Xx международная научно-техническая конференция и Российская научная школа молодых ученых и специалистов Системные проблемы надёжности

ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ КРЕМНИЯ Скоробогатов В.С., Данилов Ю. М., Пачевский В. М., Сычев И.В. (Воронежский государственный технический университет) Motivation mode shlifovaniya silicon. Skorobogatov V.S., Danilov Yu.M., Pachevskiy V. M., Sychev I.V. Увеличение объема выпуска полупроводниковых приборов требует совершенствования технологического процесса. Существен-ный резерв повышения эффективности производства и. качества изготовляемой продукции правильное назначение режимов резания на операциях механической обработки кремния. В связи с этим было исследовано влияние параметров режимов резания на производительность, шероховатость обработанной поверхности и удельный расход алмаза. Испытывались алмазные круги АПП 200 × 10 × 3 АСВ 100/80 М1-100%, которые в результате проведенных ранее исследований [1] показали минимальный удельный расход алмаза при удовлетвори-тельной производительности и обеспечивали требуемый класс шероховатости шлифованной поверхности. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra, мкм, изме-рялось на профилографе-профилометре блочной конструкции моде-ли 201 завода «Калибр». Удельный расход алмаза q, мг/г, устанавли-вался методом баз. Производительность процесса съема кремния Q, см3/ мин, получали измерением размеров образца до и после обрабо-тки. Время, затрачиваемое на перебег, исключалось из общего вре-мени шлифования. Исследовалось влияние следующих параметров режима резания: скорости круга VK, м/с, окружной скорости детали V d, м/мин, подачи на оборот детали So, мм/об и глубины шлифо-вания на ход стола станка t,мм/ход. В основу исследований положен метод полного факторного эксперимента, позволяющий количественно оценить влияние пара- метров режимов резания на показатели процесса шлифования кремния и получить высокую точность эмпирических зависимостей [2]. На основании имеющихся в литературе сведений, форму связи между указанными выше показателями процесса шлифования и параметрами режимов резания постулировали следующими математическими моделями: Ra = СR ∙ VK αR ∙ V d βR ∙ So γR ∙ tφR; (1) Q = СR ∙ VK αQ ∙ V d βQ ∙ So γQ ∙ tφQ,, (2) q = СR ∙ VK αq ∙ V d βq ∙ So γq ∙ tφq. (3) где С, α, β, γ, φ — определяемые коэффициент и показатели степени; индексы при α, β, γ, φ указывают на показатель процесса шлифова-ния. Прологарифмировав (1) ÷ (3), получим полиномы вида Y = b0 + b1 ∙ Х1 + b2 ∙ Х2 + b3 ∙ Х3 + b4 ∙ Х4. (4) Таблица 1 Режим резания Кодирование VK, м/с V d, м/мин Sо, мм/об t, мм Х1 Х2 Х3 Х4 18 20 2 0,01 — 1 — 1 —1 —1 27 46 3,2 0,017 0 0 0 0 40 70 5 0,03 + 1 +1 +1 +1 Для упрощения последующих расчетов параметры режимов шлифования закодированы по формулам преобразования, вид которых предложен в работе [2]. Х1 = ; Х2 = ; (5) Х3 = ; Х4 = . Уровни параметров режимов резания приведены в табл. 1. Для каждого показателя процесса шлифования методом наименьших квадратов определялись коэффициенты регрессии (4). В результате расчетов получаем следующие уравнения: Y1 = 0,25027 — 0,07885Х1 + 0,07925Х2 + 0,02848Х3 + 0,02164Х4; (6) Y2 = 0,8472 + 0,00967Х1 + 0,4016Х2 + 0,4415Х3 + 0,5407Х4; (7) Y3 = 2,541 + 0,9681 Х1 + 0,6831Х2 + 0,2230Х3 + 0,3674Х4. (8) где Y1, Y2, Y3,— расчетные значения показателей процесса шлифования в логарифмическом масштабе. Подставив в уравнения (6) ÷ (8) формулы преобразования и потенцируя, находим искомые зависимости показателей процесса алмазного шлифования кремния от параметров режимов резания в общем виде: Ra = , мкм; (9) Q = 1,025 ∙ VK 0,024 ∙ V d 0,948 ∙ So 0,964 ∙ t 0,984, см3/мин; (10) q = 5 ∙10-6 ∙VK 2,42 ∙ V d 1,61 ∙ So 