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单晶硅纳米切削中C—C键断裂对金刚石刀具磨损的影响

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物理学报 2015年第19期64卷 341-348页

作者：王治国张鹏陈家轩白清顺梁迎春哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

本文基于分子动力学方法模拟金刚石刀具纳米切削单晶硅,从刀具的弹塑性变形、C—C键断裂对碳原子结构的影响以及金刚石刀具的石墨化磨损等方面对金刚石刀具的磨损进行分析,采用配位数法和6元环法表征刀具上的磨损碳原子.模拟结果表明:... 详细信息

本文基于分子动力学方法模拟金刚石刀具纳米切削单晶硅,从刀具的弹塑性变形、C—C键断裂对碳原子结构的影响以及金刚石刀具的石墨化磨损等方面对金刚石刀具的磨损进行分析,采用配位数法和6元环法表征刀具上的磨损碳原子.模拟结果表明:在纳米切削过程中,金刚石刀具表层C—C键的断裂使其两端碳原子由sp3杂化转变为sp2杂化,同时,表面上的杂化结构发生变化的碳原子与其第一近邻的sp2杂化碳原子所构成的区域发生平整,由金刚石的立体网状结构转变为石墨的平面结构,导致金刚石刀具发生磨损;刀具表面低配位数碳原子的重构使其近邻区域产生扭曲变形,C—C键键能随之减弱,在高温和高剪切应力的作用下,极易发生断裂;在切削刃的棱边上,由于表面碳原子的配位严重不足,断开较少的C—C键就可以使表面6元环中碳原子的配位数都小于4,导致金刚石刀具发生石墨化磨损.

关键词：分子动力学纳米切削金刚石刀具磨损 6元环法

加工复合地板耐磨层时PCD刀具切削参数的研究

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金刚石与磨料磨具工程 2005年第3期25卷 16-19页

作者：白清顺姚英学哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

切削参数是影响PCD刀具切削性能的主要因素。本文采用。ElementSix公司的SYNDITECTH025型聚晶金刚石(PCD)复合片制成强化复合地板用切削刀具,进行了一系列加工强化复合地板耐磨层的切削实验。通过实验研究了切削参数对刀具切削力的影响... 详细信息

切削参数是影响PCD刀具切削性能的主要因素。本文采用。ElementSix公司的SYNDITECTH025型聚晶金刚石(PCD)复合片制成强化复合地板用切削刀具,进行了一系列加工强化复合地板耐磨层的切削实验。通过实验研究了切削参数对刀具切削力的影响,得出了切削力随切削参数的变化规律,指出随着切削深度的增加,PCD刀具切削力增加;进给速度的增加使切削力增加;切削速度的增加将会使切削力降低。同时,分析了切削参数对刀具磨损、工件加工质量以及加工效率的影响。最后,本文总结了采用PCD刀具加工强化复合地板时加工参数的选择原则,认为当n=6000r/min、f=10000mm/min能够实现较高的加工效率,并保证工件的加工质量。

关键词：聚晶金刚石刀具强化复合地板切削参数

聚晶金刚石刀具加工强化复合地板时的切削性能及磨损机理研究

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摩擦学学报 2003年第2期23卷 81-85页

作者：白清顺姚英学 BEX Phillip ZHANG Grace 哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 De Beers Industrial Diamonds (Debid) University of Manchester

通过对聚晶金刚石刀具加工Al2O3表层强化复合地板的试验研究,分析了金刚石粒度对聚晶金刚石刀具切削性能的影响以及刀具的磨损机理.结果表明:随着金刚石粒度的增大,聚晶金刚石刀具的耐磨性能增强;聚晶金刚石刀具在加工过程中的磨损机理... 详细信息

通过对聚晶金刚石刀具加工Al2O3表层强化复合地板的试验研究,分析了金刚石粒度对聚晶金刚石刀具切削性能的影响以及刀具的磨损机理.结果表明:随着金刚石粒度的增大,聚晶金刚石刀具的耐磨性能增强;聚晶金刚石刀具在加工过程中的磨损机理主要表现为具有疲劳磨损特征的沿晶断裂及局部解理断裂.晶间微裂纹是导致聚晶金刚石刀具磨损的主要因素.

