【摘要】 基于这些研究，我们提出了一个更系统的理论模型来研究FCC金属材料的划痕过程。

FCC金属材料在微米级和纳米级的材料去除行为尚未得到统一的了解。提出了一个基于 FCC 金属塑性变形行为的统一微米和纳米级划痕机制的理论模型。对典型的FCC金属表面进行微米级和纳米级划痕实验以验证模型。

 

之前研究FCC金属纳米划痕过程的研究中[1-3]，我们直接将FCC金属塑性变形行为作为理论模型的基本假设，而不是考虑材料的力学性能输入。纳米划痕实验和相应的分子动力学模拟表明，该模型有效地分析了单晶Cu和Ni的纳米划痕结果。

 

基于这些研究，我们提出了一个更系统的理论模型来研究FCC金属材料的划痕过程。该模型分析了微米级和纳米级划伤中切屑、毛刺和犁耕之间的转化机理，解释了车削FCC金属端面时表面粗糙度和摩擦系数的变化。此外，还进行了典型FCC金属的微米级和纳米级划痕实验来验证模型。

 

实验结果表明，该模型可以解释所有通过< 1 1 0 > {1 1 1}滑移系发生塑性变形的FCC金属材料的微米级和纳米级划痕过程。实验结果表明，无论加工规模大小，工件表面晶向与方向的耦合作用主要决定加工结果。

 

该模型首次提供了新的制造视角，可以统一微米级和纳米级划痕中的 FCC 金属材料去除行为。结果表明，FCC金属材料的塑性变形行为决定了划痕结果，无论是纳米尺度还是微米尺度。

 

我们根据 FCC 金属的塑性变形行为，首次建立了一种可以统一微米级和纳米级单点加工的去除模型。该模型可以合理地解释划伤过程中切屑、毛刺和犁头之间的转化机制以及单点车削端面时的表面形貌分布。与以前的模型不同，它不考虑工件材料的机械性能以及刀具与工件之间的切削力作为输入。因此，该模型比以前的模型更简单，并且可以解释划痕过程中的各向异性。

 

该模型应该适用于所有通过 < 1 1 0 > {1 1 1} 滑移系实现塑性变形的 FCC 金属材料。

 

[1]Liu, H., Guo, Y., Zhao, P., 2020. Surface generation mechanism of monocrystalline materials under arbitrary crystal orientations in nanoscale cutting. Mater. Today Commun. 25, 101505 https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101505.

[2]Liu, H., Zhao, P., Guo, Y., Li, D., Wang, J., 2021. Material removal mechanism of FCC single-crystalline materials at nanoscales: Chip removal & ploughing. J. Mater. Process. Technol. 294, 117106 https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117106.

[3]Liu, X., DeVor, R.E., Kapoor, S.G., 2006. An analytical model for the prediction of minimum chip thickness in micromachining. J. Manuf. Sci. Eng. Trans. ASME 128, 474–481. https://doi.org/10.1115/1.2162905.

 

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