Розробка математичної моделі процесу механічної обробки, необхідної для визначення оптимальних кінематичних параметрів шліфування кремнієвих структур з діелектричною ізоляцією. Аналіз концепції побудови автоматизованої системи керування верстатом.
Аннотация к работе
КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ, ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І УПРАВЛІННЯ Робота виконана на кафедрі компютеризованих систем автоматики у Кременчуцькому університеті економіки, інформаційних технологій і управління. Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Оксанич Анатолій Петрович, Кременчуцький університет економіки, інформаційних технологій і управління, завідувач кафедри компютеризованих систем автоматики. кандидат технічних наук, доцент Петренко Василь Радіславович, Кременчуцький університет економіки, інформаційних технологій і управління, завідувач кафедри інформатики. Захист відбудеться "_23.12.2005 p. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К45.124.01 при Кременчуцькому університеті економіки, інформаційних технологій і управління за адресою: 39600, м.Кремнієві структури з діелектричною ізоляцією (КСДІ), що використовуються для виготовлення вище перерахованих ІС, виготовляються з кремнієвих пластин орієнтації (111) і (100) діаметром 76 - 100 мм із наступним нанесенням на них шарів Si2, Siполі, Sn і інших технологічних шарів при високотемпературних процесах з наступною механічною обробкою. В даний час для різання зазвичай застосовують алмазні круги з внутрішньою ріжучою кромкою, а для шліфування і полірування як абразив використовуються кристали корунду, алмазу, окису хрому і т.д. у вигляді порошків різної зернистості або суспензій. В цих умовах дуже перспективним представляється пошук шляхів видалення цих ушкоджень чи зниження їхнього рівня за допомогою математичного моделювання процесів механічної обробки КСДІ і наступною оптимізацією процедури керування процесом шліфування КСДІ. Мета дисертаційної роботи - оптимізація технологічних параметрів процесу шліфування КСДІ на основі розробленої математичної моделі процесу шліфування і створення системи автоматичного керування процесом шліфування КСДІ на базі верстату САШ-420М, що забезпечує зниження рівня ушкоджень поверхневого шару КС і їхню тріщиностійкість. Встановлені обмеження на кінематичні параметри процесу шліфовки, оптимальні значення параметрів шліфувальних кругів та розроблена процедура визначення числа проходів шліфовки дозволили синтезувати і впровадити в промислову експлуатацію автоматизовану систему “АСУ-САШ” управління верстатом шліфовки САШ-420М, яка забезпечує механічну шліфовку КСДІ з підвищеним ступенем геометричної досконалості і видаленням частини порушеного шару з поверхні КС.Показано, що при шліфуванні КС причиною руйнування є короткочасний механічний і термічний удар, тривалість якого складає частку секунди. Огляд літературних джерел показав, що щодо глибини порушеного шару і розподілу залишкових напруг за його товщиною для кремнію відомостей у літературі недостатньо. Для одержання експериментальних даних і оптимізації процесу шліфування кремнієвих структур у промислових умовах виникла необхідність розробки промислового обладнання, що дозволяє в автоматизованому (програмованому) режимі здійснювати процес шліфування кремнієвих структур різної конфігурації. Розподіл залишкових напруг по товщині КСДІ в роботі знаходився механічним методом шляхом послідовного зняття шарів травленням і виміром відповідного вигину після кожного травлення. За результатами експерименту була отримана в табличному виді представлена на рис 1. деформаційна крива f(a), що задає зміну вигину КС f у залежності від товщини знятого шару a.Співвідношення (9) не враховують високих швидкостей деформації і високої температури в зоні контакту КС і кругу. З урахуванням (16) обмеження на швидкість обертання столу і кругу матиме вигляд Задаючись максимальним вилетом зерна зі звязки, рівним 0.4?, було отримане обмеження глибини шліфування t<0.9?. З 18 одержуємо обмеження на глибину шліфування при заданих товщині порушеного шару і межі міцності: , (19) де d0 - товщина порушеного шару. Показано, що для забезпечення оптимізованої процедури шліфування необхідне дотримання обмежень на відношення швидкостей обертання столу і кругів (), обмеження на глибину шліфування (t) і максимальну глибину шліфування (dkp ), на якій відбуваються руйнування.Розроблено методику теоретичної оцінки складових сил різання на верстатах типу САШ-420 у залежності від кінематичних характеристик верстата, параметрів шліфувального кругу і пластини. Показано, що сила, з якою круг діє на пластину, істотно залежить від взаємного положення кругу і пластини в процесі шліфування і досягає максимального значення в момент зіткнення кругу з деталлю і сходу кругу з деталі. Приведено конкретний приклад моделювання: у якості вихідних даних прийнятий усереднений розподіл залишкових напруг і усереднений початковий прогин, розраховані експериментально після нарощування ПК, і отримані епюри напруг і прогини на всіх етапах обробки, включаючи готову структуру КСДІ. Підсумки моделювання показують, що перерозподіл напруг у пластині, що виникають у процесі механічної обробки, визначає її вигин на кожному етапі обробки, але не може служити причиною тріщиноутворення.