硬脆材料的电镀金刚石线锯超声切割锯切力研究

基于冲量理论和振动加工理论,采用叠加原理建立了电镀金刚石线锯超声切割锯切力数学模型.从理论上分析了电镀金刚石线锯施加超声振动后锯切力与普通锯切力的区别,并进行了超声振动与普通锯切力对比试验研究.结果表明:锯切力的大小随线锯往复频率的提高而降低,随侧向压力的增加而增大.通过比较发现,超声振动锯切力比普通锯切力减小20%～30%.同时,对超声振动锯切过程中单颗金刚石磨粒切削运动轨迹进行了仿真分析,进一步解释了施加超声振动后锯切力减小的原因.     

超声金刚石线锯复合加工工件的对比实验研究

使用改进的金刚石线锯加工机床,分别在有超声作用与无超声作用下对金刚石线锯切割工件的过程进行研究。结果表明:锯切力随金刚石线锯线速度的增大而变小,随工作台进给速度的增大而变大;相同条件下,超声金刚石线锯复合加工与单纯用金刚石线锯加工相比,加工过程中锯切力要小得多,工件加工轨迹直线度更好,表面粗糙度值更小,工件表面加工质量更好。      

环形电镀金刚石线锯锯切工艺参数的优化

电镀金刚石线锯为环形，无惯性力，适于高速切削。本文对环形电镀金刚石线锯锯切花岗岩时的工艺参数进行了正交试验研究。分别分析了金刚石粒度、进给压力和锯丝速度对锯切效率、锯切力和锯切比的影响，分析结果表明：采用较大的金刚石粒度不会大幅度提高锯切效率，金刚石的粒度对切向锯切力的影响不大．锯切花岗岩时，要保证较高的锯切效率和锯切比，在本试验范围内，最佳工艺参数为：采用金刚石粒度为200～230^#的锯丝，进给压力为9N，锯丝速度为20m／s。     

环形电镀金刚石线锯研究

环形电镀金刚石线锯是将金刚石磨粒固着于环形钢丝基体上的一种切割工具。使用自制的环形电镀金刚石线锯进行多晶硅的切割试验,阐述了钢丝基体材料的选择,焊接方法,环形电镀金刚石线锯的制作工艺。采用切割工艺参数为:锯丝线速度20～40 m/s,工件进给速度2～10 mm/min,锯丝张紧力60～100 N。试验表明:硅片表面平整光滑,表面粗糙度Ra达到0.328～0.562μm,体现出环形金刚石线锯切割的良好特性。     

固结磨料金刚石线锯制造方法和切割形式的研究进展

固结磨料金刚石线锯具有切缝窄、锯切效率高、切片质量好、对环境污染小、能加工大直径工件和超硬材料等优点,在硬脆材料的加工方面得到了较为广泛的应用。本文介绍了固结磨料金刚石线锯的制造方法和切割形式,并对固结磨料金刚石线锯的进一步发展进行了展望。     

环形金刚石线锯加工参数优化

本文建立了环形金刚石线锯加工的振动方程,研究在锯切力作用下锯丝的随机振动,得出张紧力、锯丝速度对锯丝振动的影响规律。分析了锯丝加工时的受力,根据锯丝的强度,得出锯丝不被拉断时最大可承受的拉力。综合考虑锯丝的振动分析、锯丝强度和锯切力,优化了加工工艺参数。对于本实验应用的环形金刚石线锯,当加工碳化硅和硅晶体时,锯丝的最大张紧力为36N,恒进给压力小于7N,最大锯切速度为27m／s。由于机床精度的限制,实际试验中最高锯切速度为16m／s。     

非导电硬脆材料线切割锯床的研制

线锯切割加工具有切片薄、锯口损失小及高效率等优点，被广泛用于非导电硬脆材料的切割加工，如单晶硅的切片加工。实际上，线锯切割是一个柔性系统。切削过程中切片应力小，表面损伤层浅，减小了应力集中现象，减小了后续工序的碎片可能性。文中设计了一种回转式线切割锯床，该锯床使用环形锯丝作为切割工具，环形锯丝单方向连续运动，消除切割速度变化对加工表面粗糙度及表面损伤层的影响。锯丝有多级速度，适应不同的切割加工条件。使用专用夹具定位装夹工件。工作台驱动进给方式有两种：一种是恒力驱动，另一种是伺服电机驱动，两者可分别使用。实验证明：该锯床精度高、刚性强、操作方便、安全可靠，适合于硬脆材料的切片加工。     

悬浮上砂金刚石线锯的锯切性能试验分析

采用不同上砂位置的悬浮上砂电镀金刚石线锯对单晶硅进行锯切试验,记录锯切时间,计算锯切效率,对比不同上砂位置锯丝的锯切性能。用扫描电镜对锯丝上砂及磨损情况进行观测,用表面粗糙度仪对硅片表面粗糙度进行测量。试验结果表明:不同上砂位置的锯丝的磨粒密度相差较大,上砂位置靠近上砂槽体中心的锯丝磨粒密度最大;磨粒密度较大的锯丝的锯切效率较高。磨粒密度为585 颗/mm的锯丝锯切效率为4.949 mm2/min,比磨粒密度为446 颗/mm的锯丝锯切效率(2.158 mm2/min)提高了138%;用磨粒密度不同的锯丝加工出的硅片表面质量差别不大;锯丝的磨损及损伤形式主要是磨粒的磨损、磨粒的脱落及锯丝镀层的磨损与损伤。      

