基于RSM的SiC单晶片切割过程多目标优化

SiC单晶体是一种高硬度、高脆性的难加工材料,其切割过程中的工艺参数对切割表面质量、锯切力以及线锯使用寿命有重要的影响。以线锯速度、工件进给速度和工件转速为设计因子进行三因子三水平的中心复合试验设计,采用响应曲面法对试验结果进行分析,分别建立表面粗糙度、锯切力和线锯寿命的响应面模型,获得了三个单目标优化的切割工艺参数。同时根据响应面模型,建立了表面粗糙度、锯切力和线锯寿命同时达到均衡优化的模型,根据满意度函数方法,得到最佳的切割工艺参数。多目标优化结果表明:当SiC切片表面粗糙度的预测值为0.6951μm,锯切力预测值为2.665 15 N,线锯寿命预测值为519.87 min时,获得了最佳的切割工艺参数。     

径向超声振动辅助锯切光学玻璃

本文通过在锯切用超薄切割砂轮的径向上辅加超声振动的方法,对两种不同物理特性的光学玻璃进行锯切加工实验,探索了径向超声振动对光学玻璃锯切过程的影响。理论分析了超声振动锯切过程中的锯切力和锯切比能,给出了单颗磨粒在普通锯切与超声振动锯切时的切削路径。采用有无超声振动辅助锯切两种方式对K9玻璃和石英玻璃进行锯切实验,分析了超声振动对光学玻璃锯切力和锯切比能的影响。结果表明,相比于普通锯切方式,除了受到加工参数的影响外,超声振动辅助加工时K9玻璃和石英玻璃的锯切力减少幅度分别在30%~50%和50%~65%,锯切比能分别减少了30%~45%和50%~60%。径向超声振动辅助锯切使材料产生微破碎,具有减小锯切力和比能的作用,因此有利于提高光学玻璃材料锯切效率和改善加工质量。     

直刃尖刀超声辅助切割Nomex蜂窝芯切削力分析

以直刃尖刀超声辅助切割Nomex蜂窝芯的简化模型为基础,建立基于脆性断裂力学理论的超声辅助切削动态力模型,并分情况讨论了刀具与材料间的相对运动关系。分析指出在不同振幅条件下,材料的切割破坏存在断续和连续两种形式,进而推导了切割过程中的切削力的理论公式。其中超声振幅、刀具前倾角、进给速度和超声频率等参数对材料切削力大小均有影响。在理论分析的基础上,开展了超声辅助切割Nomex蜂窝芯复合材料实验。试验结果表明,进给方向的超声振幅和刀具前倾角对切削力的影响较大：当进给方向的超声振幅从0到15 μm变化、刀具前倾角从15°到45°变化时,切削力均可降低70%~80%;进给速度和超声频率对于切削力影响较小：当进给速度从500到6000 mm/min变化12倍时,切削力仅变为1.5倍;超声频率35 kHz与15 kHz相比,切削力降低10%~30%。试验结果与理论分析结论一致。     

硅晶体线锯切片损伤层厚度的有限元分析

根据测量的锯切力，求出线锯圆周上不同位置处磨粒所受力。将多个磨粒产生的法向力及切向力作用于三维有限元模型，考虑多磨粒的耦合作用，分析切割区的应力场，从而提出了硅晶体线锯切片的损伤层厚度分析模型，实验验证了该模型的正确性。该模型克服了损伤层厚度实验耗资大、费时、损害工件等缺点。同时分析得出，在恒压力进给条件下，随着线锯速度的增加，损伤层厚度略有减小。     

