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金刚石线锯横向超声振动切割SiC单晶表面粗糙度预测
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TQ127[化学工程—无机化工] TG74[金属学及工艺—刀具与模具]
  • 作者机构:[1]西安理工大学机械与精密仪器工程学院,西安710048, [2]河南科技大学河南省机械设计及传动系统重点实验室,洛阳471023
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51175420)
中文摘要:

把横向超声振动应用到金刚石线锯切割硬脆材料加工中,基于冲量原理分析了线锯横截面上不同位置处金刚石磨粒对工件的法向锯切力。应用压痕断裂力学理论,定量分析了在法向和切向载荷共同作用下磨粒下方中位/横向裂纹扩展的长度和深度。研究了振动磨粒在工件上间歇加载和卸载使横向裂纹优先扩展并抑制中位裂纹扩展的屏蔽效应。建立了横向振动线锯切割硬脆材料时线锯横截面不同位置处磨粒的材料去除模式模型,得到了横向振动线锯切割硬脆材料晶片表面粗糙度的预测公式。以Si C单晶为切割对象,进行普通线锯和横向超声振动线锯切割对比试验,测定线锯的锯切力和晶片表面粗糙度,并对表面形貌进行观察。结果表明,横向超声振动线锯切割Si C是以脆性去除为主塑性去除为辅的混合材料去除模式;同等试验条件下,超声振动线锯切割能使晶片表面粗糙度降低25.7%。表面粗糙度测试结果与理论预测具有较好的一致性。

英文摘要:

Applying the transverse ultrasonic vibration to the diamond wire-saw cutting hard-brittle materials processing, the normal cutting force applied to workpiece by diamond abrasive particle at different locations on wire-saw's cross-section is analysed based on the principle of impulse. Applying indentation fracture mechanics theory, the propagating length and depth of median/lateral crack beneath the abrasive particle induced by normal and tangential load are analysed quantitatively. The shielding effect inhibiting median crack expansion and promoting lateral crack propagation preferentially as vibrating abrasive particle loading and unloading on workpiece surface intermittently is studied. The material removal model by abrasive on different locations of vibrating wire-saw cross-section is discussed, and the formula predicting wafer's surface roughness is obtained. The comparative experiments of cutting Si C monocrystalline with conventional wire-saw and transverse ultrasonic vibration wire-saw are carried out respectively, in which the cutting force of wire-saw, surface roughness and surface morphology of wafer are measured and observed. The result indicates that the material removal mode of Si C cut by transverse ultrasonic vibration wire-saw is mixing mode which brittle fracturing mode is dominant while the plastic removal mode is minor, the wafer surface roughness decreasing by 25.7% under the same experimental conditions. The result of measuring surface roughness is more consistent with it in theoretical analysis prediction.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:58603