聚晶金刚石的Nd:YAG激光切割与电火花线切割损伤分析

采用近红外Nd:YAG激光切割方法与电火花线切割方法进行了聚晶金刚石(polycrystalline diamond compacts,PDC)切割加工实验,并分别利用细砂纸打磨、金刚石微粉抛光以及王水腐蚀等表面处理方法对试件进行了表面处理,通过扫描电镜显微观察与拉曼光谱分析等方法对试件进行了显微观察与分析。经分析发现:尽管近红外Nd:YAG激光切割速度较快,然而因脉宽较大导致热损伤大,加工表面存在明显的残留层,而且金刚石与硬质合金层界面存在明显的裂纹;电火花线切割表面质量好于激光切割加工,但金刚石界面处存在材料过量去除现象,而且切割速度比近红外激光切割加工小得多。为获得较好的PDC切割质量与切割效率,需采用脉宽更短的Nd:YAG激光或紫外激光。     

激光切割工业纯铝的工艺研究

通过对工业纯铝的激光切割试验,探讨了其加工的工艺特点,分析了不同的切割参数如激光功率、焦点位置、切割速度、辅助气体的压力以及表面粗糙度等对切割质量的影响,给出了Nd:YAG激光器切割铝片的具体方法.实验结果表明,只要工艺参数选择适当,可获得很好的切口质量,且能提高生产效率.     

不同辅助气体对薄硅钢片的激光切割影响

针对辅助气体影响激光切割现象进行研究。采用氧气、氮气、氩气作为辅助气体以300W的Nd:YAG脉冲激光切割35A470牌号的硅钢片。首先进行大量实验研究不同工艺参数对硅钢片切缝宽度及切割质量的影响,如采用不同的激光电源电流、激光脉宽、激光频率、加工速度、离焦量等参数对比分析,然后总结出这些工艺参数对激光切割硅钢片的影响规律,再研究不同保护气体对激光切割工艺参数的选择规律,最后得出使用不同保护气体的激光切割35A470牌号薄硅钢片的最佳工艺参数。     

YAG晶体切割参数对线锯寿命影响的试验研究

YAG(Y3Al5O12)晶体以优异的特性正被广泛使用,选择合适的切割方式来降低其加工成本十分重要。对固结线锯的种类和失效形式进行总结,环形电镀多丝绞合金刚石线锯适合硬脆YAG晶体切割。采用往复线机床和环线机床进行切割试验,发现往复线金刚石线锯机床切割线锯寿命短,切割过程易发生断线,环形线锯切割时无换向可实现高速切割。通过环线机床正交试验发现切割线速度提高线锯寿命显著增加,线锯进给速度增加则寿命先提高后降低,线锯张紧力对线锯寿命没有影响。     

KDP晶体精密切割机设计及其切割表面质量影响因素分析

KDP晶体具有较大的非线性光学系数和较高的激光损伤阈值,但具有易潮解和软脆特性,需要采用精密金刚石线切割实现其坯料的快速切割。基于电镀金刚石环线技术,设计了一种用于KDP晶体快速精密切割设备,能够实现切割张紧力可控可调;采用正交试验方法对200 mm×200 mm的晶体进行切割试验,并通过灰色理论对影响工件平面度和粗糙度的各工艺参数,进行了动态、量化分析,试验得出各工艺因素对切割表面质量影响程度大小,确定了环线切割的最佳工艺参数。     

横向超声振动对金刚石线锯切割硬脆材料锯切力及临界切削深度的影响

硬脆晶体材料,如SiC、Ge和Si等,由于其临界切削深度极小,常规加工方法很难实现塑性模式加工,研究横向超声振动金刚石线锯对硬脆材料锯切力和临界切削深度的影响有重要意义。在研究线锯受迫振动的基础上,分析金刚石线锯在横向超声波激励下柔性旋转点切割硬脆材料的条件;用特征函数对超声激励下金刚石线锯的振动切割状态进行表征;应用磨削理论建立了单颗金刚石磨粒切割硬脆材料的力学模型;推导出超声振动激励下金刚石线锯锯切硬脆材料临界切削深度的计算公式。以单晶SiC为对象,进行了超声振动线锯切割和普通线锯切割对比试验。结果表明相同条件下,超声振动线锯切割SiC的锯切力比普通线锯的锯切力减少22.4%~64.2%,临界切削深度增加1倍,晶片表面粗糙度有明显的改善。试验结果与理论分析具有良好的一致性。     