0,5 ∙ t0,67, мг/г. (11) Адекватность полученных зависимостей оцениваем статисти-кой Фишера [3] F = S / S. (12) Дисперсионные отношения для уравнений (6) ÷ (8) соответственно равны 0,76; 1,9; 5,91. Табулированное значение FTa6 = 8,7 для исследуемых уравнений при уровне значимости 0,05 дано в работе [3]. Расчетные значения меньше табулированного значения, следовательно, уравнения (6) ÷ (8) адекватно представляют результаты экспериментов. Расчеты точностей полученных уравнений, оцененные по формуле, предложенной в работе [3], показали высокую точность полученных зависимостей. Из анализа уравнений (6) ÷ (8) следует, что увеличение глубины шлифования незначительно влияет на среднее арифметическое отклонение профиля и удельный расход алмаза. Учитывая жесткость и мощность средних шлифовальных станков, рекомендуем ее 0,03 мм/ход, так как при более высокой глубине резания резко возрастает мощность на шлифование. На рис. 1 изображено пересечение плоскости требуемой шероховатости обработанной поверхности, соответствующей 7а классу, плоскостями, соответствующими удельному расходу алмаза 0,025 мг/г; 0,05 мг/г; 01 мг/г; 0,2 мг/г; 0,4 мг/г. Рис. 1. Наложение плоскостей удельного расхода алмаза на плоскость шероховатости обработанной поверхности Плоскость, соответствующая удельному расходу алмаза 0,4 мг/г, пересекает плоскость среднего арифметического отклонения профиля 1,25 мкм по линии АВ. Точки, расположенные на этой линии, имеют равный удельный расход и шероховатость, но различную производительность. Рис. 2. Наложение плоскостей производительности съема материала на плоскость шероховатости обработанной поверхности На рис. 2 плоскость Ra = 1,25 мкм в точке А пересекает плоскость производительностью, равной, 6,17 см3/мин, а в точке В производительностью 3,39 см3/мин. Следовательно, в точке А производительность в 1,82 больше, чем в точке В при прочих равных условиях. Обозначены и другие характерные точки L, Т, М, К, D, имеющие соответственно производительность 5,27; 2,92; 2,87; 2,05; 1,81; 1,74 см3/мин (см. рис. 1). При шероховатости поверхности 7а класса максимальной производительностью обладает точка А, которой соответствует режим шлифования: VK = 40 м/сек; Vд = 45,8 м/мин; So = 5 мм/об; t = 0,03 мм/ход. В пределах исследованных режимов резания (см. рис. 1) максимальная производительность процесса, равная 9,4 см3/мин, соответствует точке С, а минимальная 0,58 см3/мин. Максимальная шероховатость поверхности, равная 1,58 мкм, наблюдается при режимах обработки, соответствующих точке N, а минимальная — 1,05 мкм. Экономические расчеты подтвердили, что в пределах прове-денных исследований для получения обработанной поверхности 7а; класса оптимальный режим соответствует точке А (см. рис. 1 и 2). Литература 1. Данилов Ю. М. Испытание алмазных кругов на износостой-кость при шлифовании кремния и кварца. Межвузовский сборник «Производительная обработка материалов», вып. 1, Воронеж, 1973. 2. By. Испытания стойкости инструмента по методу характе-ристических поверхностей.— Тр. американского о-ва инженеров-механиков, серия В, 1964, № 2. 3. Налимов В. В., Чернова Н. А. Статистические методы пла-нирования экстремальных экспериментов. М.., «Наука», 1965. ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ КВАРЦА Скоробогатов В.С., Данилов Ю. М., Пачевский В. М., Сычев И.