锯切花岗岩过程中金刚石框架锯的锯切力研究

锯切力是影响金刚石框架锯锯切板材质量的重要因素。本文通过对锯切机的运动学分析,研究锯条受载的变化情况与主要加工参数(进给速度v、参与锯切锯齿数n、和飞轮转速ω)对锯切力的影响机理,建立了最大锯切深度的计算模型。采用响应曲面法设计三因素三水平的金刚石框架锯锯切花岗岩试验,建立法向、水平锯切力关于主要加工参数的二阶预测模型,分析各因素对水平、法向锯切力的影响情况。通过ABAQUS有限元仿真软件对张紧后的锯条进行非线性屈曲分析,得到其临界屈曲载荷,进而得到在25个锯齿参与锯切条件下不发生临界屈曲的最优加工参数组合为进给速度v=62.94mm/h,飞轮转速ω=70r/min。     

可倾立式带锯床的结构与调整

可倾立式带锯床具有较高精度的工作台面,除能锯切一般金属型材、管材外,还可以锯切45°～135°的斜角,解剖较复杂的零部件,切深槽,去除有色金属铸件的浇冒口等。 本文以 G 5250型锯床为例进行结构分析。这种锯床最大锯切直径为350mm,两导向座间的最大开度为500mm,带速26～102m/min无级可调,锯带架可以转动± 45°,工件的夹紧和锯条的进给运动均由液压控制。 为保证锯带架既可以转动,又有足够的刚度,除了床身导轨1支撑滑座2和锯带架8外,工作台板3下面还有两条下导轨4可以平衡切削力。如图1所示,当锯条7向下切削时,给工件5一个向下的力F1,并…     

多线往复式线锯切割中单位长度材料去除量的理论分析与试验研究

线锯切割被广泛地应用于光伏和微电子行业及其他硬脆材料的切割加工,所切晶片的质量影响后续研抛等工序的加工。建立了多线线锯往复运动与进给运动的理论模型,提出单位长度材料去除量的概念,推导出多线往复线锯切割中,单位长度材料去除量随加工位置变化的理论模型。理论分析了单片用线量及进给速比对单位长度材料去除量的影响规律。以蓝宝石晶棒为锯切研究对象,进行了不同的锯丝单片用线量以及不同进给速比条件下的锯切试验,测量了切割片的加工质量。研究结果表明,多线往复式切割过程中,单位长度材料去除量随加工过程有明显的变化,单片用线量及进给速比对单位长度材料去除量有明显的影响,单位长度材料去除量对线锯切割质量有着显著的影响。     

带锯锯切力数值仿真及工艺实验研究

对带锯进行了锯切仿真及工艺实验研究,分析了带锯齿形参数(如前角、后角、分齿角度、分齿量和分齿衍生角)对锯切主切削力的影响规律。基于现行的带锯分齿工艺,建立了单齿几何模型,并应用于锯切仿真实验。首先通过锯切工艺实验,验证了锯切仿真模型的正确性。然后设计了齿形参数多因素水平变化的单齿锯切正交仿真实验。实验结果表明,对主切削力影响最大的齿形参数为分齿角度,其次依次为前角、后角、分齿量和分齿衍生角。主切削力随着前角、后角、分齿角、分齿量和分齿衍生角的增大而减少。本文研究结果丰富了带锯锯切机理的研究,并为带锯齿形参数的优化设计提供了理论依据。     

基于人工鱼群算法的混凝土锯切力预测模型

利用人工鱼群算法的基本原理,并根据金刚石锯片锯切混凝土的实验数据,建立金刚石锯片干切混凝土锯切力的预测模型,对比实验实测数据与预测模型,验证基于人工鱼群算法的混凝土锯切力预测模型的可行性。结果表明:人工鱼群算法预测锯切力与实验锯切力相比,平均相对误差只有2.58%,证明了所建立预测模型的准确性;人工鱼群算法的预测精度比多元回归分析法更高;由锯切力公式可知,影响锯切力的最主要因素为锯切深度,其次为进给速度,锯片的转速对锯切力影响较小。     

