蓝宝石基片双面磨削机床结构设计与分析

发布时间：2017-12-13 07:16

  本文关键词：蓝宝石基片双面磨削机床结构设计与分析

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【摘要】：蓝宝石(a-Al2O3)以其优良的机械、光学和化学等特性被广泛应用于工业生产的诸多领域。随着科技的发展,蓝宝石基片的尺寸越来越大,精度要求越来越高,蓝宝石基片高效低损伤加工技术已成为制约相关领域关键零部件制造的瓶颈。尤其是对大尺寸((?)130mm)蓝宝石基片来说,制造技术和加工设备面临着严重的挑战。目前,蓝宝石基片的平整加工主要采用游离磨料双面研磨工艺,不仅加工精度和表面质量一致性差,加工效率低,废品率高,而且现有的设备加工能力不足,难以满足直径(?)130mm的蓝宝石基片的双端面加工要求。基于固结磨料磨盘磨削技术的加工机床,目前国内外正处于研发阶段。本课题针对大尺寸(0130mm)蓝宝石基片双面高效超精密磨削加工对磨削压力、磨削温度、机床运动精度和刚性及稳定性的要求,进行磨盘修整、大压力加载与控制、磨削温度实时监测与控制、高刚性支撑、高精度和高平稳性运转等关键技术研究,研制出基于固结磨料磨盘磨削技术的蓝宝石基片双面磨削机床,具体研究内容如下：(1)推导了双面行星式磨削加工过程中磨粒相对于工件和工件相对于磨盘的运动轨迹方程；应用Matlab软件,仿真分析了磨粒位置、磨盘转速和工件位置对于轨迹分布的影响规律；重点研究了轨迹线的分布范围、均匀程度和曲率,提出了工件的放置、加工参数的选择和磨盘的修整方案。(2)研究了加工过程中大压力加载与控制技术,提出使用双液压缸进行大压力加载以及压力的实时检测和反馈控制方法,并对大压力工作条件下的高刚性支撑结构进行设计,解决了大尺寸磨盘及机床结构受力变形过大的技术难题。(3)研究了双面磨削过程中磨削温度实时检测与控制技术,优化设计出具有全封闭迷宫式水冷结构的上/下磨盘,提出了具有高可靠性的机床跨轴系流体输送和密封方法,实现了磨盘温度的实时检测与控制。(4)应用Solidworks软件,建立了蓝宝石基片双面磨削机床的三维虚拟样机,进行了双面磨削机床结构件和关键零部件的静力分析和模态分析,完成了各部分结构的优化设计,研制了蓝宝石双面磨削机床。(5)在所研制机床上使用400#陶瓷树脂结合剂金刚石磨盘进行双面磨削试验,样件为10片0130mm直径蓝宝石基片,设定磨削压力500 g/cm2,磨削区温度40℃。加工过程机床运转平稳；加工后对双面磨削后蓝宝石表面质量进行检测,蓝宝石上、下表面粗糙度均值分别为304.7 nm和371.7 nm,达到游离磨料研磨质量,平均材料去除率为44.2μm/min,远高于游离磨料研磨。试验表明,所研制的双面磨削机床满足蓝宝石基片的高效高精度加工要求。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.2

【参考文献】

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1 ;Peter Wolters硅晶圆研磨技术生产5倍平坦的晶圆[J];电子与电脑;2010年05期

2 聂辉,陆炳哲;蓝宝石及其在军用光电设备上的应用[J];舰船电子工程;2005年02期

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本文编号：1284264