固结金刚石磨粒线锯加工过程中的振动研究

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固结金刚石磨粒线锯加工技术是单晶片加工的关键工序,如果半导体晶片切割后,表面粗糙度低、表面损伤层小,则可以显著提高后续工艺的效率和降低加工成本。而金刚石线锯振动对切割晶片表面影响显著,因此本文从弦线振动理论入手,通过理论和实验分析线锯加工的动态特性,构建并验证线锯加工的振动模型,从而为线锯振动与表面形貌作用机理的研究奠定基础。  在线性振动理论方面,应用牛顿动力学的方法建立了具有黏性阻尼的轴向运动弦线振动偏微分方程,分别用模态叠加法与数值差分法推导出解析解与数值解,并通过仿真得到了弦线自由振动数值解与解析解的幅值误差不超过3.3%的空间步长,在此步长条件下求解了弦线的受迫振动,分析了其受迫振动的频率成分。在非线性振动理论方面,应用多尺度法研究了轴向变速弦线非线性振动偏微分方程,通过推导得出其稳态响应,并研究了其参数倍频共振现象,探讨了其二次倍频共振现象存在的参数取值范围,得出了轴向运动弦线稳态响应的幅值随弦线的轴向运动速度及速度变化幅值参数的增大而增大。  针对固结金刚石线锯加工设备的实际工况,建立了金刚石线锯加工的再生型颤振模型,绘制出线锯颤振稳定性Lobe图,获得了线锯颤振稳定的边界条件,同时分析了主要结构参数对线锯颤振稳定的影响规律,增加线锯线密度、金刚石磨粒间距、线锯固有频率、减小阻尼系数或减小金刚石磨粒法向力系数均会降低线锯颤振不稳定性。  通过实验验证了线锯加工的振动模型,实验结果显示了主要工艺参数对线锯振动的影响,在现有的工况下,轴向运动速度、工件的进给速度以及线锯两端的张紧力三者中张紧力对线锯振动影响显著,因此需要对线锯内张力进行主动控制,以进一步提高晶片加工质量和切割效率。
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