p Materiais frágeis como silício e cerâmica são usados ​​extensivamente na indústria de semicondutores para fazer peças componentes. Os materiais cortados para ter uma superfície semelhante a um espelho produzem o melhor desempenho, mas a precisão necessária é difícil de ser alcançada em uma escala tão pequena. p Xinquan Zhang no Instituto de Tecnologia de Fabricação de Cingapura da A * STAR, junto com colegas de trabalho do mesmo instituto e da Universidade Nacional de Cingapura, desenvolveu um modelo de computador que permite aos engenheiros prever a melhor maneira de cortar diferentes materiais usando a usinagem assistida por vibração (VAM). Esta técnica interrompe periodicamente o processo de corte por meio da aplicação de deslocamento de pequena amplitude e alta frequência à ferramenta de corte.

p "Muitos pesquisadores observaram que o uso de VAM em vez de técnicas de corte convencionais permite torná-los mais limpos, cortes sem fratura para a maioria dos materiais frágeis, "explica Zhang." Porque nenhuma teoria ou modelo existe para explicar ou prever este fenômeno, decidimos investigar. "

p Na nanoescala, os materiais quebradiços exibem um certo grau de plasticidade. Cada material tem uma profundidade de corte particular que permite que ocorra um cisalhamento limpo sem lascar ou fraturar, ou abaixo, sua superfície. Este ponto, conhecido como a espessura crítica do cavaco indeformado, está diretamente relacionado com as propriedades do material e as condições de usinagem.

p Zhang e sua equipe estudaram o comportamento de diferentes materiais quebradiços cortados com VAM, durante o qual ocorrem dois modos de corte. No modo dúctil, A deformação plástica causada pelo corte é seguida por recuperação elástica e recuperação da estrutura do material entre as vibrações. O modo frágil, por outro lado, remove o material por propagação descontrolada de fissuras. Fazer um corte limpo durante o modo dúctil - antes que o modo frágil domine - é, portanto, desejável.

p Os pesquisadores modelaram o consumo de energia de cada modo em termos de remoção de material conforme a ferramenta vibratória se movia, levando em consideração a geometria da ferramenta, propriedades do material e a velocidade de corte.

p "Ao examinar o consumo de energia e a deformação do material, fomos capazes de descrever a mecânica quando o VAM mudou do modo dúctil para o frágil, "explica Zhang." Em seguida, estabelecemos um modelo para prever [as] espessuras críticas de cavacos não deformados, encontrando o ponto de transição entre os dois modos. "

p Por meio de uma série de experimentos, a equipe verificou que o modelo prevê com precisão as espessuras críticas não deformadas do chip de silício de cristal único quando cortado em várias velocidades de VAM.

p "Nosso modelo ajudará os engenheiros a selecionar parâmetros de usinagem otimizados, dependendo do material desejado, "diz Zhang." As vantagens podem incluir maior produtividade, Custos mais baixos, e melhor qualidade do produto para peças de semicondutores e outras tecnologias em nanoescala. "