CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

金属结合剂金刚石砂轮表面微槽的激光修整技术

郭泫洋 徐钰淳 曹剑锋 朱建辉 赵延军 赵金伟 师超钰

郭泫洋, 徐钰淳, 曹剑锋, 朱建辉, 赵延军, 赵金伟, 师超钰. 金属结合剂金刚石砂轮表面微槽的激光修整技术[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(3): 364-372. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3006
引用本文: 郭泫洋, 徐钰淳, 曹剑锋, 朱建辉, 赵延军, 赵金伟, 师超钰. 金属结合剂金刚石砂轮表面微槽的激光修整技术[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(3): 364-372. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3006
GUO Xuanyang, XU Yuchun, CAO Jianfeng, ZHU Jianhui, ZHAO Yanjun, ZHAO Jinwei, SHI Chaoyu. Laser dressing technology for micro-grooves on the surface of metal-bonded diamond wheels[J]. Diamond &Abrasives Engineering, 2022, 42(3): 364-372. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3006
Citation: GUO Xuanyang, XU Yuchun, CAO Jianfeng, ZHU Jianhui, ZHAO Yanjun, ZHAO Jinwei, SHI Chaoyu. Laser dressing technology for micro-grooves on the surface of metal-bonded diamond wheels[J]. Diamond &Abrasives Engineering, 2022, 42(3): 364-372. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3006

金属结合剂金刚石砂轮表面微槽的激光修整技术

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3006
详细信息
    作者简介:

    郭泫洋,男,1991年生,工程师。主要研究方向:精密磨削技术。E-mail: xuanyang-guo@foxmail.com

  • 中图分类号: TQ164; TG74; TG58

Laser dressing technology for micro-grooves on the surface of metal-bonded diamond wheels

  • 摘要: 针对金属结合剂金刚石砂轮表面微槽修整困难的问题,采用红外纳秒激光器开展修整试验,探究激光功率、脉冲重复频率、激光烧蚀时间等因素对其材料去除的影响规律,并对U型和V型2种砂轮微槽提出梯度步进激光修整工艺。结果表明:修整后的砂轮微槽实际轮廓与设计轮廓对比,其顶部和底部实际宽度相对误差的绝对值最大为4.4%,实际深度相对误差的绝对值最大为9.6%。用修整后的砂轮V型微槽对直径为4英寸(10.16 cm)的蓝宝石晶圆边缘进行倒角,晶圆锐利的边缘被修整成规则形状,边缘轮廓对称度良好,且与激光修整后砂轮表面的微槽轮廓一致,验证了金属结合剂金刚石砂轮表面微槽激光成型修整的可行性。

     

  • 图  1  激光光斑运动轨迹

    Figure  1.  Laser spot trajectory

    图  2  光斑重叠示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of spot overlap

    图  3  激光修整方法示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of laser dressing method

    图  4  微槽深度随激光平均功率变化的趋势

    Figure  4.  Variation trend of micro-groove depths with average laser powers

    图  5  不同平均功率下的槽深梯度变化

    Figure  5.  Variation of groove depth gradient under different average power

    图  6  不同平均功率下槽深随烧蚀时间的变化

    Figure  6.  Variation of micro-groove depths with ablation times under different average powers

    图  7  不同烧蚀时间下的微槽形貌

    Figure  7.  Micro-groove morphology under different ablation time

    图  8  微槽深度随脉冲重复频率变化的趋势

    Figure  8.  Trend of micro-groove depths with pulse repetition frequencies

    图  10  2种微槽尺寸

    Figure  10.  Two micro-groove sizes

    图  11  梯形步进修整示意图

    Figure  11.  Schematic diagram of trapezoidal stepping dressing

    图  12  微槽检测结果

    Figure  12.  Micro-groove detection results

    图  13  U型微槽轮廓的阶梯式变化

    Figure  13.  Stepped change of U-shaped micro-groove profile

    图  14  V型微槽轮廓

    Figure  14.  V-shaped micro-groove profile

    图  15  蓝宝石晶圆的边缘截面图

    Figure  15.  Edge cross-section of sapphire wafer

    表  1  激光修整试验参数

    Table  1.   Parameters of laser dressing test

    脉冲重复频率 f / kHz20~200
    激光平均功率 P / W20~50
    激光扫描速度 vl / (mm·s−1)750
    砂轮线速度 vf / (mm·s−1)11
    烧蚀时间 t / min1~5
    烧蚀线宽 l / μm300
    下载: 导出CSV

