单晶硅放电蚀除机理研究及有限元分析

中国机械工程 ›› 2010, Vol. 21 ›› Issue (7): 847-851.

单晶硅放电蚀除机理研究及有限元分析

李健;刘志东;邱明波;田宗军;汪炜

南京航空航天大学,南京,210016

出版日期:2010-04-10 发布日期:2010-04-16
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(50975142)；江苏省工业支撑计划资助项目(BE2009161)
National Natural Science Foundation of China（No. 50975142）

Study and FEM Analysis on Discharge Erosion Mechanism of Monocrystalline Silicon

Li Jian;Liu Zhidong;Qiu Mingbo;Tian Zongjun;Wang Wei

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing, 210016

Online:2010-04-10 Published:2010-04-16
Supported by:
National Natural Science Foundation of China（No. 50975142）

摘要/Abstract

摘要：

提出了单晶硅电火花加工蚀除机理假设,认为热应力在放电蚀除过程中起主要作用。建立了单晶硅电火花线切割放电模型,利用有限元法模拟了在单脉冲放电条件下单晶硅的温度场及热应力场分布。分别计算了单晶硅在温度场和热应力场作用下的蚀除量,并与实际放电切割蚀除量进行了对比,结果表明,实际蚀除量近似等于模拟得到的温度场与热应力场蚀除量之和,验证了对单晶硅电火花加工蚀除机理所作假设的正确性。

关键词:

单晶硅, 电火花, 蚀除机理, 有限元

Abstract:

Assumption of erosion mechanism of EDM on monocrystalline silicon was proposed. It was considered that thermal stress played the leading role during the erosion process. Discharge model of single pulse was established on WEDM, the temperature field and the thermal stress field of single-pulse discharge condition was analyzed based on finite element method. Theoretical amount of erosion of the silicon was calculated under the temperature field and thermal stress field, and was compared with the actual amount of erosion in tests. Results show that erosion process of the monocrystalline silicon EDM can be described by this assumption of erosion mechanism.

Key words: monocrystalline silicon, electric discharge machining(EDM), erosion mechanism, finite element

中图分类号:

TG661

李健, 刘志东, 邱明波, 田宗军, 汪炜.

单晶硅放电蚀除机理研究及有限元分析

[J]. 中国机械工程, 2010, 21(7): 847-851.

LI Jian, LIU Zhi-Dong, QIU Meng-Bei, TIAN Zong-Jun, HONG Wei.

Study and FEM Analysis on Discharge Erosion Mechanism of Monocrystalline Silicon

[J]. China Mechanical Engineering, 2010, 21(7): 847-851.

参考文献

[1]刘志东[1],汪炜[1],田宗军[1],邱明波[1],黄因慧[1].太阳能硅片电火花电解高效切割研究[J].中国机械工程,2008,19(14):1673-1677.
[2]Dibitonto D D, Eubank P T, Patel M R, et al. Theoretical Models of the Electrical Discharge Machining Process Ⅰ- a Simple Cathode Erosion Model[J]. Journal of Applied Physics, 1989, 66 (9) : 4095-4103.
[3]Patel M R, Barrufet M A, Eubank P T, et al. Theoretical Models of the Electrical Discharge Machining Process Ⅱ-the Anode Erosion Model[J]. Journal of Applied Physics, 1989, 66(9): 4104- 4111.
[4]Eubank P T, Patel M R, Barrufet M A, et al. Theoretical Models of the Electrical Discharge Machining Process Ⅲ- lhe Variable Mass, Cylindrical Plasma Model [J]. Journal of Applied Physics, 1993, 73(11): 7900-7909.
[5]楼乐明.电火花加工计算机仿真研究[D].上海交通大学,2000:
[6]崔景芝[1],王振龙[1].电火花加工过程中电极材料蚀除机理研究[J].电加工与模具,2006(6):5-9.
[7]Hayakawa S, Kojima H, Kunieda M, et al. Influence of Plasma Extinction on Machining Stability in EDM Process[J]. Journal -Japan Society for Precision Engineering, 1996, 62(5): 686-690.
[8]Xia H, Hashimoto H, Kunieda M, et al. Measurement of Energy Distribution in Continuous EDM Process[J]. Journal Japan Society for Precision Engineering, 1996, 62(8) : 1141-1145.
[9]Xia H, Kunieda N. Measurement of Energy Distribution in to Electrode in EDM Process [J]. Advancement of Intellihgent Production, 1994,5:601-606.
[10]程刚[1,2],韩福柱[1],冯之敬[1],曹凤国[3].连续放电作用下电极丝的三维瞬态热分析[J].电加工与模具,2007(4):15-19.
[11]刘晋春赵家齐.特种加工[M].北京:机械工业出版社,1999..
[12]张建华[1],孟艳华[1],刘承帅[1],牛宗伟[1].超声振动辅助气中放电加工温度场模拟[J].工具技术,2004,38(9):69-71.
[13]Barrufet M A, Patel M R, Eubank P T. Novel Computations of a Moving Boundary Heat Conduction Problem Applied to EDM Technology [J]. Computers & Chemical Engineering, 1991, 15 (8) : 609-618.
[14]刘加富.线锯切割单晶硅的应力场及损伤层研究 [D].山东大学,2006:

