倒角时边缘磨削力和磨削温度的研究 康洪亮
硅片的倒角研磨和热处理介绍
◼ 硅片倒角 ⚫ 简介 ⚫ 工艺 ⚫ 流程 ⚫ 主要参数
1. 倒角
倒角
◼ 定义：采用高速运转的金刚石磨轮，对进行 转动的硅片边缘进行摩擦，从而获得钝圆形 边缘的过程。属于固定磨粒式磨削。
◼ 作用：消除边缘锋利区，大大减小边缘崩裂 的出现，利于释放应力。
磨片中，磨削液通常采用水。
◼ c. 助磨剂等
助磨剂：加速材料磨削速度，并保证平整度， 保证磨粒悬浮性，通常一些氧化剂。
助磨原理：助磨剂和工件表层反应（挤压造 成部分原子混合，如O），形成较疏松的表 面氧化层，容易去除。
3）磨片中的技术参数
◼ a. 硅片厚度和总厚度变化TTV。 ◼ b. 表层剪除层的厚度。 ◼ c. 表面缺陷的产生。
1）硅片研磨
◼ 磨片：多线切割以后的硅片，表面有一定 的损伤层，（存在晶格畸变、划痕以及较 大起伏度），为了获得光滑而平整的晶体 表面，需要将损伤层去除，通常分两步： 第一，机械研磨，第二，表面抛光。而采 用研磨方式，来去除损伤层，就是磨片。
◼ 磨片方式：研磨浆中的磨粒在一定压力作 用下，研磨工件的表面。
a. 硅片厚度和总厚度变化TTV
◼ 硅片厚度，特指硅片中心点的厚度。 ◼ 总厚度变化：TTV=Tmax-Tmin ◼ 未经磨片时，硅片TTV很大，（几十um）。
经过磨片以后，TTV<5um。 ◼ 经过磨片，硅片厚度的均匀性获得大幅提
高。
b. 表层剪除的厚度
◼ 为保证研磨效果，表层剪除量应当大于损 伤层的厚度。
磨槽不均。 ◼ 倒角崩边——硅片边缘太薄，金刚石磨粒
不均匀，冷却水不足等。
L
ω L2
基于正交切削模型的刀具前角对切削力及切削温度的影响--lemon
摘要：在金属切削过程中，刀具的形状直接影响金属切削质量。
本文基于大变形－大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法，建立了二维弹塑性金属斜刃切削有限元模型；自动对畸变网格进行重划分；通过用不同的刀具前角对金属刀具切削过程进行了数值模拟，分析总结结果，得出刀具切削过程中在不同切削前角时，切削力、刀具与工件的应力应变、温度的分布情况；对选用刀具形状，提高切削表面质量提供了理论依据。
本文的研究为后期研制新的刀具材料提供了理论依据，降低实验成本。
关键字：大变形－大应变理论;增量理论;有限元模型;刀具前角；数值模拟Abstract: The geometrical shape of tool has a direct effect on the quality of workpiece in the process of metal cutting. A 2 dimensionalelasto-plastic finite element model of metal oblique cutting isdeveloped in this study based on large deformation- large straintheory, incremental theory and updating Lagrangian formulation;in order to determine the chip separation, the geometricalseparation criterion (distance criterion) is adopted; an automaticremesh technique is used to remesh the distortion mesh; a coupleof numerical simulations have been developed on the metal obliquecutting process with different tool rake angles, some conclusionsare obtained according to the simulation results : the variationalrule of cutting force, and also the corresponding distribution ofstress and strain. Theory foundations are provided to the selectionof tool geometry and to improve the surface quality of workpiec e. Key words:large deformation-strain theory; incremental theory; finite element model; rake angle;1 绪论1．1简介随着现代机械制造技术的发展，提高切削质量，降低切削成本成为市场竞争的前提。
磨削力和磨削温度
1）磨削力的主要特征 切向力Fc 径向力Fp 轴向力Fa ★
其中径向力最大，直 接影响工艺系统变形 和加工精度。
2）磨削热
磨削产生的高温是产生磨削表面烧伤、残余应力和 表面裂纹的原因。
表面烧伤：指磨削过程中磨削表面层金属在高温下产 生相变，从而其硬度与塑性发生变化的现象。
避免烧伤的措施： ①合理选用砂轮（可选硬度较软，组织疏松的砂轮） ②合理选择磨削用量（提高圆周进给速度和轴向进给 量，减少工件与砂轮接触时间。） ③采用良好的冷却措施（加大冷却液流量）
பைடு நூலகம்
高速磨削过程中的切削力与温度特性研究
