SPH方法的单晶硅激光辅助切削仿真与试验

作     者：黄分平 舒霞云 许伟静 常雪峰 HUANG Fenping;SHU Xiayun;XU Weijing;CHANG Xuefeng

作者机构：厦门理工学院机械与汽车工程学院福建厦门361021 集美大学海洋装备与机械工程学院福建厦门361021 

出 版 物：《金刚石与磨料磨具工程》 (Diamond & Abrasives Engineering)

年 卷 期：2023年第43卷第6期

页      面：727-734页

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 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(51875491)。 

主　　题：SPH 单晶硅 超精密切削 激光辅助 

摘      要：单晶硅加工过程中很容易产生细微裂纹,从而影响表面加工质量。激光辅助加工(laser-assisted machining,LAM)可以软化代加工区域,有效减小切削力,延长刀具寿命,提高表面加工质量。建立热力耦合的SPH模型,来模拟单晶硅激光辅助车削过程,在不同温度条件下,探究裂纹扩展损伤和切削应力以及转速和切深对表面粗糙度的影响,并通过LAM试验,验证仿真结果的准确性。结果表明:提高温度有利于单晶硅的塑性切削,随着切削域温度的增加刀具应力逐渐减小,300℃时的刀具应力较常温下降低了约50%,表面加工质量有明显提升;且600℃时的切屑为塑性流动锯齿线条,其塑性大幅度提高。切削时应选择较小的切削深度,低于4500 r/min的转速,单晶硅表面粗糙度S_(a)可在1.000 nm以下。