敏感元器件封装玻璃微铣削加工技术研究

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功能型敏感元器件微传感器在军工、航天航空等众多高科技领域的应用越来越广泛,对其性能的要求也越来越高。电子玻璃是敏感元器件的主要封装材料,但是封装后较厚且不均匀的玻璃层降低了内部敏感元器件的动态响应等性能,进而影响了敏感元器件微传感器的使用性能。虽然通过后续加工改变其封装层厚度和轮廓形貌可以提高敏感元器件微传感器的使用性能,但是其内部的敏感元器件和外围不规则的封装层形状限制了很多加工方法的使用。结合实际需求和不同加工方法的特点,本课题提出采用微铣削的方法对电子玻璃进行塑性域加工,采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法,研究电子玻璃材料的力学性能和加工特性,理论分析电子玻璃材料塑性域切削机理及实现条件,预测切削力的变化趋势,探索加工参数对电子玻璃塑性域微铣削的影响规律,对于最终获得理想厚度和轮廓形貌的电子玻璃封装层,提高敏感元器件微传感器的使用性能,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文在考虑实际加工中多次切削成型特点的基础上,通过维氏压痕实验和纳米压痕实验测得了电子玻璃材料的基本力学性能参数,计算并绘制了应力-应变曲线,研究了垂直加载过程中产生裂纹的临界条件及不同加载次数对材料弹塑性回复率和脆塑性的影响,同时理论上分析计算了电子玻璃材料微铣削加工机理及稳定切削的条件,建立了平头铣刀微铣削加工的切削力模型,并拟合了切削力参数,通过实验验证了模型的合理性,预测了切削力的变化趋势。采用有限元方法,建立了电子玻璃材料微铣削加工的三维仿真模型,研究了主轴转速、每刃进给量和轴向切削深度在选定的铣削参数范围内对电子玻璃材料塑性域微铣削加工过程的影响规律,分析预测了实现电子玻璃材料塑性域加工的参数范围。在预测结果的基础上,利用不同材质的刀具对电子玻璃塑性域微铣削参数范围进行了探究试验和验证实验,将电子玻璃塑性域加工的参数范围先是进一步缩小,而后通过实验验证并最终确定参数范围,实现了电子玻璃的塑性域加工,最终减薄了敏感元器件微传感器外围封装层玻璃的厚度,得到了无裂纹的优质加工表面,并简析了试验过程中刀具的磨损情况和注意事项。
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