蓝宝石线锯切割中的材料损失研究

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蓝宝石材料因为本身优异的特性使其得到广泛的应用,目前蓝宝石的市场需求量越来越大,减少加工损失、提高材料的利用率是蓝宝石发展的关键之一。切片加工是蓝宝石由棒材变成晶片根本性的第一道工序,同时也是材料损失最严重的一道工序,它的加工质量也直接影响了后续工序。  本论文对蓝宝石切片过程中的材料损失进行了系统的研究。利用金刚石线切割机床对蓝宝石进行了加工,采用扫描电子显微镜对锯缝宽度进行了观测,用白光干涉三维光学轮廓仪、粗糙度仪对锯切表面的表面波动进行了观测,采用离子减薄技术对亚表面裂纹进行观测。通过对金刚石线切割蓝宝石后锯缝宽度、表面波动、亚表面损伤三部分的观测来综合地判定不同的工艺参数对材料损失的影响。同时,自行搭建了锯线振动检测平台,对不同工艺参数下锯切过程中的锯线振动信号进行了跟踪检测,并在此基础上讨论了锯线振动对蓝宝石线切割过程中材料损失的影响。论文的主要研究成果概括如下:  1、蓝宝石线锯切割中的材料损失包括锯缝宽度、表面波动、亚表面损伤三个部分,锯缝宽度造成的材料损失占材料总损失比例最高,约占73%,表面波动次之,约占25%,亚表面损伤所占比例较小,约占2%。  2、锯缝宽度的变化主要受到线速度和张紧力的影响,进给速度对其无规律性影响。线速度的提高可有效减小加工表面波动,张紧力与进给速度对加工表面波动的影响较小。  3、线锯切割过程中,锯线的振动幅值主要受到张紧力的影响,线的进口端振幅会明显大于出口端振幅,这表明线锯切割过程中,锯线振幅受到工件的约束而减小。  4、切割过程中,锯线的振动低频信号是导轮引起的强迫振动,它仅随线速度的增大而增大。振动的高频信号与锯线的固有频率有关。工件的约束改变了锯线的固有频率。  5、金刚石线切割过程中,工艺参数对锯线的振动幅值以及其它锯缝损失值有着相似的影响规律,并且两者在数值上也比较接近。由此表明锯缝材料损失是锯线线径和锯线振动综合作用的结果。  本论文的研究为蓝宝石线切割加工过程中的优化锯切工艺、减小材料损失、综合提高线锯切割加工技术水平提供参考依据。
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