激光辅助金刚石车削单晶硅的温度场建模及加工试验

作     者：许伟静 舒霞云 申昆明 黄分平 常雪峰 Xu Weijing;Shu Xiayun;Shen Kunming;Huang Fenping;Chang Xuefeng

作者机构：厦门理工学院精密驱动与传动福建省高校重点实验室福建厦门361024 集美大学海洋装备与机械工程学院福建厦门361024 

出 版 物：《应用激光》 (Applied Laser)

年 卷 期：2022年第42卷第11期

页      面：37-49页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51875491) 厦门市科技计划项目(3502Z20183049)。 

主　　题：激光辅助加工 单晶硅 温度场仿真 表面质量 

摘      要：以激光辅助条件下单晶硅的金刚石车削为对象,建立了激光辅助加热的温度场模型,利用COMSOL软件模拟得到单晶硅表面及亚表面的温度场分布;结合激光辅助加热的单晶硅表面测温试验,与温度场仿真结果进行了对比验证;最后开展了单晶硅激光辅助金刚石车削试验,研究进给量和背吃刀量一定的条件下,激光功率和主轴转速对切削力、表面粗糙度、切屑形态及刀具磨损的影响。结果表明,主轴转速为2000 r/min、激光功率32~40 W时,表面温度达到脆塑转变温度,500℃以上的亚表面传热深度超过6.8μm;激光软化材料效果受功率和主轴转速共同影响,随着激光功率增加和主轴转速降低,单晶硅加工性能和表面质量提升,刀具磨损降低,但激光功率达48 W时,加工热损伤导致单晶硅表面粗糙度大幅增加;激光功率40 W、主轴转速2000 r/min条件下,单晶硅表面粗糙度最低可达3 nm。