高速磨削过程中的切削力与温度特性研究在金属加工领域，磨削是一种常见的工艺，它通过磨削砂轮对工件表面进行处理，以达到精细加工的目的。
而在高速磨削中，切削力与温度特性对于工件和刀具的使用寿命和加工质量至关重要，因此进行相关研究具有重要的实际意义。
首先，我们来探讨一下在高速磨削过程中切削力的特性。
切削力是指在磨削过程中，砂轮对工件施加的力的大小和方向。
通常情况下，切削力是由于切削砂轮与工件之间的摩擦造成的。
在高速磨削中，由于运动速度较快，因此摩擦产生的热量也较高，从而导致砂轮与工件之间的磨削力增加。
研究表明，切削力与磨削深度、砂轮的粗糙度以及磨削速度等因素密切相关。
当切削深度增加或砂轮粗糙度变大时，切削力也会相应增加。
而当磨削速度增加时，切削力会呈现出先增加后减小的趋势，这是因为在较高的磨削速度下，砂轮与工件之间的接触时间减少，导致磨削力减小。
接下来，我们来讨论一下在高速磨削过程中温度的特性。
温度的升高会对刀具和工件的性能产生重要影响，因此研究高速磨削中的温度特性具有重要的工程应用价值。
在高速磨削中，摩擦的产生导致了摩擦热的产生，从而引起了工件与砂轮的温度升高。
温度升高的程度取决于磨削速度、磨削深度以及工件和砂轮的材料等因素。
当磨削速度增加时，摩擦热的产生也会增加，导致温度升高。
而当磨削深度增加时，砂轮与工件之间的接触面积增加，导致摩擦热的积累增加，进而引起温度的升高。
此外，工件和砂轮的材料也会对温度的升高产生影响。
不同材料对摩擦产生的热量散失不同，从而导致温度的变化也不同。
了解高速磨削过程中切削力与温度特性的研究有助于优化磨削工艺和提高加工质量。
首先，通过控制切削力的大小，可以减少砂轮与工件的磨损，延长其使用寿命。
其次，优化磨削工艺参数，如磨削速度和切削深度等，可以减少温度的升高，降低热变形的几率。
此外，对材料特性进行研究，选择合适的砂轮和工件材料，也有助于降低温度升高的程度。
综上所述，高速磨削过程中切削力与温度特性的研究对于优化磨削工艺、提高加工质量具有重要意义。
倒角时边缘磨削力和磨削温度的研究康洪亮
倒⾓时边缘磨削⼒和磨削温度的研究康洪亮单晶硅⽚倒⾓时边缘磨削⼒和磨削温度的研究康洪亮张伟才陈建跃陶术鹤摘要：本⽂对硅⽚倒⾓过程中三个最重要的因素;磨轮转速、硅⽚转速和圈去除量⼀⼀进⾏了原理分析，并倒⾓机进⾏了试验得到了⽐较合理的组合⽅案。
关键词:硅⽚倒⾓磨轮转速硅⽚转速圈去除量为了解决单晶硅⽚边缘的精密磨削问题，磨削⼒和磨削温度是研究磨削加⼯中两个最基本的物理因素，磨削⼒是影响磨削加⼯质量的主要因素。
磨削⼒起源于砂轮与硅⽚接触后产⽣的弹、塑性变形以及磨粒和结合剂与硅⽚表⾯之间的摩擦。
磨削温度主要是由摩擦和切屑变形能产⽣的。
对于脆性材料⽽⾔，由于其切屑的形成机理与⾦属材料有很⼤的不同，因此反映在磨削⼒和磨削温度上也有很⼤的不同。
1 原理分析第⼀阶段为滑擦阶段，内切削刃与硅⽚表⾯开始接触，硅⽚仅发⽣弹性变形。
随着切削刃切过硅⽚表⾯，进⼀步发⽣变形，法向⼒会稳定地上升，摩擦⼒及切向⼒同时稳定增加。
磨粒微刃不起切削作⽤，只在表⾯滑擦。
第⼆阶段为耕犁阶段，在滑擦阶段，摩擦逐渐加剧，越来越多的能量转化为热。
逐步增加的法向⼒超过了随温度上升⽽下降的材料屈服⼒时，切削刃就被压⼊塑性基体中，最终导致表⾯的隆起，这是磨削中的耕犁作⽤。
第三阶段为切屑形成阶段。
在滑擦和耕犁阶段，磨粒并不产⽣切屑。
磨粒在微⼩时间间隔内，当切刃切⼊塑性区，最终导致应⼒的增加，⼀直达到硅⽚材料的最⼤剪切能为⽌，这样最终导致材料的局部僵化，上升到材料的临界应⼒，就出现再次的剪切。
当切削厚度达到临界值时，被磨粒推挤的材料明显地滑移⽽形成切屑。
1.1磨削⼒分析磨削⼒?可分解为相互垂直的三个分⼒，作⽤于磨削轮圆周速度⽅向的切向分⼒pz，作⽤于磨削深度⽅向径向分⼒py,作⽤于磨削轮轴线⽅向的轴向分⼒px，由于磨粒对硅⽚的挤压，径向⼒⼤于切向⼒，这是磨削加⼯的特征之⼀。
⼀般情况下py是pz的⼆⾄三倍(pz=py /2)。
在磨削过程中，轴向分⼒px较⼩，对于硅⽚倒⾓这种特殊的加⼯过程中，由于没有纵向进给，px为零。
磨削温度与磨削液解读
若磨削温度很高，则以采用含硫添加剂为好。
磷在减小摩擦方面很有效，但不能承受高温，故很少采用
C. 采用含硫的极压油对镍基耐热合金进行加工时，磨削完成后 应对零件彻底清洗，否则残留在工件表面的硫元素，会引起晶界腐 蚀影响零件性能
砂轮 磨削液
工件
磨粒
减小滑动摩擦 磨粒的自锐
抑制塑性流动、减少 温升、抑制磨粒与工 件间的化学反应
热应力引起磨粒破碎 机械作用引起磨粒破 碎、由于表面能的变 化调节破碎强度
防止切屑的粘附
结合剂 调节结合剂桥的断裂
气孔
防止切屑、破碎磨粒的粘附
降低磨削温度 防止切屑粘附、防锈
图5—20 磨削液的作用
2、磨削液的分类 、组成及用途
这类磨削液常用于粗磨等要求不高的工件序上。因为水 的比热、传热系数和蒸发热比油大，冷却性能好，但润滑性差。 应用这类水溶液进行磨削时，磨削功耗大，砂轮寿命短。为了 提高其润滑性能，常在水中加工入表面活性物质。
(4)固态磨削剂 应用较多的是把固态磨削剂作为砂轮的充填料。 如用碲作为充填料磨削不锈钢，碲在700℃时会在工件表层形成中 间结晶的“锈”，以改善磨削过程。充填冰晶石和硫对不锈钢磨削 也有良好效果。
水溶性磨削液的主要成份是水，再配以其它的添加剂而成。水 具有良好的冷却性能，水溶性磨削液具有稳定性好、配制方便、成 本低廉、不易污染等优点，因此，逐步得到广泛的应用
(1)乳化液 乳化液是在含有乳化剂的矿物油中加水稀释而成，因此 兼有润滑和冷却两方面的优越性能
