CC BY
9
УДК 621.315.592:621.9
О.Г. КРУПЕННИКОВ
АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ АЛМАЗНЫМИ ОТРЕЗНЫМИ КРУГАМИ С ВНУТРЕННЕЙ РЕЖУЩЕЙ КРОМКОЙ
Известно, что разрезание заготовок из полупроводниковых и диэлектрических материалов ведут с подачей в зону резания смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). При этом одни авторы утверждают, что для эффективного охлаждения и очистки режущей кромки от продуктов обработки достаточно подавать в зону резания СОЖ с расходом (2 - 6) дм /ч [1]. Другие исследователи рекомендуют увеличивать расход до (2 - 6) дм /мин для того, чтобы преодолеть воздушные потоки, генерируемые отрезным кругом и препятствующие попаданию СОЖ на режущую кромку [2].
Для выявления характера распределения воздушных потоков в зоне резания алмазным отрезным кругом с внутренней режущей кромкой (АКВР) автор провел экспериментальное исследование на установке, смонтированной на базе отрезного станка «Алмаз - 6М». Установка включала в себя трубку Пито и механизм ее перемещения относительно плоскости круга АКВР 422x152x0,32 мм АС6 50/40. Окружной скоростью круга Ук варьировали от 18 до 24 м/с, а расстояние от плоскости круга трубки Пито Ь - от 2 до 14 мм. При этом давление воздушных потоков измеряли в тангенциальном и осевом направлениях.
Проба воздуха через трубку Пито поступала в датчик давления ВДД, где преобразовывалась в электрический сигнал, пропорциональный величине давления. Затем сигнал усиливался усилителем 8 АНЧ - 7М и поступал на записывающий светолучевой осциллограф «Нева - МТ2», где фиксировался на фотобумаге.
По данным экспериментов построены эпюры распределения давления воздушных потоков, генерируемых кругом АКВР (рис. 1). С увеличением окружной скорости отрезного круга Ук давление воздушных потоков как в тангенциальном, так и в осевом направлениях возрастает. Формирование воздушных потоков начинается от режущей кромки и заканчивается у периферии отрезного круга, где давление имеет максимальную величину в тангенциальном направлении (см. рис. 1, а и б). При работе круга АКВР в кожухе давление воздушных потоков, измеренных в тангенциальном направлении (см. рис. 1, а), больше давления потоков того же направления, но при работе круга
100 Па
а)
50 Па
б)
-80 Па
в) г)
Рис. 1. Характер распределения воздушных потоков, генерируемых кругом АКВР: а,б -тангенциальное направление; в,г - осевое направление; а,в - круг вращается в защитном кожухе; б,г - без кожуха
без кожуха (см. рис. 1, б). Поле давления воздушных потоков в осевом направлении формируется «внутрь» от режущей кромки при работе АКВР без кожуха (см. рис. 1, г) и «от режущей кромки к периферии круга» при его работе в кожухе (см. рис.1, в). При удалении от плоскости отрезного круга давление воздушных потоков уменьшается.
На основании указанных эпюр можно представить следующую картину движения воздушных потоков, генерируемых кругом АКВР.
При вращении круга без кожуха (см. рис. 2, а) воздух, находящийся вблизи плоскости круга, непрерывно вовлекается последним во вращательное движение и отбрасывается к периферии
Такое движение воздуха характерно для стандартных шлифовальных кругов формы прямого профиля (ПП) [3]. Однако формированию воздушных потоков кругом АКВР присущи определенные особенности: 1) Плоскость отрезного круга представляет собой кольцо, и формирование воздушных потоков начинается «от внутреннего диаметра этого кольца», т.е. от режущей кромки, в отличие от шлифовального круга ПП, где воздушные потоки развиваются «от его оси вращения» (см. рис. 2, в); 2) Воздух «увлекается» сливными отверстиями в барабане, играющими роль своеобразных лопастей вентилятора. В результате этого вентиляционного эффекта около режущей кромки создается разрежение (см. рис. 1, г и 2, а).
Рис. 2. Характер движения воздушных потоков, генерируемых отрезным и вальным кругами: а,б - соответственно круг АКВР без кожуха и в кожухе; в - шлифовальный круг ГШ
При вращении круга АКВР в кожухе характер движения воздушных потоков изменяется (рис. 2, б): хотя они, как и ранее формируются у режущей кромки круга, однако вентиляционный эффект пропадает. Поэтому весь воздух отбрасывается от кромки к периферии и выходит в отверстия, проделанные в кожухе для слива СОЖ и отвода воздушных потоков. В результате такого движения воздуха тангенциальная составляющая давления увеличивается по сравнению с вращением круга без кожуха (см. рис. 1, а), а эпюра осевой составляющей давления формируется от режущей кромки к периферии (см. рис. 1, в).
При разрезании слитка характер движения воздушных потоков в зоне,
ч/ и 1
прилегающей к режущей кромке, остается неизменным, так как формирование потоков воздуха начинается от режущей кромки,и избыточное давление воздуха на ней практически равно нулю. Кроме того, величина давления воздушных потоков, генерируемых кругом АКВР, не превышает 100 Па, тогда как у шлифовальных кругов ПП, согласно [3], она может достигать 300 Па и более.
Таким образом, характер движения воздушных потоков, генерируемых кругом АКВР, отличается от картины движения воздуха в зоне, прилегающей к шлифовальному кругу формы ПП. Так как формирование воздушных потоков у отрезного круга начинается от его режущей кромки, то на ней избыточное давление воздуха практически равно нулю, и она доступна для попадания на ее поверхность СОЖ.
Отмеченные выше факты были подтверждены автором исследованиями гидродинамики зоны резания кругами АКВР [4].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Prospekt № 37/87е. Diamond ID saw blades for the semiconductor industry / Winter mbH. Hamburg: Winter mbH, 1987, 25 p.
2. Обработка полупроводниковых материалов / В.И. Карбань, П. Кой, В.В. Рогов и др.; Под ред. В.Н. Новикова, В. Бертольди. Киев: Наукова думка, 1982. 256 с.
3. Ефимов В.В. Научные основы техники подачи СОЖ при шлифовании. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1985. 140 с.
4. Крупенников О.Г. Повышение эффективности операции разрезания заготовок из полупроводниковых и диэлектрических материалов на пластины алмазными отрезными кругами: Дис. ... канд. техн. наук. Ульяновск: УлГТУ, 1994. 282 с.
Крупенников Олег Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ, окончил Ульяновский политехнический институт. Ведет исследования в области механической обработки заготовок из полупроводниковых и диэлектрических материалов.