    表  2  2种砂轮槽型修整方案

    Table  2.   Dressing schemes of two grinding wheel grooves

    烧蚀步数U型槽V型槽
    烧蚀线宽
    l / μm
    烧蚀时间
    t / min
    烧蚀线宽
    l / μm
    烧蚀时间
    t / min
    160013001
    245012001
    330011001
    下载: 导出CSV

    表  3  实际修整槽尺寸及相对误差

    Table  3.   Dimension and relative error of actual dressing groove

    槽型槽编号顶部设计槽宽
    L1 / μm
    顶部实际槽宽
    L2 / μm
    相对误差
    δ1 / %
    底部设计槽宽
    L3 / μm
    底部实际槽宽
    L4 / μm
    相对误差
    δ2 / %
    设计槽深
    h1 / μm
    实际槽深
    h2 / μm
    相对误差
    δ3 / %
    U型槽U1650635−2.3380373−1.8250234−6.4
    U2640−1.5369−2.9230−8.0
    U3640−1.5375−1.3235−6.0
    U46550.8377−0.8230−8.0
    V型槽V1350335−4.31801821.12614.4
    V2335−4.3176−2.22749.6
    V3345−1.51852.8239−4.4
    V4345−1.5172−4.4249−0.4
    下载: 导出CSV

    表  4  蓝宝石及设备工艺参数

    Table  4.   Sapphire and equipment process parameters

    参数类型或取值
    4英寸晶圆直径 D / cm10.16
    晶圆厚度 H / μm 300
    晶圆晶向 C(0001)面
    倒角设备 东京精密晶圆倒角机床W−GM
    主轴转速 n / ( r·min−1) 2 000
    吸盘转速 v / (mm·s−1) 6
    一次切入量 d1 / μm 50
    下载: 导出CSV
  • [1] 安瑞阳, 蔡丽艳, 苏冰, 等. 改善200 mm晶圆边缘加工产能的工艺研究 [J]. 材料科学,2020,10(9):794-798. doi: 10.12677/MS.2020.109094

    AN Ruiyang, CAI Liyan, SU Bing, et al. Process research to improve the edge processing capacity of 200 mm wafers [J]. Material Sciences,2020,10(9):794-798. doi: 10.12677/MS.2020.109094
    [2] 庄司克雄. 磨削加工技术 [M]. 郭隐彪, 王振忠, 译. 北京: 机械工业出版社, 2007.

    SYOJI Katsuo. Grinding technology [M]. Translated by GUO Yinbiao, WANG Zhenzhong. Beijing: China Machine Press, 2007.
    [3] 范红伟, 袁巨龙, 吕冰海, 等. 金属结合剂砂轮的研究与发展 [J]. 航空精密制造技术, 2010, 46(4): 38-41.

    FAN Hongwei, YUAN Julong, LYU Binghai, et al. Progress and prospect metal bonded grinding wheel [J]. Aviation Precision Manufacturing Technology, 2010, 46(4): 38-41.
    [4] 陈海深, 张喜平. 金属结合剂金刚石成型砂轮电火花修整方法研究 [J]. 工具技术,2015,49(6):25-29. doi: 10.3969/j.issn.1000-7008.2015.06.006

    CHEN Haishen, ZHANG Xiping. Study on EDM dressing method of metal bond matrix diamond grinding wheel [J]. Tool Engineering,2015,49(6):25-29. doi: 10.3969/j.issn.1000-7008.2015.06.006
    [5] 焦峰, 李成龙, 牛赢, 等. 砂轮修整技术研究现状与展望 [J]. 中国机械工程,2021(3):1-16.