(2)含有表面活性物质的水溶液 : 活性物质+水
常用的表面活性物质有：石油磺酸钠、油酸钠皂、磺化蓖麻 油(阴离子型)以及平平加、司本(非离子型)等。这类磨削液通常 也加有亚硝酸钠等水溶性防锈添加剂，有时也加入磷、硫、氯等 极压添加剂，以进一步提高其润滑性能。
超高速磨削温度的实验研究
［］ ７ 魏俊 ， 赵建华． 纤维增强复合 材料声发射 的 Ｆ ｌｉ 效应 ［ ］ 复合材 ｅ ｃｙ ｉｔ Ｊ．
及细观力学分析 ［ ］ Ｊ ．高分 子材 料科 学与 工程 ，２ １ ，７ ２） ５ — ０ １ ２ （ ：０
５ ４．
究磨 削过程 的重要 参 数 。 它与 材 料显 微 结 构 及 性 能 、 磨 削用量 、 砂轮 特性 、 材料 去 除 机 制 、 床 刚度 以及 磨 机 艺
小议车刀负倒棱
常言道:车工是“三分手艺,七分刀具”,简明扼要地说明了刀具对车工的重要性。
随着科学技术的飞速发展,在机械制造业中,产品品种不断增加,机构形式更加复杂,材料性能不断提高,因此,对车削加工中的技术要求不断提高,特别是对刀具的切削性能的要求更高。
虽然硬质合金可转位车刀得到一定的利用,但做为一名车工,必须掌握刀具的结构、几何参数对加工的影响。
会对刀具进行正确的刃磨,得到合理的刀具几何形状,并能够依据加工特点,工作状态,工件材料等因素对刀具几何参数、角度进行合理的调整,从而更好地发挥刀具的切削性能,有效地进行切削,即在众多因素中抓住关键问题。
在《车工工艺与技能训练》中,对刀具的有关几何参数、角度作了详细的讲述,对技校阶段的学习、实践有很大的帮助,但就此作为中级技术工人的技校毕业生,进入工厂是产品零配件的直接生产者,对工厂多样化、复杂化的产品品种零件的加工,还远远达不到要求,因此,在讲解刀具的几何参数内容时,除详细的讲解车刀的组成部分、六个主要参数、断屑槽等有关内容外,还要对学生有目的讲解刀具的负倒棱,以便在今后的实际工作中,增强运用能力,在保证刀具的锋利的同时,增加刀具的强度,提高刀具寿命,减少刀具制造成本,提高劳动生产率。
1车刀负倒棱的形成及作用在实际加工中,用YT15硬质合金刀具粗加工45号中碳钢材料时,一般应磨出20°左右的前角和断屑槽,6°左右的后角,因此,刀具的楔角β0=90°-(20°+6°),楔角越小刀具强度越差,因此,要想增加刀具刀头强度,只有使楔角值增大;同时,由于采用的硬质合金材料的刀片,其抗弯强度只有高速钢的三分之一左右,故刀具极易崩刃,因此,就必须减小前角和后角。
减小后角,刀具后刀面与工件之间的摩擦增大,影响正常的切削和刀具寿命;减小前角,增大切削变形,使切削力和切削温度增加,要求工艺系统刚性强,而且容易形成带状切屑缠绕工件、刀具,增加不安全因素;而磨成负前角其刀刃强度大大提高,保护刀尖,提高刀具耐用度,而此时切削力和切削热成倍增加。
第2章磨削温度
F F a v v
t p p s
x
y
z w
取对数可得回归方程为
y b0 x0 b1 x1 b2 x2 b3 x3
同样 ，对磨削用量进行水平编码 ，大值为＋1，小值 为－1，对磨削力的试验值均取自然对数。同外圆磨削 求法步骤相同 ，最后得到平面磨削力公式
F
t
28282a p
0.86
4
0.020
2.5
48
+1
+1
+1
+1
454
y4=6.12
注：实验条件： MQ1350外圆磨床，砂轮A60GV，45＃钢正 火HB＝190～229、乳化液冷却。
求解外圆磨削力实验公式
以表2－9的数据代入式（2－77）可得如下方程
3.82＝ b0 － b1 ＋ b2 － b3
4.31＝ b0 － b1 － b2 ＋ b3 4.49＝ b0 ＋ b1 － b2 － b3 6.12＝ b0 ＋ b1 ＋ b2 ＋ b3 求回归方程式（ 2-77 ）的四个系数组 ：
磨削力的平均准确度为
＝－1.5％ ＝－2.0％ ＝－1.7％
4
1 2 3
4
4
1.6%
求解平面磨削力实验公式
2．4 磨削温度
金属切学时所作的功几乎全部转化为热量，这些热传散在切屑 、 刀具和工件上。对于车削和铣削等加工方式，大约 70 ％～ 90 ％ 的热量聚集在切屑上流走，传入工件的约占 10 ％～ 20 ％，传入 刀具的则不到5％。但磨削加工与切削加工不同，由于被切削的 金属层比较薄，大约60~95%的热被传入工件。 传入工件的热量在磨削过程中来不及传入工件深处，而聚集在 表面层里形成局部高温。工件表面温度可高达1000℃以上。
【半导体芯片设计】影响倒角加工效率的工艺研究-康洪亮
影响硅片倒角加工效率的工艺研究一、引言在半导体晶圆的加工工艺中,对晶圆边缘磨削是非常重要的一环。
晶锭材料被切割成晶圆后会形成锐利边缘,有棱角、毛刺、崩边，甚至有小的裂缝或其它缺陷，边缘的表面也比较粗糙。
而晶圆的构成材料如Si、Ge、InP、GaAs、SiC 等均有脆性。
通过对晶圆边缘进行倒角处理可将切割成的晶圆锐利边修整成圆弧形,防止晶圆边缘破裂及晶格缺陷产生,，增加晶圆边缘表面的机械强度，减少颗粒污染。
同时也可以避免和减少后面的工序在加工、运输、检验等等工序时产生的崩边。
倒角后的晶圆由于有了一个比较圆滑的边缘，不易再产生崩边，使后面工序加工的合格率大幅提高。
在抛光工艺中，如果晶圆不被倒角，晶圆锋利的边缘将会给抛光布带来划伤，影响抛光布的使用寿命，同时也影响到产品的加工质量（如晶圆的划道）。
如硅晶圆除用于太阳能电池制造还常用于制造集成电路。
晶圆在制造集成电路的多个工序中，需要多次在1000多度的高温中进行氧化、扩散和光刻。