激光切割CVD金刚石厚膜的工艺研究

本文利用Nd:YAG激光器对0.4mm厚的CVD金刚石膜进行切割,用扫描电子显微镜(SEM)研究了激光脉冲能量、脉冲宽度和脉冲频率等工艺参数对金刚石厚膜切割的影响。研究结果表明,在脉冲电流高于200A和减小脉冲电流至150A、脉冲宽度为2ms时能一次性切透金刚石厚膜但切割断面存在许多微裂纹和缺陷。增大脉冲频率有利于提高切割断面的平整度;采用二次切割比一次切割可得到更为平整的切割断面,断面粗糙度Ra可达到1μm。     

烧结钕铁硼激光切割质量工艺影响研究

探讨工艺参数对激光加工烧结钕铁硼的影响,对烧结钕铁硼磁性材料进行激光切割试验,以割缝宽度、R_a和熔渣量为衡量指标。通过正交试验探讨电流、脉宽、频率和氧气压力等工艺参数对切割质量的影响,研究分析得出激光切割烧结钕铁硼的最佳工艺参数。增加电流及氧气气压,降低加工脉宽及频率,有利于提高切割质量。切割截面可分为光亮区和熔融区,工艺参数不同,切割后两个区域所占的面积也不同。     

特殊晶体材料飞刀切削加工工艺的分析与优化

采用二次通用回归旋转组合设计方法,对KDP晶体的切削加工工艺进行优化设计;利用单点金刚石飞刀切削(single point diamond turning,SPDT)技术对其进行切削。对试验结果进行测量与分析,确定合理的试验因素及水平,分析加工工艺参数的单因素和交互因素对KDP晶体表面粗糙度的影响规律。最后得到最优工艺参数组合:刀具圆弧半径为5 mm,转速为800 r/min,进给量为1μm/r,背吃刀量为21μm,加工出的KDP晶体表面粗糙度值为0.017μm。     

基于RSM的SiC单晶片表面粗糙度预测及参数优化

通过响应面分析法(RSM)对超声振动辅助金刚石线锯切割SiC单晶体的工艺参数进行分析和优化。采用中心组合设计实验,考察线锯速度、工件进给速度、工件转速和超声波振幅这4个因素对SiC单晶片表面粗糙度值的影响,建立了SiC单晶片表面粗糙度的响应模型,进行响应面分析,采用满意度函数(DFM)确定了切割SiC单晶体的最佳工艺参数,验证试验表明该模型能实现相应的硬脆材料切割过程的表面粗糙度预测。     

SiC单晶片加工过程中切割力的分析与建模

SiC单晶具有优良的物理和机械性能,在微电子和光电领域得到了广泛应用,然而由于其高硬度和脆性,晶片的制造非常困难、效率低下。为提高SiC单晶片的加工质量和加工效率,分析了SiC单晶片线锯切割过程中的受力情况;从切屑变形和摩擦两个方面,建立单颗磨粒的法向和切向受力模型,进而得到线锯切割力与工艺参数及线锯物理属性的关系模型;设计了切割力的试验装置,通过不同加工参数下的试验研究,确定了关系模型中的应力系数;通过理论值与试验值的对比校验,法向力和切向力预测值的误差小于9.18%,并对误差产生原因作了分析。结果表明,该切割力理论模型可以对SiC单晶片在同等线锯切割环境下的切割力进行有效预测,为切削力的优化控制提供了理论依据。     

基于Nd: YAG固体激光器预制连杆初始裂解槽研究

裂解槽的设计与加工是连杆裂解加工技术的核心和技术关键,将直接影响着连杆的裂解质量。为提高连杆裂解槽加工质量,采用Nd：YAG固体激光器对两种类型的连杆进行了裂解槽激光加工试验,分析了不同切割参数对裂解槽质量的影响,并对激光切割参数进行了优化。结果表明：激光峰值功率、离焦量、切割速度、脉冲频率、辅助气体压力、激光入射角等对裂解槽的加工质量都有很大的影响,其中激光峰值功率直接影响着裂解槽的加工深度,在切割速度与脉冲频率比值约为1：3以及非正离焦量状态下所加工的裂解槽对连杆的裂解都非常有利。     

应用Nd∶YAG激光加工连杆初始裂解槽

为改善连杆裂解槽加工精度和质量,进而提高裂解连杆的成品率,通过试制两种连杆产品,确定了激光加工参数。采用Nd∶YAG固体激光器对两种类型的连杆进行了裂解槽激光加工试验,分析了采用不同切割参数加工的裂解槽质量,并对激光切割参数进行了优化。结果表明:激光峰值功率、离焦量、切割速度、脉冲频率、辅助气体压力、激光入射角等对裂解槽的加工质量均有很大的影响,其中激光峰值功率2.4kW,脉冲时间0.4ms时,切槽深度为0.453～0.457mm,当脉冲频率与切割速度比值约为3,在非正离焦量状态下,所加工的裂解槽对连杆的裂解非常有利,能够满足M0406连杆的裂解质量要求。     

