横向超声激励对金刚石线锯切割单晶SiC切割速度及切割机理影响

发布时间：2018-10-31 18:17

【摘要】：硬脆晶体材料如SiC、Ge和Si等,由于具有极高的硬度和脆性,普通线锯切割很难进一步提高硬脆材料晶片的切割效率和表面质量。本研究把超声振动应用到金刚石线锯切割单晶SiC。基于超声振动切削加工的特点,分析了柔性线锯横向振动切割单晶SiC的必要条件;建立了横向超声激励下柔性金刚石线锯对SiC工件的动态切割过程模型,研究分析了超声振动对线锯间歇切割弧长及切割速度的影响,得到横向超声振动线锯切割速度增量的数学表达式。基于压痕裂纹模型,讨论了横向超声振动线锯切割和普通线锯切割对切割速度、切割力和表面粗糙度的影响。以单晶SiC为切割对象,对普通线锯切割和超声振动线锯切割进行了对比实验,结果表明在相同条件下,超声振动线锯切割使晶片的表面粗糙度有明显改善,超声振动线锯的切割速度比普通线锯切割的速度提高了约45%,锯切力减少28%~53%。实验结果与理论分析具有良好的一致性。
[Abstract]:Because of its high hardness and brittleness, it is difficult to improve the cutting efficiency and surface quality of the hard brittle material wafer by conventional wire saw cutting due to the high hardness and brittleness of hard brittle crystal materials such as SiC,Ge and Si. The application of ultrasonic vibration to diamond wire saw cutting single crystal SiC. Based on the characteristics of ultrasonic vibration cutting, the necessary conditions for cutting single crystal SiC by transverse vibration of flexible wire saw are analyzed. The dynamic cutting process model of flexible diamond wire saw on SiC workpiece under transverse ultrasonic excitation was established. The influence of ultrasonic vibration on the arc length and cutting speed of wire saw was studied. The mathematical expression of cutting speed increment of transverse ultrasonic vibration wire saw is obtained. Based on indentation crack model, the effects of transverse ultrasonic vibration wire saw cutting and common wire saw cutting on cutting speed, cutting force and surface roughness are discussed. Taking single crystal SiC as the cutting object, a comparative experiment was carried out between common wire saw cutting and ultrasonic vibration wire saw cutting. The results showed that the surface roughness of the chip was obviously improved by ultrasonic vibration wire saw cutting under the same conditions. The cutting speed of ultrasonic vibration wire saw is about 45% higher than that of common wire saw, and the cutting force is reduced by 28%. The experimental results are in good agreement with the theoretical analysis.
【作者单位】： 西安理工大学机械与精密仪器工程学院;河南科技大学河南省机械设计及传动系统重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金(51575442,51675422)
【分类号】：O786;TQ127.2

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本文编号：2303141