張　斌

(泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 泰州 225300)

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多層鍺矩形長條鋸切夾具設(shè)計(jì)

張斌

(泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 泰州 225300)

針對多層鍺矩形長條鋸切過程中分層的原因進(jìn)行了分析，提出了工件在整體受壓下利用金剛石線鋸進(jìn)行鋸切加工的解決方法，有效地消除了加工中的分層現(xiàn)象。設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡單的鋸切夾具，同時介紹了夾具結(jié)構(gòu)及工作過程。

多層鍺; 夾具; 分層

圖1所示是某研究所委托加工的直徑75mm的多層鍺圓毛坯。該毛坯由20片厚度0.4mm左右的圓形單晶鍺片壓制而成，層與層之間用錫進(jìn)行粘接，毛坯總厚度為8mm。其切割示意圖如圖2所示，按缺口所示的方向進(jìn)行定向切割，一個毛坯上切割出5個長50mm，寬10mm，厚8mm的多層鍺矩形長條。要求切割出的工件無破碎，層與層之間結(jié)合可靠，切割后不產(chǎn)生分層。

1　加工方案的確定及分層原因分析

1.1加工方案的確定

針對該產(chǎn)品的加工，初步擬訂了3種加工方案：

第一種加工方案是采用外圓金剛石鋸片進(jìn)行鋸切。但試切時發(fā)現(xiàn)，由于鍺為硬脆材料，在鋸片的振動及切入時的沖擊作用下，鍺片呈大面積的破碎，同時分層現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致生產(chǎn)無法繼續(xù)。另外受鋸片寬度的限制，鋸縫過寬，無法在同一個鍺圓上有效地鋸切出5個矩形長條。

第二種加工方案是采用WEDM技術(shù)對鍺圓進(jìn)行電火花線切割。電火花線切割的鋸縫窄，無切割力，能有效地減少鋸切過程中的破碎。但在試切過程中發(fā)現(xiàn)由于半導(dǎo)體鍺(Ge)放電加工中的表面鈍化效應(yīng)[1]，隨著加工時間的變長，加工電流變的越來越小，甚至使加工不能繼續(xù)進(jìn)行。且加工后的鍺表面條紋明顯，表面質(zhì)量不高。

第三種加工方案是利用固結(jié)金剛石線鋸技術(shù)進(jìn)行鋸切[2]。該方案切割的鋸縫窄，切割力小，試切后的工件表面光滑，但在鋸切工件時，分層現(xiàn)象仍時有發(fā)生。

對以上3種方案進(jìn)行綜合考慮，確定采用金剛石線鋸技術(shù)進(jìn)行多層鍺矩形長條的鋸切這一方案，但需解決分層問題。

1.2分層原因分析

利用金剛石線鋸技術(shù)對多層鍺圓進(jìn)行試鋸切時，發(fā)現(xiàn)分層現(xiàn)象不僅在鋸切過程中會出現(xiàn)，在鋸絲回退過程中也會出現(xiàn)。經(jīng)多次試切后分析，分層原因主要有以下幾個方面：

(1) 壓制不均勻。由于該工件毛坯是由多層圓形薄鍺片用錫粘接后壓制而成的，在壓制時，由于粘接劑的分布不均，導(dǎo)致部分區(qū)域粘接劑很少，層與層之間的結(jié)合力弱。這部分區(qū)域在受外部較小的力作用時易產(chǎn)生分層。

(2)受力不均勻。 鋸切過程中，鋸絲對加工區(qū)域處的工件材料施壓，加工區(qū)域外的工件不受力。同一層鍺片的受力不均勻使得層與層之間的作用力產(chǎn)生較大的波動而容易導(dǎo)致分層。

(3)鋸絲的振動撞擊。由于鋸絲的往復(fù)運(yùn)動，鋸絲的空間位置并不是固定不變的。鋸絲空間位置的振動，會對已加工的表面產(chǎn)生撞擊，當(dāng)撞擊產(chǎn)生的分離力大于層與層之間的結(jié)合力時，工件就會產(chǎn)生分層。

