凝结沙粒金刚石条行工艺的探讨

凝结沙粒金刚石条行工艺的探讨 文章来源：中国切割机网

　
　　金刚石线锯技术是使用高硬度的金刚石作为磨料进行线切割的一种新技术，能够对硬脆材料进行精密、窄锯缝切割，且可实现成形加工。其典型磨粒尺寸为数十个微米，同时具备线锯切割的特点。
　　根据磨粒的类型，分为游离磨粒和固结磨粒两类；根据锯丝的运动方式和机床结构，可分为单线切割和多线切割。目前在光电子工业中使用为广泛的是往复式多线切割。随着加工技术的不断发展，固结磨料金刚石线锯以其切割时间短、切断加工效率高和环保等因素正逐渐代替游离磨粒线锯。但由于资金、技术和工艺的限制，我国对固结磨粒金刚石线锯技术的研究起步相对较晚，线锯设备主要靠引进为主，研究落后于应用。
　　本文利用目前国内现有的加工设备和国际上较好的金刚石线锯丝，通过对走丝速度、锯丝张力、切割速度和切割截面质量等技术参数的试验比较，以及金刚石线锯丝失效机理等分析，对硅材料的固结磨料金刚石线锯技术进行了探索与研究。
　　1固结磨粒金刚石线锯工艺原理固结磨料金刚石线锯工艺是一种磨削加工，一般选用外径为01505mm的镀覆金刚石磨料锯丝进行切割。金刚石磨料采用电镀或浸渍办法固定在钢切割线上，金刚石线锯丝的结构.
　　将金刚石线锯丝缠绕在线轴上，在电动机带动下，金刚石线锯丝在输入线轴和输出线轴间高速运动，硅材料做径向进给，在冷却液辅助下，完成材料的线锯。
　　2线锯试验及其工艺参数分析21固结磨料金刚石线锯设备试验设备采用改装的XJ400线切割机.
　　XJ400线切割机由储丝系统、线架系统、工作台进给系统和丝线张紧系统组成。三个电动机驱动，四线同时切割。
　　22金刚石线锯丝与被切割材料电镀金刚石线锯丝采用日本旭日（ASAHIDIAMOND）公司新产品，规格为025-30-40（0330mm）（注：钢切割线裸径为025mm，金刚石磨料粒度为3040m，镀覆金刚石磨料后的锯丝直径为0330mm）。被切割材料：太阳能单晶硅材料和铸锭多晶硅。
　　23线锯方式线锯方式为从上往下切割。
　　3试验数据及分析31走丝速度对切割速度调整及切割表面质量的影响试验条件：导轮间距为400mm，锯丝张力N25N，四线同时切割，被切割材料为6in太阳能单晶硅材料，切削冷却液为ML704等。
　　考虑到试验成本等因素，走丝速度的试验数值取在常用范围之内，在走丝速度V　95m/s附近各取12个数据，以观察走丝速度增减对切割速度调整及切割表面质量的影响，的线锯试验结果。走丝速度在坐标图上与切割时间呈单向减函数，如图3所示。
　　张力N　25N时走丝速度与切割时间关系表1中数据显示走丝速度增加，可允许切割速度做相应提高调整（减少切割时间）；且走丝速度与切割速度同时改变时，对切割面平面度、表面粗糙度影响很小，几乎可以忽略。
　　32锯丝张力对切割速度调整及切割表面质量的影响试验条件：导轮间距为400mm，走丝速度V95m/s，四线同时切割，被切割材料为6in太阳能单晶硅材料，切削冷却液为ML704等，得到锯丝张力对切割时间、表面质量的影响如表2所示的数据。
　　的线锯试验结果。改变锯丝张力时，切割时间变化不大，切割速度基本不做调整；但锯丝张力变化对切割面平面度和表面粗糙度的影响较大，33单晶硅与多晶硅的切割比较试验中，除了切太阳能单晶硅，同时对多晶硅进在走丝速度V　95m/s、锯丝张力N　25N、四线同时切割的条件下，分别切割6in太阳能多晶硅材料和6in太阳能单晶硅材料，前者切割时间为3h10min，而后者切割时间是2h35min.
　　同样的截面积，切割多晶硅所用的时间要比单晶硅长20左右，这主要与单晶硅分子排列整齐、材质均匀，以及硬度较低等有关。
　　34锯丝的失效形式及原因分析通过金刚石线锯试验发现，锯丝的失效形式主要表现为断丝和切不动。
　　断丝的原因之一是受到冲击，一般切割中间匀速走丝极少出现断丝。当走丝到头反转时，若电动机的软停车、软启动设置不好，则锯丝受到冲击会造成断丝。
　　断丝的另一个原因是锯线本身的质量问题，如线芯的直径、弹性和强度等。
　　切不动的主要原因是锯丝上的金刚石脱落严重，当切割一定的截面积后，金刚石的切削效率明显下降，用放大镜观察锯丝的表面，金刚石明显减少，手感比较光滑，这说明涂在线上的金刚石已经大部分脱落而失去切削功能。
　　切不动的另一种情况是涂层剥落，即电镀层剥落母体，这种情况大多发生在冷却液失效的情况下，无润滑功能导致涂层剥落而使金刚石线锯丝失效。
　　35导轮对切割加工的影响在试验中同样发现，导轮是金刚石线锯的关键部件，直接影响切割表面的精度和表面粗糙度。
　　采用钢质导轮时，切割精度高，但导轮自身磨损([url=http://www.chilun.org/ypnew_view.asp?id=2944]齿轮磨损功率失误运算探讨[/url])比较快。
　　采用树脂导轮时，切割表面的精度较低，但导轮使用寿命长，且对金刚石线锯丝有保护作用，是软接触，锯丝上的金刚石颗粒不容易脱落。
　　在实际切割时，采用钢质导轮表面涂覆树脂（聚胺脂）是较为有效的方法。
　　4结语通过试验及数据分析，可以得出以下结论。
　　1）固结磨料电镀金刚石线锯的走丝速度与切割速度调整相关度较大，在条件允许的情况下为提高切割速度尽可能提高走丝速度。
　　2）锯丝张力在一定范围内与切割速度相关度不大，但锯丝张力提高，可以提高线切割截面的平面度，降低表面粗糙度。
　　3）切割单晶硅的效率比切割多晶硅的效率高。
　　4）锯丝的失效主要表现为断丝和切不动，断丝的主要原因是受冲击过大或锯丝的自身质量问题等。
　　切不动的主要原因是冷却液润滑失效等所致的镀层剥离。
　　固结磨粒金刚石线锯是一种相对较新的技术，近十几年来得到快速发展，在硬脆性材料加工领域的应用日益广泛，但对其基本机理的认识还较浅，尤其是微观切削机理、锯丝失效的机理等方面的理论尚不成熟，还有待进一步探索。　
　

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