关键词： A1203表层强化复合地板聚晶金刚石刀具切削性能磨损机理

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纳米加工及纳构件力学特性的分子动力学模拟

金属学报 2008年第8期44卷 937-942页

作者：梁迎春陈家轩白清顺唐玉兰陈明君哈尔滨工业大学精密工程研究所哈尔滨150001 沈阳建筑大学市政与环境工程学院沈阳110168

利用分子动力学在原子尺度模拟了单晶Cu(111)面纳构件的纳米加工过程和加工后纳构件的拉伸过程,分析了纳刻划过程的缺陷行为及加工缺陷对纳构件力学特性的影响.结果表明:在纳刻划过程中,在针尖的前方和下方形成加工变形区;当刻划深度较... 详细信息

利用分子动力学在原子尺度模拟了单晶Cu(111)面纳构件的纳米加工过程和加工后纳构件的拉伸过程,分析了纳刻划过程的缺陷行为及加工缺陷对纳构件力学特性的影响.结果表明:在纳刻划过程中,在针尖的前方和下方形成加工变形区;当刻划深度较浅时,位错仅在表面与亚表面繁殖;随着刻划深度的增加,加工后残留的缺陷数量增加,纳构件的有序度及首次屈服应力下降;加工后的纳构件内部,尤其在针尖退出处有较高的残余应力.对加工后的纳构件施加拉伸载荷,由于存在残留加工缺陷和较高残余应力,其应力-应变曲线在弹性上升阶段有局部下降;在塑性阶段,由于位错繁殖及位错塞积和中间部分原子的迁移重构使应力-应变曲线呈锯齿状逐渐下降.纳构件断裂失效前表现为单原子相连的纳链.纳构件的有序度随着刻划深度的增加而下降.在应变为0.8处,刻划较浅的纳构件的有序度较首次屈服处的有序度略好.

关键词：分子动力学纳米加工拉伸位错残余应力纳构件

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基于分子动力学的原子力显微镜表面成像

机械工程学报 2009年第1期45卷 27-34页

作者：梁迎春窦建华白清顺董申哈尔滨工业大学精密工程研究所哈尔滨150001

基于非接触式原子力显微镜针尖扫描成像机理,应用分子动力学方法采用非刚性针尖—表面原子团簇相互作用模型,模拟超低温环境下,非接触式原子力显微镜单晶硅针尖扫描单晶硅(111)-(7×7)表面成像过程。仿真计算采用两种原子间经验势函数... 详细信息

基于非接触式原子力显微镜针尖扫描成像机理,应用分子动力学方法采用非刚性针尖—表面原子团簇相互作用模型,模拟超低温环境下,非接触式原子力显微镜单晶硅针尖扫描单晶硅(111)-(7×7)表面成像过程。仿真计算采用两种原子间经验势函数描述针尖-表面原子间相互作用,两种晶向针尖末端模型都实现了对单晶硅(111)-(7×7)表面原子级分辨率仿真成像,在某些超原子级分辨率仿真图像中在单晶硅(111)-(7×7)表面Adatom原子位置出现了的双月牙峰形结构,模拟计算与成像试验文献中得到的图像基本一致。同时对采用确定的势函数及确定的晶向针尖末端,实现稳定成像的扫描针尖-表面距离进行讨论。扫描过程中针尖和被测表面形貌轻微改变,对扫描成像结果影响不大。

关键词：分子动力学原子力显微镜成像仿真

基于微观结构的多晶Cu纳米压痕表面缺陷研究

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金属学报 2018年第7期54卷 1051-1058页

作者：赵鹏越郭永博白清顺张飞虎哈尔滨工业大学精密工程研究所哈尔滨150001 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

基于多晶材料的微观拓扑结构,从多晶Cu纳米压痕中晶粒内部、晶界面、三叉晶界和顶点团等4类微观结构与缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等方面,研究了压痕表面位错缺陷的演化机制。结果表明:当高维数的微观结构承载压应力时,与其邻... 详细信息

基于多晶材料的微观拓扑结构,从多晶Cu纳米压痕中晶粒内部、晶界面、三叉晶界和顶点团等4类微观结构与缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等方面,研究了压痕表面位错缺陷的演化机制。结果表明:当高维数的微观结构承载压应力时,与其邻近的低维数微观结构表现为拉应力,且更低维数的微观结构(顶点团)更易表现为拉应力;位错缺陷形核时其原子具有较高的内应力与原子势能,扩展时其边缘的不完全位错原子内应力高于内部堆垛层错原子内应力;位错形核与扩展和内应力的累积与释放具有相似的方向性,首先扩展至低维数的顶点团、三叉晶界,而后传递至高维数的晶界面并止于晶界面。