如果晶圆边缘不好，如有崩边、或边缘没有被倒角，升温和降温的过程中，晶圆的内应力得不到均匀的释放。
在高温中晶圆非常容易碎裂或变形，最终使产品报废，造成较大的损失。
由于晶圆边缘不好，掉下来的晶渣，如果粘在硅晶圆的表面，将会给光刻工艺的光刻版造成损坏，同时造成器件的表面有针孔和曝光不好，影响产品的成品率。
同时，通过边缘倒角可以规范晶圆直径。
通常晶圆的直径是由滚圆工序来控制的，由于滚圆设备的精度所限，表面的粗糙度和直径均无法达到客户的要求，倒角工序能很好的控制晶圆直径和边缘粗糙度。
1晶棒滚磨后，其表面十分粗糙，在后续的传递和切割过程中，边缘损伤会因为机械撞击向内延伸，晶圆切割成型后，边缘存在一圈微观的损伤区域[1]。
在今年的目标责任书中，今年产量比去年增加30%，此外，在今年的生产加工中，多次由于倒角设备故障及检修影响整个生产线的进度，在不增加设备的情况下，如何挖掘现有设备及人员的潜力，提高倒角加工效率，是个重要的研究课题。
平面磨削温度及其对表面质量影响的实验研究
磨削 实 验 是 在 超 精 密 卧 轴 平 面 磨 床 M GK7120 ×6 上进行的 。选用陶瓷结合剂氧化 铝砂轮 ( WA46) 作为实验用砂轮 。用单粒金刚石 笔修整砂轮 ,修整后砂轮外圆周径向跳动小于 1μm 。在工件剖分面事先加工的沟槽中夹入一根 直径为 01 1mm 的金属铂丝 ,金属铂丝用厚度为 01 02mm 左右的云母片绝缘 ,铂丝作为一个电极 , 工件作为另一个电极 ,形成热电偶 。工件及夹具 固定在压电晶体测力仪 ( Kistler - 9257B) 上 。工 件一经磨削 ,接触区工件和砂轮的塑性变形以及 磨削高温的作用 ,金属铂丝的顶端与工件相互搭 接或焊在一起形成热电偶接点 ,回路导通 ,产生热 电信号 ,根据工件材料与铂丝的温度标定 ,将热电 信号的电压值转换成磨削温度值 ,实验装置见 图 1。
back and Hip Symptoms[J ] . Applied Ergo nomics , 2002 ,33 :139Ο146. [ 11 ] Panagiotopoulou G , Christoulas K , Papanckolaou A ,et al. Classroo m Furnit ure Dimensio ns and An2 t hropomet ric Measures in Primary School[J ] . Ap2 plied Ergo no mics ,2004 ,35 :121Ο128. [ 12 ] 刘肖健 ,余随怀 ,陆长德. 产品复杂曲面人机工程学 设计研究[J ]. 计算机应用研究 ,2004. 21 (12) :36Ο38. [ 13 ] 刘新丽 ,余随怀 ,陈登凯 ,等. 基于人机尺寸驱动的 座椅设 计 系 统 [J ] . 计 算 机 工 程 与 应 用 , 2005. 41 (13) :111Ο113. [ 14 ] 朱心雄. 自由曲线曲面造型技术[ M ] . 北京 :科学出 版社 ,1999. [ 15 ] 刘肖健 ,李桂琴 ,景韶宇 ,等. 基于遗传算法的后的试件放入超声波清洗机中用无水
提高倒角铜板角部耐磨性研究
热快 、坯 壳相 对较 厚 ，结 晶器 内连铸 坯坯壳 表面 由于凝 固收 缩而产 原 设计 的铜板过钢量提 高近一倍左右 。
生 拉应 力 ，应 力容 易集 中在坯 壳薄弱 、温度 高 的倒角 角部坯 壳上 ，
从 而在坯壳倒 角部位产生纵 裂纹 。
５ 结 论
倒角 结 晶器 的开 发有 着深远 的影 响和 巨大的社 会效益 。近些 年
本生产 出高质量 的产 品是 目前 降本 的主要 手段 ，含 Ｎｂ （ Ｂ）钢角 部
丁
＝
改进 后 改进 前
横裂纹 是 大板坯 的主 要角部 缺 陷，尤其对 于轧 制厚板 来说 ，切 除角 部裂纹 是 目前 的主要 手段 ，切 角处理 造成 成本 的增加 以及钢 坯物 流 的紧张 ， 通过倒 角 的形 式缓解提高角 部温度从而弱化 其弯 曲矫直 力 ， 从而避 免 角部横 裂纹 ；但是 ，作为倒 角结 晶器 来说 ，其负面 影 响角 部 纵裂纹发生 的几率逐 步增大 ，倒角铜 板的使用寿命 也大大 降低 。 根 据首秦 钢厂 下线 的大倒 角窄面 铜板 情况 ，因首秦 工艺 限制拉 因是在 结 晶器 窄面 铜板 下 口，铸坯与 铜板之 间产 生不 均匀 的摩擦 ，
［ １ ］黄道鑫 ． 提 钒炼钢 ．冶金 工业 出版社 ［ Ｍ ］ ． ２ ０ ０ ２ ， ２ ５ １ ．
［ ２ 】 赵沛 ． 炉外精 炼及铁 水预处理 实用技 术手册 ［ ｓ ］ ． 冶金 工业 出版 ０ ０ ４ ， ２ ４ ５ ． ０ － ３ ０ ０ ｍｍ倒 角 处 ，距 离 两边 部长 ０～ ５ ０ ｍ ｍ 处 ，基 体 比 原基 体 低 社 ２ 【 ３ ］ 王 文军 ，李本 海 ，朱志远 ． 板 坯 连铸倒 角结 晶器的 开发 与应 用
毕业论文--磨床磨削温度
第1章磨削温度研究概述1.1 磨削温度研究的的现状及其发展趋势1.1.1 热模型的发展其现状1、国外情况早在50年代，Outwater和Shaw基于剪切面移动热源理论建立了热量传递给工件的热源模型。
Hahn提出了热量产生在磨粒磨损平面上的理论，认为热量的产生可以通过考虑磨损平面上的力和忽略剪切面上的力来进行精确描述。
Malkino发现实际热源长度是几何接触长度的2～3倍。
Qi发现接触长度可以由几何接触长度和由于接触力产生的弹性接触长度来进行预测。
不过，Malkino的研究结果表明在几何接触长度内有超过2/3的能量进入工件。
