DXQ-601型多線切割機關鍵技術研究

時間:2018/3/20 8:48:00 來源:本網 添加人:admin

  力和摩擦力引起的鋸切力以及鋸切力與工件的厚度、工件進給速度、鋸絲的鋸切速度、工件材料的性質等的關系,為多線切割機研制提供理論依據。

  1前言多線切割機是近十幾年來獲得迅速發展的一種硬脆材料切割設備,包括使用游離磨料和固結磨料兩類。根據鋸絲的運動方式和機床結構,分為往復式和單向式。目前在光電子工業中使用最為廣泛的是往復式多線切割機。多線切割機使用高硬度的SiC作為磨料,最典型的是用于太陽能電池硅片切割中使用的磨粒,尺寸為十個微米,能夠對硬脆材料進行精密、窄鋸縫切割,且可實現成形加工。隨著在大尺寸半導體和太陽能電池薄片切割中的應用和發展,多線切割機顯現出一系列無可比擬的優點:加工表面損傷小、撓曲變形小、切片薄、片厚一致性好,能切割大尺寸硅錠、省材料、產量大、效益高等。

  2多線切割機關鍵技術用多線切割機切割脆性材料的工藝最早于20世紀70年代提出,20世紀80年代實現了用于硅片切割的多線切割機。進入20世紀90年代,尤其是近幾年來,國外多線切割機得到了快速發展,對其研究也更為深入。但我國對多線切割機研制才剛剛起步,雖然進行了大量的研究,但目前還沒有國產的多線切割機。許多關鍵技術還沒有實用化,所以對多線切割機關鍵技術研究很有必要。但多線切割機的設計、加工生產必須研究鋸絲鋸切力和SIC磨粒之間的關系,研究鋸切工藝參數對鋸切能力的影響,以下是要研究的幾個方面:工件向下運動時,除磨漿的組成配比外,磨漿在切割區的運動和作用,對線鋸的切割特性的影響。通過對單晶硅進行切割。

  圖中:鋸絲的速度為Vs;工件的進給速度為Vw;工件的切割厚度Lw鋸絲的半徑為R(直徑d);磨粒密度C.由于多線切割機的鋸切力是所有參加切削的SiC顆粒所受鋸切力的總和,因此先分析計算鋸切力,建立如下坐標系:過鋸絲中心,工件進給運動方向的反方向為x軸,過鋸絲軸線與鋸絲運動方向相同的方向為z軸,垂直于x、軸且過鋸絲中心的直線為y軸。

  如:在x、平面內,少角處取一微段ds=R*d屮則得鋸絲上軸心方向的微面積為dAn=Lw*ds=:Lw*R*d屮在微面積dAn內磨粒的數量為dNc=CdA,根據SmalKin,N.H.COOK的理論表明,磨削力由兩部分組成:切削變形分力和磨擦力,由于鋸切過程實質是磨削的過程,所以鋸切力也可分成切削變形分力和磨擦力,因此單線微面積內的鋸切力為:力;dFt為微面積內沿鋸絲運動方向的切向鋸切力;dFm為微面積內切削變形產生的法向鋸切力;dFns為微面積內磨擦產生的法向鋸切力;dFtc為微面積內切削變形產生的切向鋸切力;dFte為微面積內磨擦產生的切向鋸切力。

  對于單個磨粒切削刃所受的切削力(見),利用S.MaLKin的結論有:向鋸切力;Fet為單個磨粒受到的切向鋸切力;Fen.為由切削變形引起的單個磨粒上的垂直于鋸絲表面的法向作用力;Fetc為由切削變形引起的單個磨粒上的切向作用力;Fens為由摩擦產生的單個磨粒上垂直于鋸絲表面的法向摩擦力;Fets為由摩擦產生的單個磨粒上的切向摩擦力。

  2.1.1單顆SiC磨粒由切屑變形引起的鋸切力在鋸切過程中,在工件以高速度進給壓力的作用下,SiC顆粒以一定的深度壓入晶體內部,因此單個SiC顆粒由切削變形引起的法向鋸切力為:S為切屑的平均斷面積。

  切屑的平均斷面積S應是未變形切屑的平均厚度h長和平均寬度的乘積b:根據體積不變原理有:Uw=U.*Nc:Uw為單位時間內去除工件材料的體積。

  Nc為單位時間內參加切削的SiC顆粒數目。

  則所取微面積內的SiC磨粒單位時間內去除材料的體積為:因此,微面積內單個顆粒的平均切削厚度為:則單顆磨粒的平均切削面積為:至于切削變形產生的切向力,如只考慮切削作用于磨粒前面的法向力而忽略切削和磨粒的摩擦力,并假定磨粒為圓錐形,圓錐的軸線與鋸絲的軸線垂直并相交,按幾何關系有:則微面積內單個磨粒上由切削變形引起的切向鋸切力為:2.1.2由磨擦產生的鋸切力由SiC和硅的磨擦力產生的法向鋸切力和切向鋸切力可用下述方法計算。

