，只有从原子观点分析研究才能充分理解纳米级的金属切削过程。通过分子动力学分析，可以从原子观点上对切屑去除和加工表面微观形貌的形成过程作出合理的解释，分子动力学分析是理解纳米切削过程和确定表面最终可达到加工精度的有效工具。

2　纳米切削过程的分子动力学模拟概述

　分子动力学(MD)模拟技术是一项新技术，该技术最近才被用于分析纳米级切削加工过程。该方法的基本原理是：建立一个粒子系统来模拟所研究的微观现象，系统中各粒子之间的相互作用根据量子力学来确定。对于符合经典牛顿力学规律的大量粒子系统，通过粒子运动学方程组的数值求解，得出粒子在相空间的运动规律和轨迹，及该系统相应的宏观物理特性。它既是精确分析原子晶格模型变形和断裂过程行为的一种有效的方法，也是从原子观点分析固体模型的一种微观方法。纳米级金属切削时切屑去除往往是发生在很小的区域，该区域小到只有几个原子层大小，建立一个用于计算机模拟的原子级切削模型后，通过分析即可对切屑生成、加工表面形成的原子过程、微切削最终可达到的加工精度以及刀具与工件之间的相互作用力对最小切削厚度的影响等问题进行分析和研究，并对一些现象作出合理的解释。日本大阪大学Shoichi Shimada在假设用金刚石111面作出的刀具切削刃对理想的Morse势能型铜铝合金110面进行二维正交切削的基础上建立了如王洪祥，哈尔滨工业大学精密工业研究所426信箱，邮编，150001
作者单位：王洪祥哈尔滨工业大学
　　　　　张龙江哈尔滨工业大学
　　　　　董申哈尔滨工业大学
　　　　　赵奕哈尔滨工业大学

参考文献：

［1］Shoichi Shimada,N.Ikawa. Structure of micromachined surface simulateed by molecular dynamics analysis.Annals of CIRP,1994,43(1):51～54
［2］Jeong-Du Kim，Chan-Hong Moon.A study on microcuting for the configuration of tools using molecular dynamics.Journal of Materials Processign Technology,1996,59:309～314
［3］N.Ikawa,Sh.Shimada.An atomistic analysis of nanometric chip removal as affected by tool-work interaction in diamond turning.Annals of the CIRP,1991,40(1):551～554
［4］Shoichi Shimada. Molecular dynamics analysis of nanometric cuttign process.Int .J.Japan Soc.Prec. Eng,1995,29(4):283～286
［5］Shoichi Shimada.Feasibility Study on ultimate a accuracy in microcutting using molecular dynamics simulation.Annals of the CIRP,1993,42(1):91～94
［6］N.Ikawa，Shoichi Shimada.Minimum thickness of cut in micromachining.Nanotechnology,1992(3):6～9