基于控制研磨深度的金刚石研磨质量分析

为了探究金刚石器件在机械研磨过程中原子层面的材料表面成形和亚表面损伤机制,利用分子动力学(molecular dynamics,MD)方法建立金刚石多磨粒研磨金刚石工件的模型,仿真研究金刚石材料表面成形的过程,并对比不同研磨深度对研磨力、材料回弹率和材料亚表面损伤的影响规律。分析表明:堆积在磨粒之间的切屑原子具有微研磨的作用,磨粒之间的相变区在研磨的作用下逐渐融合在一起,形成金刚石材料的加工表面;分别以h=0.36 nm、0.71 nm、1.07 nm、1.43 nm的研磨深度进行研磨,研磨深度超过0.71 nm后才能有效抑制金刚石晶体材料回弹,但增大研磨深度会增加金刚石工件表面堆积原子,不能改善其表面研磨质量;研磨深度在0.71 nm范围内的金刚石亚表层损伤较小且稳定,超过0.71 nm的研磨深度会使损伤快速增大,且会出现超过3.00 nm的大纵深损伤。

纳米孪晶立方氮化硼机械研磨机理研究

为了将新型超硬纳米孪晶立方氮化硼(nt-c BN)材料制备成能够实现铁基金属材料,特别是硬度较高材料的精密及超精密切削刀具,针对机械研磨方法,从理论和试验角度分别对纳米孪晶立方氮化硼材料的机械研磨机理进行了研究。对纳米孪晶立方氮化硼材料动态脆塑转变临界研磨深度进行了理论分析及试验验证;基于临界研磨深度,实现了对该材料的塑性域精细研磨;利用理论计算及原子力显微镜表面检测结果,针对研磨后塑性沟槽深度及宽度,分析了研磨过程中塑性沟槽形成机理。研究结果表明,纳米孪晶立方氮化硼材料动态脆塑转变临界研磨深度为23.9 nm;使用0.5μm金刚石研磨颗粒研磨材料表面粗糙度达到1.99 nm,PV值77.05 nm;研磨塑性沟槽深度理论最小值2.25 nm,与试验结果相吻合;研磨塑性沟槽宽度为固定、游离研磨颗粒共同作用的结果,宽度保持在亚微米级。因此,纳米孪晶立方氮化硼材料具有较好的可加工性,采用机械研磨方法能够实现较高精度表面的高效率加工。