电镀金刚石线锯切割光伏多晶硅的表面特性与锯丝磨损分析

电镀金刚石线锯切割的光伏多晶硅切片表面特性,影响其断裂强度和后续的制绒工艺;为探究线锯锯切工艺参数对多晶硅切片表面特性的影响规律,揭示电镀金刚石锯丝的磨损机理,开展了光伏多晶硅的电镀金刚石线锯切片试验。研究结果表明:锯切的多晶硅表面存在由金刚石磨粒的塑性剪切、微切削去除形成的塑性浅划痕与较深的沟槽,及材料脆性去除留下的表面破碎微凹坑;切片表面材料的塑性去除和脆性去除相对比例随工艺参数组合变化而变化,增大晶片进给速度,降低走丝速度,切片表面粗糙度增大,表面形貌逐渐由塑性沟槽为主转变为以破碎微凹坑为主;使用表面镀镍(金属化)的金刚石颗粒制备的电镀金刚石锯丝的磨损形态在稳定阶段主要是磨粒磨平,使用后期主要是磨粒脱落和镀层磨损。      

电镀金刚石线锯超声振动切割多晶硅材料工艺研究

通过电镀金刚石线锯在超声振动下切割多晶硅的实验,研究了工艺参数对材料去除率的影响,建立了单颗金刚石磨粒材料去除模型,分析了金刚石粒度、静压力和线速度与材料去除率的关系.分析表明:基于超声波线锯切削条件下,适当提高金刚石粒度、静压力和线速度有利于提高材料去除率.施加超声振动后金刚石锯切加工效率平均提高1～2.5倍.     

电镀金刚石线锯使用性能的试验研究

为评价电镀金刚石线锯的使用性能,搭建恒力进给式金刚石线锯性能评价试验机,对编号为Ⅰ、Ⅱ的2种基体直径相同的电镀金刚石线锯进行单晶硅切片试验,记录切片时间,计算锯切效率,利用粗糙度仪、光学显微镜、扫描电子显微镜分别测量硅片表面粗糙度、锯缝宽度及锯丝表面磨粒脱落率。试验结果表明:金刚石线锯性能评价试验机能够定量评价电镀金刚石线锯的使用性能;Ⅰ号线锯的锯切效率比Ⅱ号线锯的高13.6%;用Ⅱ号线锯切片得到的硅片走丝方向、进给方向的表面粗糙度分别比用Ⅰ号线锯的小17.5%、10.8%;Ⅰ号线锯的锯缝宽度比Ⅱ号线锯的小3.8%;Ⅱ号线锯的使用寿命比Ⅰ号线锯的长;Ⅰ号线锯的磨粒脱落率是Ⅱ号线锯的2.1倍。      

金刚石线锯切割多晶硅表面形貌特征分析

采用自制的实验设备研究电镀金刚石线锯对硬脆材料多晶硅的锯切实验,使用日本VHX-1000C型超景深三维显微系统对多晶硅切片的表面形貌特征进行研究,分析了工件进给速度和预平衡力大小以及是否施加超声对锯切表面粗糙度的影响。研究结果表明:多晶硅切片表面主要由较长较深沟槽、较浅划痕、大量表面破碎及少量较大较深的凹坑构成。另外,随着工件进给速度的增大,硅片的表面粗糙度值变大;而预平衡力加大会使硅片表面粗糙度值变小;施加超声振动可以明显提高加工效率、减小硅片表面粗糙度值。     

Fixed abrasive diamond wire machining—part II: experiment design and results

Experimental results from fixed abrasive diamond wire machining of wood and foam ceramics are presented. Three types of wood—pine, oak, and fir, and three types of foam ceramic—silicon carbide, zirconia, and zirconia toughened alumina, are tested. The research investigates the life of diamond wire and effects of process parameters on the cutting forces, force ratio, and surface roughness. A scanning electron microscope is used to study the worn diamond wire, machined surfaces, and debris. The diamond wire saw is demonstrated to be very effective in machining foam ceramics. The wire life for cutting wood at slow feed rates is low. The short tool life for dry cutting of wood indicates that more research in new fixed abrasive diamond wire and wire saw machining technologies is necessary.     

PCD刀具加工氮化硅陶瓷孔的试验研究

使用PCD刀具对氮化硅陶瓷内孔进行切削试验,首先研究氮化硅陶瓷材料的去除机理,主要包括脆性去除和塑性去除,且以脆性去除为主。其次,研究刀具前角、切削速度、背吃刀量和进给量对切削力的影响。结果表明:刀具前角对切削力的影响不明显;随切削速度、背吃刀量和进给量的增加,切削力均增大,且背向力大于进给力和主切削力。最后,重点研究各参数对内孔侧壁表面粗糙度的影响。结果表明:进给量对表面粗糙度的影响最显著,其次是背吃刀量和切削速度,刀具前角几乎没有影响,且当刀具前角为-5°,切削速度为32.97m/min,背吃刀量为0.10mm,进给量为0.08mm/r时,可以得到较好的表面粗糙度和刀具寿命的综合效益。      

金刚石线锯切割碳化硅陶瓷的机理与工艺研究

通过金刚石线锯切割碳化硅陶瓷的单因素试验设计,研究线速度、进给速度、进给速度与线速度比值R等工艺参数对其表面质量的影响规律,并通过超景深三维显微镜、精密粗糙度轮廓仪对其表面形貌、表面粗糙度进行观察和测量。结果表明:当线速度从0.4 m/s增加到1.3 m/s时,碳化硅陶瓷的表面形貌明显改善,进给方向和线锯方向的表面粗糙度分别下降了20.35%和10.45%;当进给速度从6 μm/s增加到24 μm/s时,其表面形貌由好转差,进给方向与线锯方向的表面粗糙度分别上升了12.07%和3.91%;当进给速度与线速度增加但两者比值R固定为2×10-5时,碳化硅陶瓷的表面质量基本维持在同一水平。