[1]	徐安阳, 王晓明, 朱胜, 韩国峰, 赵阳, 郭迎春. 电火花沉积电极材料过渡机制及规律[J]. 中国机械工程, 2021, 32(08): 960-966.
[2]	张勇斌, 严广和, 李建原, 姜晨. 金刚石涂层微铣刀的铣削加工试验[J]. 中国机械工程, 2020, 31(15): 1772-1777.
[3]	李晓鹏, 王元刚, 刘宇, 王慧, 赵福令. 电蚀产物对微细电火花电极形状损耗影响的实验研究[J]. 中国机械工程, 2020, 31(15): 1815-1822,1889.
[4]	徐安阳, 王晓明, 赵阳, 朱胜, 韩国峰. 电火花沉积重熔碾轧修整试验[J]. 中国机械工程, 2020, 31(14): 1741-1746.
[5]	王锋;张勇斌;刘广民;王卿;袁伟然;胡波. 甚高频共振式脉冲源放电蚀除[J]. 中国机械工程, 2019, 30(20): 2439-2446.
[6]	余剑武;胡其丰;文丞;柳波;沈湘. 基于支持向量机的电火花加工8418钢表面粗糙度预测模型[J]. 中国机械工程, 2018, 29(07): 771-774,793.
[7]	贾建宇;王燕青;杨胜强;李文辉. 正交磁场对电火花单脉冲放电间隙的影响[J]. 中国机械工程, 2017, 28(15): 1820-1825,1847.
[8]	李志永, 李丽, 郑光明. 涡轮叶片冷却孔电火花加工管电极的铜电铸层制备及其抗电蚀性[J]. 中国机械工程, 2017, 28(10): 1195-1201,1214.
[9]	滕凯, 孙涛, 赵恩兰, 何敏. 聚晶金刚石复合片电火花线切割加工电极丝损耗研究[J]. 中国机械工程, 2016, 27(24): 3283-3287,3293.
[10]	周旭娇, 赵建社, 褚辉生, 陈阳. 整体叶环成组电极电火花高效加工技术研究[J]. 中国机械工程, 2016, 27(18): 2453-2457,2466.
[11]	黄瑞宁, 李毅, 刘晓飞. 节能型电火花加工脉冲电源的研究[J]. 中国机械工程, 2016, 27(18): 2520-2523.
[12]	张海峰, 王立峰, 刘建勇. 小孔加工电火花脉冲电源实验研究[J]. 中国机械工程, 2016, 27(13): 1735-1739,1789.
[13]	张開, 王彪, 杨福合, 李川怀. 气中微细电火花线切割加工实验研究[J]. 中国机械工程, 2016, 27(13): 1740-1742.
[14]	黄玉萍. 扭杆弧形槽精密微细电火花加工工艺研究[J]. 中国机械工程, 2016, 27(11): 1446-1450.
[15]	赵运才, 刘宗阳, 杨雷雷. 弧比变化对电火花沉积Ni201修复层界面行为的影响[J]. 中国机械工程, 2016, 27(10): 1399-1403.