晶振機(jī)械磨削與激光磨削性能對(duì)比試驗(yàn)研究*

劉宇武

?

晶振機(jī)械磨削與激光磨削性能對(duì)比試驗(yàn)研究*

劉宇武

莆田市豐威電子實(shí)業(yè)有限公司

常規(guī)的晶振磨削無(wú)法改變晶振的化學(xué)屬性，而且對(duì)其表面的損傷程度較大，呈脆性裂紋狀。為此，科研人員針對(duì)晶振的物理屬性提出了機(jī)械磨削，針對(duì)其化學(xué)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(duì)兩種不同磨削的性能進(jìn)行了分析，然后將兩種性能的對(duì)比設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在不改變晶振屬性的情況下，機(jī)械磨削更加適用，激光磨削更適合晶振化學(xué)性質(zhì)的改變。

晶振 機(jī)械磨削 激光磨削 性能對(duì)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(lái)，磨削性能一直處于較低的水平。隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)也在不斷發(fā)展，人們逐漸意識(shí)到高效的磨削效率給工業(yè)帶來(lái)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(guò)程中，會(huì)造成晶振表面溫度升高，過(guò)高的溫度會(huì)造成其表面的損傷。德國(guó)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(jī)械磨削方法與激光磨削方法，并對(duì)兩種磨削方法進(jìn)行了性能對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，機(jī)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(xué)屬性。

1 兩種磨削性能對(duì)晶振磨削的影響

1.1 晶振的機(jī)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(jī)械磨削是針對(duì)上架之后的程序進(jìn)行自動(dòng)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(shí)可以去除在磨削過(guò)程中出現(xiàn)的電極短路片不合格的音叉片。在晶振機(jī)械磨削的過(guò)程中，經(jīng)常檢測(cè)出機(jī)械振動(dòng)的頻率數(shù)值與對(duì)抗阻力的數(shù)值，因此需要根據(jù)頻率的大小來(lái)決定晶振音叉兩側(cè)磨削的轉(zhuǎn)速，具體的能力指標(biāo)如表1所示。

表1 晶振機(jī)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(duì)組件的表面進(jìn)行處理，其主要是對(duì)晶振進(jìn)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(dāng)激光束掃射晶振的時(shí)候，其表面的溫度就會(huì)升高，晶振就會(huì)發(fā)生熔融的現(xiàn)象。但是隨著激光束的離開(kāi)，其表面形成的熱量會(huì)迅速向內(nèi)部進(jìn)行傳遞，從而達(dá)到淬火的效果。具體的能力指標(biāo)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(duì)比試驗(yàn)研究

2.1 材料的選取

在晶振磨削的實(shí)驗(yàn)中，機(jī)械磨削選取的是某機(jī)械公司的超高速磨削機(jī)，采用的砂輪型號(hào)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(zhǎng)可達(dá)到430nm，脈沖能量的最大值可達(dá)到1500mJ。為了滿足晶振加工環(huán)境的要求，選擇精密的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)研究晶振機(jī)械磨削與激光磨削性能的對(duì)比。

2.2 方法

將晶振放置在三軸的數(shù)控精密的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，采用相同性能但還沒(méi)有結(jié)構(gòu)化的的晶振進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

首先使用型號(hào)為CBN砂輪的超高速磨削機(jī)對(duì)晶振進(jìn)行機(jī)械磨削，其磨削的速度范圍在150～200m/s之間，磨削率可達(dá)到85%以上。超高速的磨削大大提高了單位時(shí)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(jī)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(zhǎng)。接下來(lái)使用波長(zhǎng)為430nm、脈沖能量為1500mJ的秒速脈沖激光器對(duì)晶振進(jìn)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(diǎn)，無(wú)需其它的淬火介質(zhì)對(duì)晶振再次磨削。激光磨削不但對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，還會(huì)節(jié)約能源，對(duì)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(shí)驗(yàn)過(guò)程，性能對(duì)比結(jié)果如表3所示。

表3 晶振機(jī)械磨削與激光磨削的性能對(duì)比

從表3可以看出，與機(jī)械磨削方法相比，激光磨削方法具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（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(duì)晶振的磨損程度較小。

而機(jī)械磨削也具有自己的優(yōu)勢(shì)，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(huì)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(diǎn)，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(jī)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(xiǎn)，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(xì)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(jī)械磨削更加適用，而激光磨削更適合晶振化學(xué)性質(zhì)的改變。

3 結(jié)論

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，市場(chǎng)對(duì)晶振的磨削方法提出了較高的要求。從機(jī)械磨削和激光磨削看，機(jī)械磨削的性能優(yōu)勢(shì)在于它能減少晶振在磨削過(guò)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(shì)在于可以選擇連續(xù)型號(hào)的激光束來(lái)準(zhǔn)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?；趦煞N不同性能的方法對(duì)比發(fā)現(xiàn)，機(jī)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(xué)屬性。每一種方法都有自己的優(yōu)勢(shì)，相信在不久的將來(lái)，晶振的磨削方式會(huì)越來(lái)越多，為我國(guó)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(jìn)展[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 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(jī)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(shí)驗(yàn)研究[J]. 機(jī)床與液壓, 2016, 44(18):19-25.

莆田市科技項(xiàng)目(2014G04)。