因此，对模型进行了合适的调整，建议使用几何接触长度来计算。
DesRuisseaux发现对于典型的Pecle数和对流换热系数，重要的对流冷却将不发生在接触区。
Howse也发现当磨削区的温度超过磨削液的沸腾温度时，磨削液的沸腾膜严重地限制了冷却。
因此得出结论，对于浅磨削，磨削液的重要性是由于更有效的润滑来减少磨削力和磨削温度的[1]。
Malkino经过试验得出结论:切屑带走的最大能量受熔化所需的能量限制。
因此，提出滑擦、耕犁和切削能可以被分别定义。
Pettit基于砂轮材料的复合体特性建立了一个热源模型，此模型提供了确定能量传递给工件的比率Rw的一种简便方法。
Blank研究发现对于大多数含铁材料，在回火颜色发生时往往伴随着表面的严重损伤，一般回火颜色发生的临界温度在450℃至500℃。
Hahn的平面模型给出了最大可能传递给磨粒的能量。
Blank的结果表明40°圆锥角的圆锥模型等于平面模型。
因此建议使用Hahn的磨粒模型。
Rowe在前人研究的基础上综合了较多的磨削参数建立了一种简化的传热模型，此模型考虑了砂轮和工件的热特性、砂轮的锋利程度、砂轮和工件的速度、切深以及接触长度影响，C.Guo在Rowe模型的基础上做了改进，建立了一个新的模型，此模型考虑了磨削液的影响，通过分别考虑热传递给磨粒和磨削液来确定分配率。
磨削温度信号的测量与分析
磨削温度信号的测量与分析严勇【摘要】Temperature measurement in grinding are employed for research into the mechanics of grinding and for grinding process monitoring. In this paper, the maximum contact temperatures during the grinding were studied by experiment and theory calculation. The merits and processes using thermocouple techniques were discussed in details. The alloy38MnSiVS6 plane grinding tests were carried out to investigate the temperature measurement techniques. The maximum contact temperatures of grinding were measured by Thermocouple. The measured temperatures were compared with the calculated temperaturet agreement of the measured and calculated results were discovered. The results also show that the shape and size of the junction have a strong effect both on the reliability of the signal and on the accuracy of the signal. Other factors that affect the accuracy of a measuring system include time constant of thermocouple, high-speed flow of coolant, improvement of signal to noise ratio.%在磨削力的研究和磨削加工过程监控中都需要测量磨削温度.通过试验和理论计算,研究了磨削区的最高磨削温度及热电偶测温技术.试验采用对合金钢38MnSiVS6进行平面磨削加工,使用人工热电偶测量磨削接触区的最高温度.通过对测量温度值与理论计算值进行比对分析研究,发现试验结果与采用热模型理论的计算结果基本一致.研究结果还表明,热电偶结的大小对信号的可靠性和准确性有很大的影响.影响测量精度的其他因素还包括热电偶时间常数,高速流动的冷却液,信噪比的改善等.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】5页(P61-65)【关键词】磨削温度;热电偶;温度测量【作者】严勇【作者单位】长沙航空职业技术学院,湖南长沙410124【正文语种】中文【中图分类】TG7在磨削加工过程中，切除单位体积材料时需要非常高的能量输入，并且大部分会以热能的形式进入工件，导致磨削区温度升高，从而会引起工件的热损伤，降低砂轮寿命。
能搞懂磨削力与磨削热的离“磨削高手”又近一步
能搞懂磨削力与磨削热的离“磨削高手”又近一步一：磨削力及影响磨削力的因素，简单易懂！二：磨削温度、磨削力和磨削液等都会影响砂轮堵塞程度三：切磨削热和切削温度，不重视这些，你搞不好切磨削！更多的关于这个文章，请自行翻看历史信息磨削过程中金属变形和摩擦引起的物理现象主要表现为力和热的作用。
1磨削力①磨削力的来源和分解磨削时有大小相等、方向相反的力分别作用在砂轮和工件上。
这个在磨削过程中产生的力称为磨削力（切削力）。
磨削力主要由两部分组成：磨粒在切除金属时要使被切金属产生很大的塑性变形，而形成得到切削力；磨粒和工件表面之间在切削时产生的磨削力。