硬质合金圆盘锯

<正> 高速钢圆盘锯的切割效率和被切割材料的种类仍然受到较大限制。采用本文所介绍的硬质合金圆盘锯,就能进一步提高圆盘锯的切割效率,也能高速切割各种合金钢。一、硬质合金圈盘钢的结构硬质合金圆盘锯由圆盘形的刀体与硬质合金刀片两部分组成,如图1所示。刀体采用高强度钢、例如工具钢制造,其抗弯强度应为1300——1500牛顿/毫米~2。刀体宽度a_3t 应略小于切割宽度aN。刀体与轴的连接部分也应设计得比较粗大。硬质合金刀片具有多个刀刃。前角γ=-80°—-20°,后角a=+5°——+10°,     

高速锯切单晶硅的锯切力和锯缝崩边研究

探讨在单晶硅的高速精密锯切中,锯切用量与锯切崩边幅度大小之间的关系。通过使用金刚石薄锯片对单晶硅进行高速锯切,测量和分析不同参数下的锯切力,并结合锯切力比来分析金刚石锯片对单晶硅的锯切中力与崩边相互联系的特征。结果表明:在高速锯切单晶硅过程中,锯切深度、进给速度增大都能引起锯切力与力比的增大,也造成了单晶硅崩边情况更加严重。但是转速的提高则可以使锯切力大幅降低,并有效抑制加工过程中沟槽侧面的崩边问题。锯切深度与进给速度的增加引起锯切力增大时使单晶硅材料更加倾向于脆性断裂而被去除,但是提高转速降低锯切力后可使单晶硅渐转化为塑性去除,有效提高了加工产品质量。     

Sawing performance comparison of brazed and sintered diamond wires

Great attention has been paid on fabricating diamond wire by using the brazing diamond because of its strong chemical bonding strength and controllability of grits distribution. Although several serving performances of brazed diamond wire have been reported, seldom do these studies refer to its process characteristics. Sawing performances of a brazed diamond wire are investigated and compared with those of a sintered diamond wire on a wire saw machine. The surface topographies of beads selected from the two wires are micro observed before sawing. The sawing tests are carried out in constant feed rate feeding(CFF) and constant normal force feeding(CNFF). In CFF test, sawing force, power, and the cut depths of positions on contact curve are measured. Then, coupled with the observations of beads topographies, sawing force and its ratio, relations of power against material removal rate, and contact curve linearity are compared and discussed. In CNFF test, the sawing rates of the two wires are investigated. The results indicate that the brazed wire performs with lower sawing force(less 16% of tangential force and 28% of normal force), more energy efficiency(nearly one-fifth of sawing power is saved), at a higher sawing rate (the rate is doubled) and with better contact curve linearity as compared with the sintered wire. This proposed research experimentally evaluates the sawing performances of brazed diamond wire from the aspect of process parameters, which can provide a basis for popularizing the brazed diamond wire.     

石材锯切机理与金刚石工具磨损机理的研究现状

对金刚石工具切割石材等硬脆材料时的锯切机理、锯切过程中金刚石工具的磨损机理以及锯切力的国内外研究现状及各种观点进行了综合评述。由于石材等硬脆材料锯切过程的复杂性 ,对锯切机理的认识迄今尚不统一 ,对金刚石工具磨损机理和锯切力的理论研究也亟待深入。     

环形电镀金刚石线锯锯切工艺参数的正交试验研究

这里对环形电镀金刚石线锯锯切工艺参数进行了正交试验研究。分析了金刚石粒度、进给压力和锯丝速度对锯切过程的影响。获得了基于提高锯切效率和锯丝寿命,降低锯切力的最佳锯切工艺参数。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。     

金刚石圆锯片锯切花岗石的切削力双因素实验研究

基于金刚石圆锯片锯切五莲红花岗石的双因素实验,对切削速度和进给速度与切削力的关系进行研究.通过极差分析和趋势图得出进给速度是影响切削力Fx、Fy、Fz的主要因素,切削力随切削速度的增大而减小,随进给速度的增大而增大.通过回归分析建立了切削力数学模型,为生产中根据给定的加工参数来预测切削力提供了理论支持.     

MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF NANOMETRIC CUTTING

Molecular Dynamics (MD) simulations of nanometric cutting of single-crystal copper were conducted to predict cutting forces and investigate the mechanism of chip formation at the nano-level. The MD simulations were conducted at a conventional cutting speed of 5 m/s and different depths of cut (0.724–2.172 nm), and cutting forces and shear angle were predicted. The effect of tool rake angles and depths of cut on the mechanism of chip formation was investigated. Tools with different rake angles, namely 0°, 5°, 10°, 15°, 30°, and 45°, were used. It was found that the cutting force, thrust force, and the ratio of the thrust force to cutting force decrease with increasing rake angle. However, the ratio of the thrust force to the cutting force is found to be independent of the depth of cut. In addition, the chip thickness was found to decrease with an increase in rake angle. As a consequence, the cutting ratio and the shear angle increase as the rake angle increases. The dislocation and subsurface deformation in the workpiece material were observed in the cutting region near the tool rake face. The adhesion of copper atoms to the diamond tool was clearly seen. The same approach can be used to simulate micromachining by significantly increasing the number of atoms in the MD model to represent cutting depths in the order of microns.     

蜂窝材料锯切角度建模与优化设计

针对蜂窝体脱硝催化剂材料脆性较高,严重影响锯切效率的问题,对蜂窝体材料锯切负载、锯切角度和锯切能耗等方面进行了研究,对蜂窝材料的结构不连续特性进行了归纳,基于经典锯切负载建模理论和大量锯切实验负载分析,提出了通过最优锯切角度的设计来实现高效锯切。以锯切功为比较对象,建立了以锯切角度为基础锯切负载模型,得出了最优锯切角度,并进行了多种角度的锯切实验。实验结果表明:锯切角度45?对应的锯切负载明显小于其两侧的锯切负载;同时,从锯切负载的幅值分布来看,锯切角度为45?的锯切负载波动明显小于35?和55?时的幅值,说明其稳定性也最优。     

Experimental investigation on cutting mechanisms in fixed diamond wire sawing of bone

Bone sawing has been widely used in performing bone surgery. However, thermal necrosis, loss of cutting precision and surface damage may occur in cutting process. The primary objective of this research is to improve cutting performance of bone by advantages of diamond wire sawing. Mechanism of material removal, cutting force, temperature and surface quality are analyzed based on experimental results. It is indicated that wire sawing provides small depth of cut, which is effective to obtain ductile material removal mode. Due to small material removal rate per abrasive, thermal energy is low and most of the heat can be taken away by the cyclic wire and bone chips. Consequently, cutting force and temperature in cutting zone are lower than that of traditional sawing. Due to the high efficiency of chip ejection, burrs and fracture are reduced and a significant improvement in surface quality is achieved. Based on cutting experiments with various values of cutting parameters, it is observed that better performance is achievable at higher wire speeds. These results provide a valuable basis for application of wire sawing and understanding of bone cutting mechanisms.     

混凝土锯切加工过程的基本特征

通过金刚石单颗粒划伤、金刚石单个节块锯切和金刚石锯片锯切系列试验，对混凝土锯切加工过程中的切屑形态和切削区表面形貌，以及切削力等基本特征进行了详细讨论。结果表明：金刚石锯片锯切混凝土的过程表现为高速锯切过程中金刚石锯片的冲击引起混凝土表层断裂破碎，水泥石子等在切削区内层受到金刚石磨粒的微切削作用形成粉屑，以及钢纤维和钢丝发生金属塑性变形断裂或被拔拉而断裂的过程。在粘性水泥粉屑以及金刚石磨粒的挤压作用下，多种形态的切屑易粘结成团，并粘附到混凝土锯切表面和锯片节块上而导致锯片堵塞。