  單顆SiC顆粒對硅的鋸切過程類似于磨削,而法向磨削是磨粒和工件材料之間的平均接觸壓力。它與工件材料在磨削情況下的硬度成正比,于是有:4為SiC顆粒和被切材料的平均接觸壓力;設hc為SiC顆粒的壓入深度,根據幾何關系有:r=h,tg6單個SIC顆粒由磨擦力產生的法向鋸切力為:(總第同樣,類似于摩削,切向鋸切力也隨sic顆粒與工件間的接觸面積線性加,并且SIC顆粒與工件間的磨擦系數是常數,設磨擦系數為M則單個SIC顆粒與工件間由磨擦產生的切向力為:單個磨粒受到的垂直于鋸絲表面的法向鋸切力和切向鋸切力分別為:將垂直于鋸絲表面的法向鋸切力分解成沿x軸的進給抗力Fenx和沿y軸的力FF胃將相互抵消,根據幾何關系,進給抗力Fenx可按下式計算:有法向鋸切力和切向鋸切力分別為:將上式在上積分,便得鋸切過程中由切削變型和摩擦引起的總的進給抗力和總的切向鋸切力。

  化簡得0是與磨粒材料性質有關的參數,這里不討論磨粒形狀性質,所以認為是一個相對固定值。則有:r為SiC顆粒垂直投影的半徑;4為SiC顆粒和硅材料間的平均接觸壓力;"為摩擦系數;601型多線切割機的相關工藝參數R=0.07mm(鋸絲直徑L=156mm(切割太陽能;方片0.3~0.8mm/min(切割太陽能方片時,工作由上式可以看出:多線切割機的鋸切力和工件的厚度及工件的進給速度成正比,和鋸絲的鋸切速度成反比,并和工件材料性質有關。

  臺常設速度范圍);Vs=2001000mm/min(切割太陽能方片時,常設定速度范圍);3.1鋸絲速度對鋸切過程影響的分析當Vw―定時,鋸絲運動Vs取200,400,600,800,1000mm/min,Vs與單根鋸絲法向鋸切力Fn、切向鋸切力Ft之間的關系,由公式可以看出,法向鋸切力和切向鋸切力與鋸絲速度成反比,隨鋸絲運動速度的大而減小。鋸絲速度對鋸切過程的影響,選用SiC磨料的粒度為1 000,進行計算。由計算看出:單根鋸絲在進給壓力一定的情況下,隨著鋸絲速度的提高,鋸切力有所下降,如,分析原因:隨著鋸切速度提高,單位時間內參加切割的SiC磨粒數將多,因此鋸切效率隨著鋸切速度的提高而提高,另一方面,鋸切速度的提高會使單顆SiC顆粒的切入深度減小,從而使鋸切力降低。

  3.2工件進給速度對鋸切過程影響的分析研究當Vs―定時,工作臺進給速度Vw取0.2,0.4,0.6,0.8mm/min,單根鋸絲法向鋸切力Fn、切向鋸切力Ft與Vw之間的關系。從計算可以看出,法向鋸切力和切向鋸切力與工件進給速度成正比,隨工件進給速度的大而大。

  當選用SiC磨料的粒度為1000,鋸絲速度為行計算。由可以看出,隨著工件的進給速度大,進給壓力明顯大,且工件進給速度基本與進給壓力成正比;隨著進給壓力的大,法向鋸切力,切向鋸切力也隨之大。分析結果:工件的進給速度大,使進給壓力的大,會使SiC微粒的壓入深度加,從而提高了鋸切力,進而提高了鋸切效率。另一'方面,進給壓力的大,加了單顆SiC微粒的切削面積,從而使鋸切力也大。即工作臺進給速度與鋸切力的關系是:法向鋸切力和切向鋸切力都與工件進給的速度成正比,隨著工件進給速度的高,鋸切力將大。但鋸切力過大,又容易引起斷線,所以工件進給速度應在0.20.8mm/min的范圍內。

  工作臺進給速度和鋸切力的關系4結論本章在分析SIC顆粒和鋸絲受力情況下,根據多線切割機鋸切機理,認為多線切割的鋸切力主要由兩部分組成,切削變形分力和摩擦力。并從分析SIC顆粒的受力情況入手,研究了鋸切工藝參數對鋸切能力的影響,即鋸切力和工件的切割厚度及工件進給速度成正比,隨著工件進給速度的大,鋸切力也隨之大,但不是進給速度越大越好;和鋸絲的鋸切速度成反比,隨著鋸絲速度的提高,鋸切力有所下降。鋸切力還和工件材料的性質有關。

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