超声振动辅助切削单晶硅的剥离去除机制

为探究超声振动辅助对单晶硅切削性能的影响,揭示超声振动辅助切削的基底去除机制,基于Tersoff力场和Morse力场,采用分子动力学方法对不同振动频率和振幅的超声振动辅助切削行为展开研究。根据基底原子运动轨迹、刀具受力、基底势能、亚表面损伤、等效应力和原子去除数量的变化规律,分析了超声振动辅助切削单晶硅的切削性能和去除机制。结果表明,传统切削通过摩擦推挤方式去除原子,超声振动辅助切削通过摩擦剥离方式去除原子。振动频率和振幅的升高均有利于降低刀具的切削力和法向力,增加刀具的做功,降低非晶层厚度,增加基底原子去除数量,超声振动辅助提高了单晶硅的切削性能和效率。研究结果可为单晶硅高效、高质量加工提供理论指导。