【摘 要】
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单晶硅由于其独特的物理化学性质,在集成电路（IC）、微机电系统（MEMS）、先进的红外光学和光电等领域有着广泛的应用,包括热成像透镜、光伏电池等。由于其固有特性如断裂韧性低、硬度高、弹性模量高、脆性高等,单晶硅属于一种典型难加工的硬脆材料。一维振动切削是一种有前景能加工脆性材料的技术,能显著提高脆性材料临界切削深度。在单晶硅的一维振动加工前能提前预测临界切削深度然将有效提高加工效率,而在脆性材料的
【基金项目】
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武汉市科技计划项目:“高精度微织构光学模具超精密制造研究”（项目编号:2019010701011400）
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单晶硅由于其独特的物理化学性质,在集成电路（IC）、微机电系统（MEMS）、先进的红外光学和光电等领域有着广泛的应用,包括热成像透镜、光伏电池等。由于其固有特性如断裂韧性低、硬度高、弹性模量高、脆性高等,单晶硅属于一种典型难加工的硬脆材料。一维振动切削是一种有前景能加工脆性材料的技术,能显著提高脆性材料临界切削深度。在单晶硅的一维振动加工前能提前预测临界切削深度然将有效提高加工效率,而在脆性材料的一维振动加工中,临界切削深度与名义切削速度之间的关系亟待理解。本文建立了一个单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度能量预测模型,并通过单晶硅沟槽实验得到的临界切削深度值验证模型的正确性。本文围绕单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度能量预测模型,对单晶硅塑性模式和脆性模式切削过程消耗切削能量的组成部分分别进行理论分析并建立数学模型,然后使用MATLAB?分别绘制塑性模式和脆性模式消耗比切削能关于切削深度的函数曲线,最终联立分析两条比切削能随切削深度的变化曲线,得到单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度预测值。针对单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度能量预测模型的验证,分别设计了两组单晶硅普通沟槽切削实验和一维振动沟槽切削实验。通过白光干涉仪观测和测量沟槽切削后的单晶硅工件,得到单晶硅脆塑转变临界切削深度的测量值,并与脆塑转变临界切削深度能量预测模型的预测值对比。结果表明,预测结果与实验结果比较吻合,理论模型能够很好地模拟实验结果的变化趋势,预测误差小于10%。综上所述,单晶硅一维振动切削脆塑转变临界切削深度能量预测模型是一个能有效预测单晶硅脆塑转变临界切削深度的数值模型。该模型能在单晶硅一维振动高效加工中起到指导作用,并能推广到其他硬脆材料的脆塑转变临界切削深度预测中。
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