②磨削力对加工的影响磨削时磨粒以负前角切削，刃口圆角半径R往往要比背吃刀量要大，故磨粒对工件的径向挤压力很大，一般Fp=(2~3)Fc。
由于较大的径向力作用，使机床-工件-砂轮组成的工艺系统产生较大的弹性变形，从而影响磨削精度。
如工件由于径向力和切向力的作用产生变形，其轴心相对移动为e，会造成工件的直径误差。
由径向力引起的工艺系统变形，往往使实际背吃刀量与砂轮进给刻度盘上所示的树值有差别。
因此，合理的磨削循环是在进给后要停留一下，以消除由径向力产生的变形，这种不进给的磨削称光磨或者无火花磨削。
当磨削细长轴时，由径向力作用，工件被磨成鼓形。
砂轮的特性、砂轮的磨削宽度、工件材料、磨削用量（ap、f）对径向力有很大影响。
2磨削热①磨削热及其传导磨削时，砂轮对工件表面的剧烈摩擦，使磨削局部区域的瞬间温度达到1000℃以上。
磨削火花，就是磨屑在空气中氧化、燃烧的现象。
磨粒与工件间的摩擦以及金属层的塑形变形能量全部转化为热能，故磨削热及其传导可用下式表示Q=Q摩擦+Q变形=Q工件+Q磨屑+Q砂轮+Q介质②磨削热对加工的影响a 造成工件表面烧伤：在瞬间高温作用下工件表层可能被烧伤。
所谓烧伤，一般是淬硬工件表面的金属材料在磨削热作用下发生不均匀的退火。
于是工件表面硬度降低，从而影响到零件的使用性能和寿命。
基于磨削力的磨削区表面温度场理论模型
基于磨削力的磨削区表面温度场理论模型何玉辉;冯珂;唐楚;唐进元【摘要】为研究磨削热产生的机理、改善加工质量,从磨削力的角度,分析磨削工件表面温度并进行纯理论建模.将磨削力分为切削变形力和摩擦力2部分,分别研究其同加工参数的关系.计算切削变形力和摩擦力的切向分力,并结合切向分力同热源强度的关系,建立磨削表面最高温度的理论模型.通过磨削45号钢并进行测温实验,确定模型中的常数,进而确定模型.研究发现:工件表面温度随切深、进给速度和砂轮转速增大而增大;表面温度模型的理论值与实验值之间的最大相对误差为5.04％,平均相对误差为2.47％.证明此方法可用于磨削表面温度场分析,进而改善加工表面质量.【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2018(038)003【总页数】6页(P64-69)【关键词】热源强度;理论模型;表面质量;磨粒受力【作者】何玉辉;冯珂;唐楚;唐进元【作者单位】中南大学机电工程学院,长沙410083;高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083;中南大学机电工程学院,长沙410083;中南大学机电工程学院,长沙410083;中南大学机电工程学院,长沙410083;高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TG58磨削加工过程中，磨削温度超过临界值时会引起工件表面热损伤，如表面烧伤、材料氧化、残余应力和裂纹等，进而影响零件的使用寿命和工作性能，以及砂轮的使用寿命。
因此，研究磨削温度，对改善表面质量、提高加工效率具有重要的理论意义和实际价值。
TOENSHOFF等[1]运用数学建模法研究磨削表面温度，以数学公式描述工件表层被磨去的物理过程，计算磨削热引起的表面温度升高及温度分布；该方法逻辑清晰、适用性广，但计算思路复杂，尚未被应用到实际加工中。
ROWE[2]实验研究了低进给速度下的蠕动进给磨以及高进给速度下的高效大切深磨，提出一种估计温度量级的方法，但没建立磨削参数与磨削表面温度间的联系。
实验—平面磨削温度的测定
实验3-1 平面磨削温度的测定● 实验目的通过实验加深理解磨削过程中的热效应，并初步掌握平面磨削过程中磨削区温度的测定。
● 实验装置1．设备与工具平面磨床、砂轮（GB60 KV6P 300×30×75）2．量具人工热电偶3．仪器函数记录仪或光线记录示波器、加热器、测温计● 实验原理（1）基本概念对于磨削温度有三个不同的概念，磨削点温度、磨削区温度、磨削表面温度。
1）磨削点温度是指单个磨粒切刃与被磨金属相干涉点的温度，一般达1000℃~1600℃范围内。
2）磨削区温度是指砂轮与被磨工件之间的接触区域内的平均温度，一般在200~800℃范围内。
3）工件表面温度是指工件内部温度场靠近磨削区部位的温度，一般在几十度左右。
详细内容见3.6节“磨削温度”部分。
本实验只测定平面磨削过程中磨削区温度。
（2）热电偶测量法利用热电偶原理测量磨削温度的试件有夹式和顶式两种。
本实验采用夹式的镍铬-镍铝双面槽人工热电偶测温试件，如图3E1-2所示。
两试件本体间开双面槽，一槽夹入套有玻璃管的镍铬丝，另一槽夹入套有玻璃管的镍铝丝，保证热电偶丝与本体间有可靠绝缘，开合联结方式均采用环氧树脂粘结。
测温试件在切削过程中，由于切削过程中的塑性变形及高的切削温度的作用，试件本体与热电偶丝在顶部相互搭接或焊在一起形成热电偶接点，形成人工热电偶。
（3）人工热电偶的标定温度标定指的是确定人工热电偶的热特性。
温度标定的方法如图3E1-3所示，将开关1断开、开关2闭合，则此时不进行实际磨削，而是通过加热器加热来模拟磨削时所产生的热电势；在加热器开始加热后，用测温仪测温，由函数记录仪或光线记录示波器记录其幅值h，得到温度T℃与记录仪幅值h之间关系。
（4）磨削温度测量的人工热电偶法测量原理如图3E1-1所示。
把由试件与镍铬-镍铝人工热电偶组成的测温传感器装在夹具上，一起吸在平面磨床的吸盘工作台上；电偶丝由导线连通函数记录仪或示波器等显示记录装置。
