شبیه سازی فرایند ماشینکاری نانومتری و مطالعه اثر عیوب کریستالی با روش دینامیک مولکولی

این رساله در بخش اول، به شبیه سازی فرایند ماشینکاری نانومتری بر روی تک کریستال مس با ابزار الماس تک کریستال می پردازد. مدل ها و الگوریتم شبیه سازی دینامیک مولکولی فرایند نانوبرش ارائه می شود و تاثیر انتخاب پارامترهای محاسباتی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که انتخاب تابع پتانسیل بعنوان مهمترین هسته شبیه سازی تاثیر قابل توجهی بر روی مکانیزم برش و نیروهای وارد بر ابزار می گذارد و در نهایت بدلیل دقت و قابلیتهای بالا، تابع پتانسیل فلزی eam انتخاب می شود. نتایج محاسبه نیروی ویژه برش، انرژی ویژه برش و زاویه نیروی ابزار نسبت به افق با نتایج تجربی و عددی تطابق قابل قبولی دارد. در بخش دوم تاثیر برخی از پارامترهای فرایند ماشینکاری نانومتری مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که سرعت برش تاثیر کمی بر نیروهای وارد بر ابزار می گذارد بطوریکه افزایش %300 سرعت، تنها باعث افزایش %4/22 نیروهای وارد بر ابزار می شود. ولی توزیع نابجایی ها و دما در ناحیه براده وابستگی زیادی به سرعت برش دارد. شعاع انحنای نوک ابزار و نسبت عمق برش به شعاع انحنای ابزار یکی از عوامل تعیین کننده در مکانیزم برش و فرایند نانوماشینکاری است که بر روی نیروهای وارد بر ابزار، نقطه ایستا و عمق موثر برش، درجه حرارت، تنش های اعمالی، تنشهای پس ماند و کیفیت سطح قطعه کار تاثیرگذار است و هرچه نسبت عمق برش به شعاع انحنای ابزار کم باشد، عمق موثر برش کمتر، تنشهای و نیروهای اعمالی بیشتر و کیفیت سطح قطعه کار پایین تر خواهد بود. در بخش سوم تاثیر وجود عیب حجمی حفره نانومتری در قطعه کار تک کریستالی در فرایند برش نانومتری مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که وجود عیب حفره در قطعه کار باعث افزایش ناحیه تغییر شکل پلاستیک می شود. با نزدیک شدن عیب حفره به لایه های نزدیک سطح و بزرگ شدن آن، نیروهای وارد بر ابزار بخصوص در راستای عمودی به میزان قابل توجهی کاهش می یابند. مکانیزم تغییرشکل نانوحفره های زیر سطحی در فرآیند ماشینکاری نانومتری، فشردگی و مچالگی در اثر فشارهای هیدرواستاتیکی زیاد می باشد و حفره های سطحی در طی فرایند برش از بین می روند. نهایتا وجود نانوحفره سطحی و زیر سطحی تاثیر قابل توجهی بر روی کیفیت سطح ماشینکاری می گذارد. نهایتا در بخش چهارم تاثیر وجود عیب صفحه ای مرزدانه در قطعه کار مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که تفاوت در جهت کریستالی دانه ها می تواند تاثیر زیادی بر روی مکانیزم برش، نیروهای وارد بر ابزار و کیفیت سطح قطعه کار بگذارد. مرزدانه ها دارای انرژی پتانسیل زیادی هستند. در صوریتکه مرزدانه در جهت حرکت ابزار باشد، نیروهای عمودی ابزار با افزایش ضخامت دانه بالایی بر خلاف نیروهای برش تغییر زیادی می کند و مرزدانه باعث گسترش بیشتر عیوب کریستالی در قطعه کار می شود ولی اجازه نفوذ نابجایی ها را به دانه پایینی نمی دهد. اگر دانه در راستای عمود بر حرکت ابزار باشد، در حین براده برداری نیروهای ابزار دچار تغییرات نیرویی شدید می شود که می تواند بر کاهش عمر ابزار تاثیرگذار باشد. در نهایت وجود مرزدانه بخصوص اگر به سطح ابزار نفوذ کند باعث کاهش کیفیت سطح قطعه کار می شود.