劉宇武

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晶振機械磨削與激光磨削性能對比試驗研究*

劉宇武

莆田市豐威電子實業(yè)有限公司

常規(guī)的晶振磨削無法改變晶振的化學屬性，而且對其表面的損傷程度較大，呈脆性裂紋狀。為此，科研人員針對晶振的物理屬性提出了機械磨削，針對其化學屬性提出了激光磨削，兩種不同的磨削方式，其性能也不相同。該文對兩種不同磨削的性能進行了分析，然后將兩種性能的對比設(shè)計了實驗。結(jié)果表明，在不改變晶振屬性的情況下，機械磨削更加適用，激光磨削更適合晶振化學性質(zhì)的改變。

晶振 機械磨削 激光磨削 性能對比

磨削是一種古老的制造技術(shù)，在世界各地被廣泛應(yīng)用，然而幾千年來，磨削性能一直處于較低的水平。隨著社會的進步，科學技術(shù)也在不斷發(fā)展，人們逐漸意識到高效的磨削效率給工業(yè)帶來的效益，并逐漸重視磨削的加工技術(shù)[1-2]。常規(guī)的晶振磨削在加工過程中，會造成晶振表面溫度升高，過高的溫度會造成其表面的損傷。德國磨削專家提出了高效深磨的理論[3]，基于此理論，筆者提出了晶振的機械磨削方法與激光磨削方法，并對兩種磨削方法進行了性能對比。實驗結(jié)果證明，機械磨削可以使晶振改變物理特性，而激光磨削可以改變晶振的化學屬性。

1 兩種磨削性能對晶振磨削的影響

1.1 晶振的機械磨削后性能變化分析

在晶振的加工程序中，不同的磨削方法所產(chǎn)生的性能也大不相同。

晶振的機械磨削是針對上架之后的程序進行自動化的調(diào)整，并降低頻率的偏差以滿足后續(xù)的加工要求。同時可以去除在磨削過程中出現(xiàn)的電極短路片不合格的音叉片。在晶振機械磨削的過程中，經(jīng)常檢測出機械振動的頻率數(shù)值與對抗阻力的數(shù)值，因此需要根據(jù)頻率的大小來決定晶振音叉兩側(cè)磨削的轉(zhuǎn)速，具體的能力指標如表1所示。

表1 晶振機械磨削性能

1.2 晶振的激光磨削后性能變化

晶振的激光磨削就是利用激光對組件的表面進行處理，其主要是對晶振進行淬火，提高晶振表面的硬度，從而改變晶振的磨削加工性能，其晶振屬性變化如式（1）所示。

當激光束掃射晶振的時候，其表面的溫度就會升高，晶振就會發(fā)生熔融的現(xiàn)象。但是隨著激光束的離開，其表面形成的熱量會迅速向內(nèi)部進行傳遞，從而達到淬火的效果。具體的能力指標如表2所示。

表2 晶振激光磨削性能

2 基于兩種磨削性能的對比試驗研究

2.1 材料的選取

在晶振磨削的實驗中，機械磨削選取的是某機械公司的超高速磨削機，采用的砂輪型號是CBN。而激光磨削選取的激光源是某公司的秒速脈沖的激光器，其波長可達到430nm，脈沖能量的最大值可達到1500mJ。為了滿足晶振加工環(huán)境的要求，選擇精密的實驗平臺來研究晶振機械磨削與激光磨削性能的對比。

2.2 方法

將晶振放置在三軸的數(shù)控精密的實驗平臺上，采用相同性能但還沒有結(jié)構(gòu)化的的晶振進行對比實驗。

首先使用型號為CBN砂輪的超高速磨削機對晶振進行機械磨削，其磨削的速度范圍在150～200m/s之間，磨削率可達到85%以上。超高速的磨削大大提高了單位時間內(nèi)晶振磨除的碎屑的體積，增加了晶振的密度，根據(jù)機械磨削的原理，分析出其摩擦的狀態(tài)可以由固態(tài)迅速變成液態(tài)，使晶振的壽命被延長。接下來使用波長為430nm、脈沖能量為1500mJ的秒速脈沖激光器對晶振進行激光磨削。

激光具有淬火的功能，可以在0.5s內(nèi)就能將晶振表面的溫度加熱到臨界點，無需其它的淬火介質(zhì)對晶振再次磨削。激光磨削不但對環(huán)境沒有污染，還會節(jié)約能源，對晶振的磨削效率提高具有較大的幫助。

2.3 結(jié)果分析

基于上述的實驗過程，性能對比結(jié)果如表3所示。

表3 晶振機械磨削與激光磨削的性能對比

從表3可以看出，與機械磨削方法相比，激光磨削方法具有以下幾個優(yōu)點：（1）激光磨削的速度快；（2）晶振表面的硬度變大；（3）修銳采取的是不接觸的形式，對晶振的磨損程度較小。

而機械磨削也具有自己的優(yōu)勢，其作用范圍比激光磨削的范圍更大，有利于大量晶振的共同磨削，并且受到外界干擾較小，而激光磨削會受到溫度、液體等因素的干擾，從而降低了晶振磨削的效率。雖然兩種磨削的方法都有各自的缺點，但是與常規(guī)的磨削方法相比，其性能、速度、磨削率等效果更佳。

由此得出結(jié)論：使用機械的磨削方法能夠大幅度提升晶振的磨削效率，降低成本投入，從而減小了磨削中晶振出現(xiàn)變形的危險，使磨削的精度提高；激光磨削方法不但減小了摩擦的作用，還細化了晶振的磨屑，從而大大提高了磨削的效率。在不改變晶振屬性的情況下，機械磨削更加適用，而激光磨削更適合晶振化學性質(zhì)的改變。

3 結(jié)論

隨著社會的不斷進步，市場對晶振的磨削方法提出了較高的要求。從機械磨削和激光磨削看，機械磨削的性能優(yōu)勢在于它能減少晶振在磨削過程中產(chǎn)生的熱量，從而避免了晶振被燒傷保障了組件的磨削質(zhì)量。而激光磨削的性能優(yōu)勢在于可以選擇連續(xù)型號的激光束來準確獲得修銳的效果，從而為晶振的磨削方法提供有效的手段。基于兩種不同性能的方法對比發(fā)現(xiàn)，機械磨削可以使晶振改變物理特性，而激光磨削可以改變晶振的化學屬性。每一種方法都有自己的優(yōu)勢，相信在不久的將來，晶振的磨削方式會越來越多，為我國的工業(yè)技術(shù)手段提供更多的支持。

[1]郭兵, 金錢余, 趙清亮,等. 表面結(jié)構(gòu)化砂輪磨削加工技術(shù)研究進展[J]. 哈爾濱工業(yè)大學學報, 2016, 48(7):1-13.

[2]丁偉. 冷沖模凹模大直徑圓孔磨削加工技術(shù)[J]. 制造技術(shù)與機床, 2016(3):130-132.

[3]閆如忠, 易濤, 陳冰冰,等. CBN高效深磨砂輪主軸的建模分析與實驗研究[J]. 機床與液壓, 2016, 44(18):19-25.

莆田市科技項目(2014G04)。