    JIAO Feng, LI Chenglong, NIU Ying, et al. Review and prospect of grinding wheel dressing technique [J]. China Mechanical Engineering,2021(3):1-16.
    [6] 何广川. 浅谈激光加工技术的现状及发展 [J]. 现代制造技术与装备,2020,56(10):160-161. doi: 10.3969/j.issn.1673-5587.2020.10.069

    HE Guangchuan. The present situation and development of laser processing technology [J]. Modern Manufacturing Technology and Equipment,2020,56(10):160-161. doi: 10.3969/j.issn.1673-5587.2020.10.069
    [7] 胡晓冬, 李元龙, 白少状, 等. 激光在材料去除加工中应用的研究进展 [J]. 激光与光电子学进展,2020(7):1-16.

    HU Xiaodong, LI Yuanlong, BAI Shaozhuang, et al. Research progress of laser application in material removal [J]. Laser & Optoelectronics Progress,2020(7):1-16.
    [8] 杜洋, 赵凯, 朱忠良, 等. 超快激光精密制造技术的研究与应用 [J]. 激光与红外,2020(12):1419-1425. doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2020.12.001

    DU Yang, ZHAO Kai, ZHU Zhongliang, et al. Research and application of ultrafast laser precision manufacturing technology [J]. Laser & Infrared,2020(12):1419-1425. doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2020.12.001
    [9] 江海河. 激光加工技术应用的发展及展望 [J]. 光电子技术与信息,2001(4):1-12.

    JIANG Haihe. Development and forecast of the laser processing technology application [J]. Optoelectronic Technology & Information,2001(4):1-12.
    [10] HOSOKAWA A, UEDA T, YUNOKI T. Laser dressing of metal bonded diamond wheel [J]. CIRP Annals Manufacturing Technology,2006,55(1):329-332. doi: 10.1016/S0007-8506(07)60428-4
    [11] ADRIAN H A, ALESSANDRO F, FILIPPO Z, et al. Pulsed laser profiling of grinding wheels at normal and quasi-tangential incidence [J]. Lasers in Manufacturing & Materials Processing,2016(3):158-173.
    [12] 陈根余, 陈冲, 卜纯, 等. 激光在线修整青铜金刚石砂轮数值仿真与试验 [J]. 激光技术,2012,36(4):433-437. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.04.001

    CHEN Genyu, CHEN Chong, BU Chun, et al. Numerical simulation and experiment for on-line truing and dressing of bronze-bonded diamond grinding wheels with laser [J]. Laser Technology,2012,36(4):433-437. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.04.001
    [13] 陈根余, 周兴才, 周聪, 等. 树脂结合剂CBN砂轮光纤激光径向修锐及磨削实验研究 [J]. 中国激光,2015,42(2):124-131.

    CHEN Genyu, ZHOU Xingcai, ZHOU Cong, et al. Experimental research on fiber laser radial sharpening of resin-bonded CBN grinding wheels and grinding characteristics [J]. Chinese Journal of Lasers,2015,42(2):124-131.
    [14] SHANKAR U, BABU N R. A model for predicting the geometry of crater on grinding wheel surface ablated with a single pulsed laser [J]. Procedia Manufacturing,2018,26:509-520. doi: 10.1016/j.promfg.2018.07.060
    [15] 刘健平, 陈根余, 周聪, 等. V形凹面青铜金刚石砂轮脉冲激光修整试验研究 [J]. 应用激光,2017,37(4):557-562.

    LIU Jianping, CHEN Genyu, ZHOU Cong, et al. Experimental study on pulsed laser dressing bronze diamond wheel V-shaped concave surfaces [J]. Applied Laser,2017,37(4):557-562.
    [16] CHANG J J, WARNER B E, DRAGON E P, et al. Precision micromachining with pulsed green lasers [J]. Journal of Laser Applications,1998,10(6):285-291. doi: 10.2351/1.521863
  • 加载中
图(14) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  152
  • HTML全文浏览量:  25
  • PDF下载量:  23
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-06
  • 修回日期:  2022-03-04

目录

    /

    返回文章
    返回