关键词：多晶Cu 微观拓扑结构纳米压痕分子动力学

微裂纹缺陷对CVD金刚石涂层微刀具损伤失效的影响研究

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表面技术 2021年第2期50卷 355-362页

作者：白清顺张亚博王永旭何欣哈尔滨工业大学哈尔滨150001 一汽-大众汽车有限公司北京100083

目的研究微裂纹缺陷在CVD金刚石涂层中的扩展规律,揭示CVD金刚石涂层微刀具的涂层脱落机理。方法基于ABAQUS开展预置涂层内部竖直微裂纹和涂层基底界面水平微裂纹的CVD金刚石涂层单向拉伸有限元仿真,分析单裂纹和多裂纹扩展过程中裂纹... 详细信息

目的研究微裂纹缺陷在CVD金刚石涂层中的扩展规律,揭示CVD金刚石涂层微刀具的涂层脱落机理。方法基于ABAQUS开展预置涂层内部竖直微裂纹和涂层基底界面水平微裂纹的CVD金刚石涂层单向拉伸有限元仿真,分析单裂纹和多裂纹扩展过程中裂纹尖端的应力分布和应力强度因子变化规律。开展CVD金刚石涂层刀具微铣削Ti6Al4V实验,分析刀具的磨损形态和刀尖的断面形貌,验证仿真结果。结果涂层内部竖直微裂纹扩展到涂层基底界面时,裂纹尖端的应力强度因子小于硬质合金的断裂韧性537.6 MPa·mm1/2,大于金刚石的断裂韧性289.7 MPa·mm1/2,裂纹在界面发生偏转。涂层和基底界面间的水平微裂纹在扩展过程中裂纹尖端的应力强度因子小于金刚石和硬质合金的断裂韧性,裂纹沿着界面逐步扩展。CVD金刚石涂层刀具微铣削Ti6Al4V后表现出涂层脱落、刀尖破损和崩刃的损伤特征,其断面表现出穿晶断裂、沿晶断裂和微裂纹的形貌特征。结论涂层脱落损伤主要源于涂层内部竖直裂纹扩展诱导的涂层断裂和界面裂纹扩展引起的粘接层脱落。涂层内部竖直裂纹的竞争作用会抑制涂层断裂,粘接层水平裂纹间的耦合作用会加速涂层脱粘。

关键词： CVD金刚石微铣削断裂脱粘涂层脱落损伤失效

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面向微小零件加工的微细切削技术

吉林大学学报（工学版） 2008年第5期38卷 1069-1076页

作者：梁迎春赵岩王波白清顺陈明君孙雅洲哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

比较了传统的精密/超精密机床与微小型机床在微细切削中的优缺点,综述了微小型机床在日本、美国、韩国以及中国的研制情况。分析了最小切削厚度和工件微结构对微细切削的影响,讨论了微细切削在微毛刺、表面形成、切削力建模及微刀具磨... 详细信息

比较了传统的精密/超精密机床与微小型机床在微细切削中的优缺点,综述了微小型机床在日本、美国、韩国以及中国的研制情况。分析了最小切削厚度和工件微结构对微细切削的影响,讨论了微细切削在微毛刺、表面形成、切削力建模及微刀具磨损方面的机理问题并指出了微细切削今后应当着重解决的技术难点。

关键词：机械制造工艺机床微小型机床微细切削微刀具

PCD刀具加工强化复合地板中磨损行为的断裂力学研究

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金刚石与磨料磨具工程 2004年第1期24卷 1-4页

作者：姚英学白清顺 Phillip Bex Grace Zhang 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 Element Six Shannon Airport Co.Clare Ireland Graee Global Ltd. UK

本文首先利用断裂力学的理论,分析了聚晶金刚石刀具切削过程中的沿晶和解理两种磨损特征及其形成过程。通过采用SYNDITE聚晶金刚石刀具对Al_2O_3颗粒表层强化复合地板的切削加工实验,验证了理论分析的正确性。研究表明聚晶金刚石刀具铣... 详细信息

本文首先利用断裂力学的理论,分析了聚晶金刚石刀具切削过程中的沿晶和解理两种磨损特征及其形成过程。通过采用SYNDITE聚晶金刚石刀具对Al_2O_3颗粒表层强化复合地板的切削加工实验,验证了理论分析的正确性。研究表明聚晶金刚石刀具铣削Al_2O_3表层强化复合地板的过程中,刀具的磨损特征主要由沿晶磨损和解理磨损组成。并且,理论和实验结果表明刀具的磨损特征受到金刚石晶粒尺寸的影响。粗粒度聚晶金刚石易产生解理磨损形貌,细粒度的聚晶金刚石易产生沿晶磨损形貌。同时,研究表明微观裂纹特征对聚晶金刚石刀具的磨损起着重要的作用。

关键词：聚晶金刚石刀具磨损断裂力学强化复合地板 PCD