磨料水射流車削加工單晶硅的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、單晶硅是現(xiàn)代半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)材料，被稱為“微電子大廈的基石”，同時(shí)也是太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料。研究單晶硅材料的切割加工具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 磨料水射流技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的特種加工技術(shù)，是一種“冷”切割加工方式，具有無(wú)熱影響區(qū)、切口質(zhì)量好、無(wú)火花、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于熱敏、壓敏、高硬度、高脆性、難加工材料和復(fù)合材料等的切割加工，在機(jī)械制造、航空航天、軍工、醫(yī)療、新能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2、r>　　 本文應(yīng)用磨料水射流技術(shù)對(duì)單晶硅進(jìn)行了車削實(shí)驗(yàn)研究。論文對(duì)單晶硅車削加工的宏觀表面特征、切割加工參數(shù)對(duì)加工能力和加工質(zhì)量的影響進(jìn)行了研究。車削加工切口的幾何特征表明，磨料水射流車削時(shí)既有普通切割時(shí)存在的表面特征又有其獨(dú)有的加工特征。在直線切割時(shí)形成收斂型切口、平行型切口和發(fā)散型切口。在磨料水射流車削時(shí)表現(xiàn)為正錐型、倒錐型的錐度。在直線切割時(shí)切割斷面表現(xiàn)的不同區(qū)域在車削時(shí)根據(jù)噴嘴運(yùn)動(dòng)速度與工件轉(zhuǎn)速之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度不同，也表現(xiàn)為

3、車削磨損區(qū)，變形磨損區(qū)和射流反彈區(qū)三個(gè)環(huán)狀區(qū)域。
　　 論文研究了射流壓力、靶距、噴嘴橫移速度、工件轉(zhuǎn)速對(duì)切縫寬度和光滑區(qū)表面粗糙度的影響。結(jié)果表明，隨著射流壓力的增加，切縫寬度和光滑區(qū)表面粗糙度都隨之減小。存在一個(gè)約5mm的最佳靶距使切縫寬度最小，隨著靶距的增大，表面粗糙度值先減小后增加。因此存在一個(gè)最佳靶距使表面粗糙度最小。隨著噴嘴橫移速度增加，切縫寬度減小，而加工表面粗糙度隨著噴嘴橫移速度的增加而增大。當(dāng)工件轉(zhuǎn)速增加時(shí)，切

4、縫寬度和表面粗糙度都是先減小后增加，但表面粗糙度隨工件轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)并不顯著。
　　 論文用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)磨料水射流車削加工單晶硅棒進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)分析。切縫寬度的極差分析結(jié)果表明，靶距對(duì)結(jié)果的影響程度很大，其次射流壓力對(duì)切縫寬度也有很重要的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的參數(shù)水平及優(yōu)化結(jié)果選擇了較優(yōu)的水平組合，射流壓力P=230Mp，靶距S=5mm，進(jìn)給速度V=25mm/min，工件轉(zhuǎn)速N=10r/min。表面粗糙度極差分析結(jié)果表明，射流壓

5、力對(duì)表面粗糙度的影響程度較大，所以車削時(shí)應(yīng)根據(jù)所要求的表面粗糙度值、能源損耗程度、經(jīng)濟(jì)成本慎重選擇壓力；其次影響較大的是靶距。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)的參數(shù)水平及優(yōu)化結(jié)果選擇了較優(yōu)的水平組合，即射流壓力P=230Mp，靶距S=5mm，進(jìn)給速度V=30mm/min，工件轉(zhuǎn)速N=10r/min。
　　 論文用回歸分析方法和matlab語(yǔ)言，建立了磨料水射流車切單晶硅片切縫寬度和表面粗糙度的預(yù)測(cè)模型．切縫寬度的預(yù)測(cè)模型為：lnW=703.718P