В. (Воронежский государственный технический университет) Motivation mode shlifovaniya quartz. Skorobogatov V.S., Danilov Yu.M., Pachevskiy V. M., Sychev I.V. Выпуск надежных и долговечных кварцевых резонаторов требует совершенствования технологического процесса. Для повы-шения эффективности производства и качества изготовляемой про-дукции необходимо правильное назначение режимов резания на операциях механической обработки кварца. В связи с этим было исследовано влияние параметров режимов резания на производительность, шероховатость обработанной поверхности и удельный расход алмаза при алмазном шлифовании кварца. Испытывались алмазные круги АПП 200 × 10 × 3 АСВ 100/80 М1-100%, которые в результате проведенных ранее исследований [1], показали минимальный удельный расход алмаза при удовлетворительной производительности и обеспечивали требуемый класс шероховатости шлифованной поверхности. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra, мкм, изме-рялось на профилографе-профилометре блочной конструкции моде-ли 201 завода «Калибр». Удельный расход алмаза q, мг/г, устанавли-вался методом баз. Производительность процесса съема кварца Q, см3/ мин, получали измерением размеров образца до и после обрабо-тки. Время, затрачиваемое на перебег, исключалось из общего вре-мени шлифования. Исследовалось влияние следующих параметров режима резания: скорости круга VK, м/с, окружной скорости детали V d, м/мин, подачи на оборот детали So, мм/об и глубины шлифо-вания на ход стола станка t,мм/ход. В основу исследований положен метод полного факторного эксперимента, позволяющий количественно оценить влияние пара- метров режимов резания на показатели процесса шлифования кварца и получить высокую точность эмпирических зависимостей [2]. На основании имеющихся в литературе сведений, форму связи между указанными выше показателями процесса шлифования и параметрами режимов резания постулировали следующими математическими моделями: Ra = СR ∙ VK αR ∙ V d βR ∙ So γR ∙ tφR; (1) Q = СR ∙ VK αQ ∙ V d βQ ∙ So γQ ∙ tφQ,, (2) q = СR ∙ VK αq ∙ V d βq ∙ So γq ∙ tφq. (3) где С, α, β, γ, φ — определяемые коэффициент и показатели степени; индексы при α, β, γ, φ указывают на показатель процесса шлифова-ния. Таблица 1 Режим резания Кодирование VK, м/с V d, м/мин Sо, мм/об t, мм Х1 Х2 Х3 Х4 18 45 2 0,01 — 1 — 1 —1 —1 27 59 3,2 0,017 0 0 0 0 40 77 5 0,03 + 1 +1 +1 +1 Прологарифмировав (1) ÷ (3), получим полиномы вида Y = b0 + b1 ∙ Х1 + b2 ∙ Х2 + b3 ∙ Х3 + b4 ∙ Х4. (4) Для упрощения последующих расчетов параметры режимов шлифования закодированы по формулам преобразования, вид которых предложен в работе [2]. Х1 = ; Х2 = ; (5) Х3 = ; Х4 = . Уровни параметров режимов резания приведены в табл. 1. Для каждого показателя процесса шлифования методом наименьших квадратов определялись коэффициенты регрессии (4). В результате расчетов получены следующие уравнения: Y1 = 0,352345 - 0,06265625Х1 + 0,04981857Х2 + 0,07336857Х3 + + 0,01936875Х4; (6) Y2 =1,1551 + 0,0097Х1 + 0,2492Х2 + 0,44263 + 0,5389Х4; (7) Y3 = - 3,1768 + 0,3967 Х1 + 0,2942Х2 + 0,4768Х3 + 0,08496Х4. (8) где Y1, Y2, Y3,— расчетные значения показателей процесса шлифова-ния в логарифмическом масштабе. Подставив в уравнения (6) ÷ (8) формулы преобразования и потенцируя, находим искомые зависимости показателей процесса алмазного шлифования кварца от параметров режимов резания в общем виде: Ra = , мкм; (9) Q = 1,1735 ∙ VK 0,024 ∙ V d 0,928 ∙ So 0,966 ∙ t 0,981, см3/мин; (10) q = 78 ∙10-3 ∙VK 0,99 ∙ V d- 1,09 ∙ So 1,04 ∙ t0,15, мг/г. (11) Адекватность полученных зависимостей оцениваем статисти-кой Фишера [3] F = S / S. (12) Рис. 1. Наложение плоскостей удельного расхода алмаза на плоскость шероховатости обработанной поверхности Дисперсионные отношения для уравнений (6) ÷ (8) соответственно равны 5,6; 2,46; 1,2. Табулированное значение FTa6 = 8,7 для исследуемых уравнений при уровне значимости 0,05 дано в работе [3]. Расчетные значения меньше табулированного значения, следовательно, уравнения (6) ÷ (8) адекватно представляют резуль-таты экспериментов. Оптимизация режимов шлифования кварца производилась по-строением