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单晶硅片倒角时边缘磨削力和磨削温度的研究康洪亮张伟才陈建跃陶术鹤摘要：本文对硅片倒角过程中三个最重要的因素;磨轮转速、硅片转速和圈去除量一一进行了原理分析，并倒角机进行了试验得到了比较合理的组合方案。
关键词:硅片倒角磨轮转速硅片转速圈去除量为了解决单晶硅片边缘的精密磨削问题，磨削力和磨削温度是研究磨削加工中两个最基本的物理因素，磨削力是影响磨削加工质量的主要因素。
磨削力起源于砂轮与硅片接触后产生的弹、塑性变形以及磨粒和结合剂与硅片表面之间的摩擦。
磨削温度主要是由摩擦和切屑变形能产生的。
对于脆性材料而言，由于其切屑的形成机理与金属材料有很大的不同，因此反映在磨削力和磨削温度上也有很大的不同。
1 原理分析第一阶段为滑擦阶段，内切削刃与硅片表面开始接触，硅片仅发生弹性变形。
随着切削刃切过硅片表面，进一步发生变形，法向力会稳定地上升，摩擦力及切向力同时稳定增加。
磨粒微刃不起切削作用，只在表面滑擦。
第二阶段为耕犁阶段，在滑擦阶段，摩擦逐渐加剧，越来越多的能量转化为热。
逐步增加的法向力超过了随温度上升而下降的材料屈服力时，切削刃就被压入塑性基体中，最终导致表面的隆起，这是磨削中的耕犁作用。
第三阶段为切屑形成阶段。
在滑擦和耕犁阶段，磨粒并不产生切屑。
磨粒在微小时间间隔内，当切刃切入塑性区，最终导致应力的增加，一直达到硅片材料的最大剪切能为止，这样最终导致材料的局部僵化，上升到材料的临界应力，就出现再次的剪切。
当切削厚度达到临界值时，被磨粒推挤的材料明显地滑移而形成切屑。
1.1磨削力分析磨削力ṗ可分解为相互垂直的三个分力，作用于磨削轮圆周速度方向的切向分力pz，作用于磨削深度方向径向分力py,作用于磨削轮轴线方向的轴向分力px，由于磨粒对硅片的挤压，径向力大于切向力，这是磨削加工的特征之一。
一般情况下py是pz的二至三倍(pz=py /2)。
在磨削过程中，轴向分力px较小，对于硅片倒角这种特殊的加工过程中，由于没有纵向进给，px为零。
硅片倒角属于精密磨削(精密磨削是使用金刚石刀具加工有色金属和非金属，可以直接磨出超光滑表面)。
径向力py可以按下式计算[3]py=CpyW0.7Bk (1-1)式中:Cpy为切削力系数;B为磨削轮宽度(毫米);k为磨削轮硬度系数;W为磨削轮的每一毫米宽度每分钟切下的加工量。
精密磨削是磨削的一种，服从金属磨削的普遍规律。
但与常规磨削相比，又存在较大的差别，主要有以下几个方面:(1)常规磨削中，多为炭化硅砂轮磨削黑色金属，其磨削力、磨削温度、砂轮摩擦、磨损都很大，而精密加工多为金刚石砂轮加工非金属及有色金属。
(2)常规磨削中，切削量比较大，所以剪切力比较大，其它力(如沿纵向进给方向磨削力)与之相比可忽略不计。
但在精密加工中，剪切力和摩擦力都很小，这个力就不可忽略。
(3)常规磨削中，磨削速度比较低，可以不考虑切削速度对切削力的影响。
但在超精密加工中，其磨削速度很高，因此不得不考虑速度对切削过程的影响。
综上所述，精密加工具有一些特殊的规律。
可以从滑移理论和切削动力学入手，建立精密磨削时切削力模型，进而分析切削力的影响因素，建立局部磨削力模型。
关于磨削力的数学模型，G. Werner等建立的磨削力数学模型考虑了砂轮圆周磨削刃分布的随机特性及磨削过程的动态情况，该磨削力数学模型包括了切削变形力及摩擦力等两方面。
另外，砂轮磨钝后磨粒顶部磨钝平面逐渐加大，磨削力也逐渐加大，该磨削力数学模型不能直观说明。
为此，我们对磨削力数学模型做了进一步分析，直接划分为切削变形力及摩擦力两项。
由磨削实验知，在以磨耗磨损为主要磨损的磨削过程中，未发生烧伤前，磨粒顶部磨损面积率与磨削力呈线性关系。
在不变的磨削用量条件下，法向磨削力随着砂轮磨粒顶部磨损面积率增大而线性增大，所以磨损平面与硅片间的接触压强为常数;另外，由于切向磨削力也随磨粒顶部磨损面积增大而线性增大，所以，硅片与磨损平面间的摩擦系数也是常数。
线速度提高，进给量相同，则每颗磨粒的切削厚度减小，从而使每颗磨粒上承受的切削负载减小。
这样，每颗磨粒的切削寿命可以相应的提高，同时磨削力降低，因此也提高了磨粒的结合强度。
线速度提高后，相应的增加了动力硬度，磨削时不容易产生挤压变形，减小了磨粒的滑动磨削，因此也增加了磨削轮的耐用度，增加了磨削轮的寿命。
单晶硅片倒角采用了切入磨削法。
利用公式(1-1) 估算单晶硅片倒角时的磨削力径向力： py=CpyW0.7Bk切向力： pz=py /2带入以下参数:磨削量W:粗磨削时，W=0.1835(mm3/Min·mm)。
磨削轮加工圆弧槽等效宽度(最大值):B=0.8433mm ;硬度系数:k=1.0;切入磨削法系数:Cpy = 0.11;磨削力是磨削量w的函数，粗磨削时磨削力较大。
要提高加工效率，主要是增加粗磨时硅片转速，但会增加磨削力，而过大的磨削力会造成局部表面温度过高，导致磨削时硅片碎裂。
1.2 磨削温度分析磨削时在滑擦、耕犁和切屑形成的三个阶段所消耗的能量，绝大部分都转化为热能。
这是磨削过程中磨削热产生的根源。
在一般切削加工中，大部分切削热均被切屑带走，只有少部分传入硅片。
磨削时由于砂轮的导热性能差，磨屑的体积微小，容纳热量的能力低，加之冷却液难以进入磨削区，所以大部分磨削热将传入硅片。
磨削时不仅线速度很高，而且切除单位体积材料所消耗的能也非常高，会造成磨粒与硅片接触处达到1000。
C以上的高温。
这种高温作用时间极短，作用的区域很小，仅为磨削区中有效磨粒和硅片接触的一些离散接触点。
因此对于硅片表面质量有影响，会促使磨粒与硅片的界面处发生一些物理、化学变化，对于砂轮磨损有重大影响。
