Veröffentlichung im Internationale Zeitschrift für extreme Fertigung präsentieren Forscher des Harbin Institute of Technology, der Huazhong University of Science and Technology, der Guizhou University und der Ruhr-Universität Bochum einen kurzen Überblick über die Anwendung numerischer Simulationen bei der Untersuchung der Auswirkungen von Eigenschaften und Mikrostrukturen von Werkstückmaterialien auf die Diamantschneidmechanismen verschiedener Arten von Werkstückmaterialien, wie metallische, hart-spröde Materialien und Verbundwerkstoffe.
Darüber hinaus wird auch die Wirkung des Anlegens eines externen Energiefeldes an das Diamantschneiden von schwer zu schneidenden Materialien diskutiert.
Das anisotrope Verformungsverhalten zwischen Einkristallkörnern beim Diamantschneiden von polykristallinen Materialien kann auf mikroskopischer Ebene durch Finite-Elemente-Simulation der Kristallplastizität gut beschrieben werden, was Grundlagen für das grundlegende Verständnis von Bildungsmechanismen sowie die Unterdrückungsstrategie von Korngrenzflächenstufen liefert die bearbeitete Oberfläche.
Die Variation des Werkzeug-Span-Reibungszustands mit der Schnitttemperatur kann effektiv durch das in das Finite-Elemente-Modell eingebettete Haft-Gleit-Reibungskriterium der thermomechanischen Kopplung erfasst werden. Außerdem kann der Verschleiß des Diamantwerkzeugs durch das Einbringen von Texturen auf dem Schneidwerkzeug unterdrückt werden.
Das grundlegende Verständnis von Phasenumwandlungs- und Rissereignissen durch Simulationen ist entscheidend, um die spröd-zu-duktilen Übergangsmechanismen harter spröder Materialien aufzudecken und so die rationale Auswahl optimierter Parameter für eine verbesserte duktile Bearbeitbarkeit zu ermöglichen.
Das physikbasierte numerische Modell ist entscheidend für die Bereitstellung vorhergesagter Ergebnisse, die mit experimentellen Daten für Verbundwerkstoffe übereinstimmen. Die tatsächlichen mikrostrukturellen Eigenschaften der verstärkten Phase sowie die richtige Behandlung der verstärkten Phase-Matrix-Grenzfläche sind im Wesentlichen erforderlich, um die Werkzeug-Phasen-Wechselwirkungen in numerischen Simulationen des Diamantschneidens von Verbundwerkstoffen genau darzustellen.
Die Konfiguration externer Felder (Vibrationsfeld, thermisches Feld und Ionenimplantationsfeld) und ihre Wechselwirkungen mit dem Werkstückmaterial ohne Verlust der Physik ist entscheidend für die Aufdeckung der Mechanismen des feldunterstützten Diamantschneidens von schwer zu bearbeitenden Materialien mit verbesserter Bearbeitbarkeit durch numerische Verfahren Simulationen.
Einer der leitenden Forscher, Professor Junjie Zhang, kommentierte: „Für die atomare und nahezu atomare Fertigung, die sich mit der Verarbeitung von Materialien auf atomarer Ebene mit ausgeprägtem Oberflächengrößeneffekt befasst, spielt auch das Ultrapräzisions-Diamantschneiden eine wichtige Rolle Rolle für die erreichbare Bearbeitungsgenauigkeit im Sub-Nanometer-Bereich.“
„Numerische Multiskalensimulationen wie die Finite-Elemente-Simulation im mikroskopischen Maßstab und die Molekulardynamiksimulation im Nanomaßstab sind aufgrund ihrer Fähigkeit, dynamische Einblicke in laufende Diamantschneideprozesse einer Vielzahl von Materialien zu liefern, wie z. B. Materialverformung, immer beliebter geworden , Spanbildung, Schnittkraftentwicklung und Oberflächenbildung.“
Der Erstautor Dr. Liang Zhao kommentierte: „Trotz der breiten Anwendung verschiedener Simulationsmethoden, die bei der Erforschung des Diamantschneideprozesses verwendet werden, gibt es immer noch Probleme oder Herausforderungen, die angegangen werden müssen, um die vorhergesagten Ergebnisse besser mit experimentellen Daten vergleichen zu können.“
„In der vorliegenden Arbeit präsentieren wir einen kompakten Überblick über die jüngsten Fortschritte bei fortschrittlichen numerischen Simulationen des Diamantschneidens einer Vielzahl von Materialien, die sich in Eigenschaften, Mikrostrukturen und Bestandteilen unterscheiden. Die in dieser Arbeit berichteten Aspekte stellen Richtlinien für die numerischen Simulationen dar ultrapräzise mechanische Bearbeitungsreaktionen für eine Vielzahl von Materialien.“
Prof. Alexander Hartmaier, Direktor des Interdisziplinären Zentrums für Advanced Materials Simulation an der Ruhr-Universität Bochum, sagte: „Zukünftige Forschungen zu numerischen Simulationen des werkstofforientierten Diamantschneidens könnten durch die Entwicklung des hochpräzisen physikalisch basierten endlichen Modells weiter empfohlen werden , die hauptsächlich darauf abzielen, die Vorhersagegenauigkeit von Simulationsergebnissen für fortgeschrittene strukturierte Materialien im Vergleich zu experimentellen Daten zu erhöhen.“
Mehr Informationen:
Liang Zhao et al, Numerische Simulation des materialorientierten Ultrapräzisions-Diamantschneidens: Rückblick und Ausblick, Internationale Zeitschrift für extreme Fertigung (2023). DOI: 10.1088/2631-7990/acbb42
Bereitgestellt vom International Journal of Extreme Manufacturing