характеристических поверхностей (рис.1 и 2). На рис.1 в логарифмическом масштабе изображено пересече-ние плоскости требуемой шероховатости обработанной поверхности ( Rа = I,25 мкм ) плоскостями удельного расхода алмаза 0,043бмг/г; 0,0453 мг/г; 0,0716 мг/г. На рис. 2 в логарифмическом масштаба построены плоскости производительности съема кварца, равные 3,44 см3/мин и 3,31 см3/мин, которые пересекают плоскость требуемого 7а класса шеро-ховатости обработанной поверхности. На этом же рисунке для оцен-ки влияния параметров режимов резания на изменение среднеариф-метического отклонения профиля имеется плоскость Ra = 1,60 мкм. Рис. 2. Наложение плоскостей производительности съема материала на плоскость шероховатости обработанной поверхности В пределах исследуемых режимов шлифования удельный рас-ход алмаза изменяется от 0,012 мг/г до 0,151 мг/г. Наибольшее среднеарифметическое отклонение профиля 1,71 мкм (режим, соответствующий точке М), а наименьшее - 1,21 мкм. Наибольшая производительность процесса 10,62 см3/мин (режим, соответствующий точке D), а наименьшая - 0,88 см3/мин. Расчеты показали, что экономический эффект от повышения производительности перекрывает затраты на износ алмазного инс-трумента. Для обеспечения шероховатости поверхности 7а класса в пределах произведенных исследований оптимальным является ре-жим, соответствующий точке В (рис.1 и 2): VK = 40 м/сек; Vd = 45 м/мин; So = 2,54 мм/об; t = 0,03 мм/ход. При этом режиме удельный расход алмаза 0,0716 мг/г и производительность процесса 3,44 см3 /мин. Литература 1. Данилов Ю. М. Испытание алмазных кругов на износостой-кость при шлифовании кремния и кварца. Межвузовский сборник «Производительная обработка материалов», вып. 1, Воронеж, 1973. 2. By. Испытания стойкости инструмента по методу характе-ристических поверхностей.— Тр. американского о-ва инженеров-механиков, серия В, 1964, № 2. 3. Налимов В. В., Чернова Н. А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.., «Наука», 1965.

Похожие:

	Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов...		Xх І і международная научно-практическая конференция для студентов,... Хіі международная научно-практическая конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых
	Xх І і международная научно-практическая конференция для студентов,... Хіі международная научно-практическая конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых		Xvi международная научно-практическая конференция студентов и молодых... Общества Электронных приборов (eds) Института электро- и радиоинженеров (ieee,usa) на базе Томского политехнического университета...
	Вторая международная молодежная научная конференция (форум) молодых... Ссионального образования «Башкирский государственный аграрный университет» (Башкирский гау) проводит Вторую международную молодежную...		Ххiіі международная научно-практическая конференция молодых ученых и студентов Совет студенческого научного общества Национального фармацевтического университета приглашают Вас принять участие в ХХIІІ международной...
	Международная научная конференция студентов и молодых ученых на английском языке Конференции студентов и молодых ученых на английском языке «Актуальные вопросы медицины», которая состоится 28 апреля 2015 года в...		V международная молодежная научная конференция «Актуальные проблемы... Представлены материалы конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики», прошедшей...
	Рассказов Д. А. 21 Хіі международная научно-практическая конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых		Межвузовская научная конференция студентов и молодых ученых с международным... Межвузовская научная конференция студентов и молодых ученых с международным участием на английском языке