激光切割高速飞行器尾翼的基础工艺试验研究

为提高高速飞行器尾翼的加工效率,用激光切割工艺代替传统的电火花线切割工艺,以不同厚度的Q235钢板为切割对象,在不同参数组合下开展了尾翼激光切割加工试验。重点研究了激光切割速度v、氧气辅助气压P等关键工艺参数对尾翼表面粗糙度和表面形貌的影响规律,并得出上述工艺参数对不同厚度尾翼切割质量的影响规律。结果表明:切缝表面质量随切割速度与辅助气压的增大呈先升高后降低的趋势,随着钢板厚度的增大,其最佳切割速度变小,辅助气压无明显变化,加工工艺参数可调区间变小。     

固结磨粒金刚石线锯技术的研究

金刚石线锯是一种对硬脆性材料进行精密、窄缝切割技术。其中,固结磨粒金刚石线锯以其切割速度快、耗材成本低及环保等优点被广泛应用于半导体和太阳能电池硅材料的切割加工中。利用目前国内现有的设备和国际上较好的金刚石线锯丝,从切割工艺参数、失效机理等方面对硅材料的固结磨粒金刚石线锯进行了试验和分析,对提高硅材料切割效率与切割质量有一定的指导意义。     

无蜡上盘加工Nd:YAG激光晶体板条

本文以No.2,BⅢθ20″Nd:YAG激光板条为例,介绍了无蜡上盘加工Nd:YAG激光晶体板条的加工方法,通过对上盘工艺的改进,有效地去除了胶结变形、热变形对零件面型的影响,解决了由于胶结上盘,下盘后板条面型变化的问题,本方法也适用于其他材质的大直径薄形光学零件的加工。     

上游泵送机械密封环端面激光加工工艺参数

上游泵送机械密封是一种具有环保概念、长寿命、低能耗的高新密封技术,其应用前景将十分广阔.采用Nd:YAG灯泵浦系列脉冲激光进行了上游机械密封端面开槽加工试验,研究了激光加工工艺参数对开槽加工质量的影响.试验研究结果表明,激光电流是影响激光开槽质量的重要因素,对于硬质合金材料,激光电流为14.6A,开槽质量较高,槽深为5.5μm.这为上游泵送机械密封的理论与应用研究奠定一定试验基础.     

聚晶金刚石复合片镜面加工工艺优化研究

针对聚晶金刚石复合片精加工后需达到镜面级表面的指标要求,基于正交试验法优化聚晶金刚石复合片精加工工艺参数,采用极差分析法处理试验数据,并绘制试验指标与各试验因素间的关系曲线图,得出了各因素对表面粗糙度的影响规律,并以此为基础优化工艺参数,进行聚晶金刚石复合片镜面加工工艺优化研究。研究表明:抛光盘转速和研抛时间对工件表面粗糙度影响较大,各因素对表面粗糙度的影响程度按从大到小的顺序依次为:抛光盘转速、研抛时间、研抛压力和抛光液磨料粒度。采用优化后的最优工艺参数组合进行加工试验,当研抛压力为90 kPa、抛光盘转速为1 200 r/min、抛光液磨料粒度为1μm、研抛时间为30 min时,得到了表面粗糙度Ra为0.019μm的质量表面,达到了聚晶金刚石复合片镜面加工(Ra0.02μm)的效果。     

KDP晶体表面波纹度的分析与研究

针对工艺参数对KDP晶体表面波纹度值的影响问题,基于二次通用回归旋转组合方法优化KDP晶体单点金刚石飞刀切削工艺参数组合,采用单因素和多因素法分析各因素对表面波纹度的影响规律,并以此为基础优化工艺参数,进行KDP晶体切削实验。试验表明:各因素对表面波纹度的影响程度大小顺序为:进给量二次项、进给量、转速、转速与进给量的交互作用。优化出表面波纹度值最小时的加工工艺参数组合:刀具圆弧半径为9mm;转速为633r/min;进给量为11.8μm/r;背吃刀量为21μm,利用此组工艺参数加工出KDP晶体的表面波纹度为0.02μm。     

长脉宽脉冲激光硅片弯曲成形试验

利用毫秒脉宽Nd:YAG激光对硅片进行了弯曲试验,给出了长脉宽脉冲激光弯曲硅片的能量阈值条件。研究了长脉宽Nd:YAG激光脉冲频率和脉冲宽度参数对硅片弯曲角度的影响,同时说明了脉冲频率和脉冲宽度参数对弯曲角度的影响可以转换成扫描速度和功率密度对弯曲角度的影响,并对试验结果进行了分析,引入了脉冲占空比来表征能量的时域分布对弯曲现象的影响。试验结果表明,采用毫秒量级脉冲激光可以对硅片进行弯曲加工,弯曲角度可达20°以上。