多线切割机关键问题研究与模拟仿真

作     者：肖丰乐 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李立州

授予年度：2014年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：自由磨粒多线切割机 冲击模拟 模态分析 

摘      要：太阳能发电是解决全球能源危机的有效途径，电子信息产业是改变人类生活方式强有力的助推器，硅晶片作为电子信息产业和光伏产业的基底元件需求旺盛，传统的硅片切割技术已经不能满足市场对其产量和质量的要求。目前，具有切割直径大、出片率高、切口损耗少、切片表面质量好等优点的多线切割机已经成为硅片切割领域的主流，然而多线切割机的关键技术多年来一直掌握在发达国家手中，因此研究多线切割机的关键技术开发我国自主知识产权的的多线切割机成为我国掌握产业主动权的迫切需要。 本文对自由磨粒多线切割加工机理进行了研究，认为在切割区域内由于流体动压效应的存在，砂浆中碳化硅磨粒对硅晶体表面的反复碰撞而导致的材料去除不可忽视。建立了单磨粒对硅晶体表面的冲击模型，利用有限元分析软件模拟了不同形状、不同大小的磨粒在相同速度下对硅晶体表面冲击所产生的应力，结果证明：在相同条件下，大小不同的球形磨粒对靶材的冲击力有明显的差异，磨粒直径越大对靶材的冲击力越大;不同形状的磨粒对靶材造成的的最大冲击力也不尽相同，正方体要比球体的大。较大的冲击力有利于材料的去除，所以带有尖角的磨粒要比光滑磨粒具有更好的切削效率。 研究了切割线直径、振动对切割过程的影响，建立了切割线的振动模型，分析了切割线张力、速度、振幅之间的关系，进行了带预应力的切割线模态分析，结果显示：较小的切割线直径可以减少材料的切割损失，降低切割机的设计要求;在切割过程中，切割线保持较高的张力和较快的走丝速度可以得到更加稳定可靠的切割质量，进而提高硅晶片加工的表面质量。