对于硅片表面质量有影响的是磨削区的温度及其分布情况。
一般所说的“磨削温度”就是指磨削区的温度。
磨削时对于硅片表面及距离表面不同深处的温度分布情况是离硅片表面越远处，其温度越低。
磨削时消耗的大量能量在极短的时间变为热能，从而使磨削区的温度以1x105℃/s的数量级的加热速度急剧升温口因此硅片表层的组织将迅速变化，并产生表层残余应力。
这种情况还能造成磨削表面的热损伤，使表面出现烧伤和微裂纹。
此外，磨削区温度的急剧变化，还可能使硅片产生热变形，从而影响加工精度。
影响磨削温度的因素很多，但主要的有以下几个:(1)砂轮速度ʋs砂轮速度增大，单位时间内的工作磨粒数将增多，单个磨粒的切削厚度变小，挤压和摩擦作用加剧，滑擦热显著增多，此外还会使磨粒在硅片表面的摩擦次数增多。
所有这些都将促使磨削温度的升高。
(2)硅片速度ʋW硅片速度增大就是热源移动速度增大，硅片表面温度可能降低，但不明显。
这是由于硅片速度增大后，增大了切除量，从而增加了发热量。
因此，为了更好地降低磨削温度，应该在提高硅片速度的同时，适当降低磨削深度，使单位时间内的切除量保持为常值或略有增加。
(3)圈去除量量fx圈去除量也叫径向进给量，随着圈去除量的增大，将导致磨削过程中磨削变形力和摩擦力的增大，从而引起发热量的增多和磨削温度的升高。
磨削温度主要是由摩擦和切屑变形能产生的，该能量绝大部分转化为热量，使磨削区的温度升高。
当磨削区温度升高，磨削温度对被加工零件的表面表层组织发生变化，出现磨削烧伤，在瞬时高温作用下，表面轻微烧伤时深度约为0.01-0.02mm。
更高的瞬时温度，在磨削和冷却过程中，形成热应力，被磨表面产生较大的残余应力，这主要是由于磨削热使组织发生变化引起的，造成不均匀的热膨胀，当局部应力超过材料表面的强度极限时就产生裂纹。
对于磨削导热系数较小的材料，上述现象更加严重。
另外，高温下，磨粒的硬度大大下降，而且磨粒与被磨削材料之间产生粘结磨损与扩散磨损，这就使磨粒快速钝化，失去应有的切削能力。
在硅片边缘倒角磨削加工中产生的裂痕和小裂缝会在硅片上产生机械应力并会产生位错，尤其是在硅片制备的高温过程中这种情况更为突出。
另外，小裂缝会在生产过程中成为有害玷污物的聚集地并产生颗粒脱落。
因此通过硅片倒角，获得平滑的边缘半径，使这些不利影响降到最小是非常重要的。
此外破裂的硅片边缘在硅片制备的热处理中会引起边缘位错生长。
研究磨削热的许多文献大都引用Joager于1942年提出的运动热模型，当热流密度为q、长度为l的热源以恒定的速度Vm在无穷大物体表面上运动时，设该物体的热传导系数为k，单位体积热容量为C，则物体表面的平均温度为θ=0.754ql0.5/k (1-2)式中:q=RFtVm/bl为热流密度，R为热分配系数，Ft为切向磨削力，Vm为硅片速度，b为磨削宽度，l为磨削长度，ʋs为磨削轮速度。
因此得到计算磨削的硅片表面平均温度为:θ=0.754RFtʋs/bVw0.5l0.5(kc)0.5 (1-3)单晶硅片边缘磨削时，磨削接触面为圆弧，磨削深度不均匀，为了简化计算，假设磨削深度一致，估算粗磨削和精磨削时硅片的局部表面温度。
采用金刚石砂轮磨削单晶硅，则热分配系数R约为0. 175，单晶硅的热传导率为0. 353，热容量为4.78.2 实验部分2.1 设备和仪器W-GM4200倒角机，XY-1510影像测量仪2.2 原材料4英寸无参考面N（111）硅切割片，厚度480-520um，槽半径为228.6um的金刚石倒角砂轮。
2.3 实验过程通过倒角机按不同的倒角吸盘转速，磨轮转速和圈去除量来加工晶片，测试加工质量和效率。
3实验数据结果与分析3.1 磨削力和磨削温度随磨轮转速的变化情况项目磨轮转速（rpm）py(N) θ(℃) 边缘状况1 3000 4.23 203.71 良好2 4000 4.23 271.61 良好3 5000 4.23 339.51 良好4 6000 4.23 407.41 良好5 7000 4.23 475.31 轻微微小崩边6 8000 4.23 543.22 有崩边，发白表1 硅片随磨轮转速的变化情况（倒角转速18mm/s,圈去除量为0.3mm）从表1中可知，随磨轮转速的提高，径向分力py保持不变，而磨削区温度则呈现线性提高的趋势；且随磨轮转速提高，工作台震动增大，端跳提高，导致倒角硅片崩边概率增大。
3.2 磨削力和磨削温度随硅片速度的变化情况:项目硅片转速（mm/s）W(mm3/min·mm)py(N) θ(℃) 加工效率（片/小时）边缘状况1 9 117.48 2.61 354.67 50 良好2 12 156.65 3.19 375.68 70 良好3 15 195.81 3.73 392.82 90 良好4 18 234.97 4.23 407.41 100 良好5 21 274.13 4.72 420.17 100 良好6 24 313.29 5.18 431.54 100 良好7 27 352.45 5.63 441.83 100 轻微微小崩边8 30 391.62 6.06 451.24 100 有崩边，发白表2 硅片随硅片转速的变化情况（磨轮转速6000rpm,圈去除量为0.3mm）从表2中可知，随硅片转速的提高，径向分力py增大，但增加的越来越慢，而磨削区温度也是升高，但升高的速率变小；且随硅片转速提高，工作台和吸盘震动增大，导致倒角硅片崩边概率增大；此外，当转速提高到18mm/s时硅片加工速率保持不变，不再增加，因为此时磨削区时间时间短于机械臂取放片、对中及甩干时间。