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陶瓷玻璃的超声波切割

2021-02-23 02:45:22

以往难切削材料加工时的难题



玻璃，陶瓷，金属，树脂等难切削材料在使用刀片（由磨粒组成的磨轮刀片）切割时会发生各种问题。

由于组成刀片的磨粒钝化、气孔堵塞 等现象，导致加工负荷上升。而加工负荷的上升，则会增加被加工件崩裂和毛刺、刀片破损和异常磨损，甚至被加工件烧伤等各种不良现象的发生。

磨粒钝化:构成刀片刀刃的磨粒产生磨损，表面钝化的现象。在这种状态下，刀片就无法进行正常的加工 。

气孔堵塞:刀片刀刃粘附了切削碎屑以及胶膜粘合剂等，致使表面磨粒不能突出的现象。与磨粒钝化一样，这种刀片也无法进行正常加工。

加工负荷上升:使用较细的磨粒或提高进刀速度，都会导致加工负荷上升。通过观察主轴电流值的变化，就可确认加工负荷是否在上升。

刀片的适用范围会受到限制。为防止磨粒钝化及气孔堵塞等现象的发生，需要选择含有容易磨耗结合剂种类的刀片，容易磨耗意味着刀片寿命的缩短。另外，在选择磨粒尺寸时，也需要采用较大尺寸的#320～#600磨粒，这也增大了刀具对被加工件的冲击力，降低了加工质量。

为了解决这些因为难切削材料引起的刀片切割问题，开发出超声波切割。



超声波切割加工原理



超声波切割，是使用内置超声波振动器的专用刀片进行切割。原理如图1所示。安装刀片的主轴不振动，内置振动器对刀刃进行激励，刀片外径膨胀和收缩，在刀刃处产生径向振动。

通过超声波振动，使刀片的径向产生瞬间的伸缩，在极短的时间内，使磨粒与加工件之间在高加速度状态下反复进行碰撞。其结果是一边使刀片的径向产生微小的破碎层，一边对其进行加工，因此能大幅度地降低刀片的加工负荷。另外，由于超声波的振动，使刀片与加工件之间产生间隙，从而大大改善了磨粒的冷却效果，防止磨粒钝化及气孔堵塞等现象的发生，提高加工品质以及延长刀片的使用寿命。



超声波切割的优点



通过减少加工负荷，改善磨粒的冷却状况，可获得各种良好的效果。

1.可以减少突发的背部崩裂Backside chipping的发生。以下所示SiC的切断实验（图3），可把崩裂抑制在一半左右。

2.加工树脂和金属等延展材料时，由于磨粒的冷却效果和超声波的振动，能够抑制切削碎屑粘附在刀片的刀刃上，防止因气孔堵塞而导致加工不良现象的发生（毛刺增大）。

3.可以采用强度较高，但容易发生磨粒钝化及气孔堵塞的电铸类结合剂，可选择较细的磨粒，减小刀片的厚度，从而提高了加工件材料的使用效率。



超声波切割装置专用刀片



超声波切割装置由专用刀片，超声波振子和电源，振幅测试装置，专用法兰和软件构成。不仅是对新设备，即使是使用中的设备也可以进行现地改装。刀片的结合剂种类也能和普通刀片相同，可选择树脂结合剂，金属结合剂，电铸结合剂，以满足客户的各种加工需求。

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