1.3解決措施

針對多層鍺矩形長條鋸切過程中產(chǎn)生分層的原因，采用專用夾具對多層鍺圓進(jìn)行軸向整體均勻加壓。這一措施一方面使得在鋸切過程中層與層之間的作用力保持不變，削除了由于作用力波動導(dǎo)致的分層；另一方面加強(qiáng)了層間的結(jié)合力，消除了壓制不均勻及鋸絲的振動對層間的作用力的影響。

同時，鍺在受壓狀態(tài)下加工時其裂紋擴(kuò)展規(guī)律發(fā)生改變[3]，表面不易出現(xiàn)裂紋，減少了鋸切過程中材料破碎的幾率。

2　夾具設(shè)計(jì)

2.1夾具結(jié)構(gòu)

該多層鍺矩形長條鋸切夾具的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由夾具主體、樹脂壓板、內(nèi)六角螺釘組成。夾具主體部分由一塊厚60mm的45鋼塊用線切割分兩次切割而成，切割過程中需保證夾具底面與側(cè)面的垂直度；鍺圓由3塊樹脂壓板及8個內(nèi)六角螺釘施壓夾緊。

2.2夾具工作過程

將已經(jīng)修平毛邊的多層鍺圓如圖3所示裝壓到夾具中，逐一擰緊內(nèi)六角螺釘，保證3塊樹脂壓板對工件的施壓均勻。然后，將夾具如圖4所示安裝在線切割工作臺的橫梁上，用壓板壓緊，一次裝夾完成長度方向2條切縫的切割。加工完成后取下夾具，將兩側(cè)的小樹脂壓板及切割下的邊緣鍺料取下。最后將夾具旋轉(zhuǎn)90°如圖5所示裝夾，完成寬度方向6條切縫的切割。

2.3加工效果

采用該夾具裝夾加工的工件，由于處于整體軸向均勻受壓狀態(tài)，加工過程中未出現(xiàn)分層現(xiàn)象。圖6所示的加工后的工件表面光潔，無肉眼可見的破碎崩邊，尺寸精度和幾何形狀精度都完全滿足產(chǎn)品的要求。

2.4裝夾時注意的問題

鍺片硬脆且薄，裝夾時稍有不慎易被壓碎。因此在鍺圓與金屬夾具體之間加1mm厚的橡膠墊片進(jìn)行柔性裝夾。裝夾時需保證螺釘?shù)氖┝鶆?，防止產(chǎn)生偏壓。裝夾力不能太大，否則橡膠墊片對鍺片的吸附力加大，會增加從夾具中取下工件的難度。

3　結(jié)語

該鋸切夾具結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，制造簡單，加工出的工件完全滿足產(chǎn)品加工要求，解決了加工分層的難題。同時，該夾具結(jié)構(gòu)也為同類型硬脆材料工件的加工提供了借鑒。

[1]吳春艷,陸亦工,高長水，等.半導(dǎo)體鍺(Ge)放電加工中的表面鈍化研究[J]. 中國儀器儀表，2015(2)：60-64.

[2]張?jiān)齐?張宇,嚴(yán)明，等.硬脆材料加工技術(shù)[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

[3]田欣利,徐西鵬,袁巨龍,等．工程陶瓷先進(jìn)加工與質(zhì)量控制技術(shù)[M]．北京: 國防工業(yè)出版社，2014．

[4]濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．8版.北京: 高等教育出版社，2005．

[5]李偉，譚豫之．機(jī)械制造工程學(xué)[M]．2版.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2013．

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Design of multilayer germanium rectangular bar sawing fixture

ZHANG Bin

(TaizhouPolytechnicCollege,Taizhou225300,CHN)

Analysisofthereasonsofthedelaminationintheprocessofmultilayergermaniumrectangularbarsawing,themethodusingdiamondwiresawcuttingtheoverallcompressionworkpiecehasbeenproposed,effectivelyeliminatesthephenomenonofdelamination.Simplestructuresawingfixtureisdesigned,thestructureandworkingprocessofthefixtureareintroducedatthesametime.

multilayergermanium;fixture;delamination

TH122

B

張斌，男，1975年生，工學(xué)碩士，副教授，研究方向?yàn)橛泊嗖牧系奶胤N加工技術(shù)，已發(fā)表論文10 余篇。

(編輯李靜)(2015-09-08)

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