CN102380915A - 一种扭转形态的切割用金属丝及其制作装置和制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扭转形态的切割用金属丝及其制作装置和制作方法，该金属丝为横截面是椭圆形或多边形的异形丝，该金属丝在轴向上扭转；该金属丝通过金属丝扭转机构制作。本发明提供的扭转形态的切割用金属丝及其制作装置和制作方法，由于金属丝发生了扭转，使其原有的结构在一定的空间范围内扩展分布，使金属丝原有凹陷处分布得更加立体，提高了金属丝携带磨料的能力，改善了切割效果；并且扭转后的金属丝在切割过程中产生旋转效应，在增加额外切削力的同时可以大幅提高切削下来的硅粉、硅粒的带出率，同时增加冷却效果；能够提高硅料、宝石等切割分片工艺过程的生产效率10％以上，同时也能有效提高分片后的材料的表面质量。

Description

一种扭转形态的切割用金属丝及其制作装置和制作方法
技术领域
本发明涉及切割用金属丝，尤其涉及一种扭转形态的切割用金属丝及其制作装置和制作方法。
背景技术
在电子和太阳能领域的单晶硅、多晶硅，LED领域的宝石等硬质材料的分割切片工艺中，目前使用最多的就是利用直线型的金属单丝，在一定张力作用下，通过单向或往复运动的方式来切割分片。金属单丝运动时，通过砂浆输运和喷射系统，在金属单丝与硅棒等被切割物接触之前，将含有极高硬度的磨料颗粒的砂浆喷射金属单丝上，这些具有极高硬度的磨料颗粒被金属单丝带人切割口，与硅棒、宝石等被切割物体进行不断的研磨，实现对硅棒、宝石等被切割物的切割分片。因此，金属单丝携带含有极高硬度的磨料颗粒的砂浆能力就至关重要，是能否高效、高质量地切割分片硅料、宝石等物体的重要保证。
在圆丝基础上改进的具有一定椭圆度的圆丝、异形丝或者有一定波长的曲线形丝，与直丝相比能够在一定程度上提高携带磨料颗粒的能力，但提高能力有限，还是容易存在切片表面有线痕缺陷等质量或工艺问题。
通过使金属丝的扭转使金属丝原有的结构在一定的空间范围内扩展分布，使金属丝原有凹陷处分布得更加立体，进一步提高金属丝携带磨料的能力，改善切割效果。而且扭转后的异形钢丝在切割过程中会产生旋转效应，增加额外切削力的同时可以大幅提高切削下来的硅粉、硅粒的带出率，同时增加冷却效果。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种扭转形态的切割用金属丝，通过扭转金属丝将其原有的结构在一定的空间范围内扩展分布，将金属丝原有的凹陷处分布得更加立体，提高其携带磨料颗粒的能力，以改善切割效果。本发明同时提供了一种制作该扭转形态的切割用金属丝的制作装置和制作方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种扭转形态的切割用金属丝，该金属丝为横截面是椭圆形或多边形的异形丝，该金属丝在轴向上扭转。
由于金属丝发生了扭转，使其原有的结构在一定的空间范围内扩展分布，使金属丝原有凹陷处分布得更加立体，提高了金属丝携带磨料的能力，改善了切割效果；并且扭转后的金属丝在切割过程中产生旋转效应，在增加额外切削力的同时可以大幅提高切削下来的硅粉、硅粒的带出率，同时增加冷却效果。
该金属丝可以为具有波形的曲线金属丝，优选波形的波长在0.1～30mm范围内，波高在0.05～5mm范围内。
对于横截面为椭圆形的异形丝，优选的长轴和短轴都在0.05～0.5mm范围内，且椭圆度大于0.05；更为优选的长轴和短轴都在0.08～0.30mm范围内，且椭圆度大于0.1。
对于横截面为多边形的异形丝，优选的多边形的长边在0.05～5mm范围内，且长边和短边的比在1∶1～1∶0.1范围内。
一种制作上述扭转形态的切割用金属丝的装置，包括收线轮、收线过线轮、金属丝扭转机构、放线过线轮和放线轮，未扭转的金属丝依次通过放线轮、放线过线轮放线后，进入金属丝扭转机构扭转后成为扭转的金属丝，扭转的金属丝依次通过收线过线轮、收线轮收线。
上述装置在保证金属丝收线速度不变的情况下，通过改变金属丝扭转机构的转速和扭转放线可以改变金属丝的扭转方向和扭矩，形成具有一定扭转度的金属丝。
通过金属丝扭转机构可以让金属丝产生扭转，该机构可以采用过线轮在同一平面不同水平线上交错放置，由电机控制整个旋转机构，在金属丝收线速度不变的情况下，改变旋转机构的旋转方向、旋转速度来改变钢丝的旋向和扭矩，使金属丝的旋向、扭矩可控。钢丝行业中使用的虚捻器即可实现该功能。
一种采用上述装置制作扭转形态的切割用金属丝的方法，包括如下步骤：
(1)对未扭转的金属丝施加张力，同时通过金属丝扭转机构对其施加扭矩，使金属丝沿轴向方向发生扭转并发生塑性变形；
(2)通过收线过线轮将扭转后的金属丝排布在收线轮上，保证收线轮与金属丝扭转机构具有相同的转速，其中金属丝扭转机构的转速和金属丝的扭转速/旋转度一致；
所述金属丝的扭转角度由放线速度和金属丝扭转机构的转速控制；金属丝的扭转速度优选在0～3000转/min。
所述步骤(1)中，金属丝扭转机构的扭转方向为顺时针方向或逆时针方向，并且扭转方向间歇性变换，变换频次为0～120次/min。
所述金属丝的扭转角度大于1°/m。
有益效果：本发明提供的扭转形态的切割用金属丝及其制作装置和制作方法，由于金属丝发生了扭转，使其原有的结构在一定的空间范围内扩展分布，使金属丝原有凹陷处分布得更加立体，提高了金属丝携带磨料的能力，改善了切割效果；并且扭转后的金属丝在切割过程中产生旋转效应，在增加额外切削力的同时可以大幅提高切削下来的硅粉、硅粒的带出率，同时增加冷却效果；能够提高硅料、宝石等切割分片工艺过程的生产效率10％以上，同时也能有效提高分片后的材料的表面质量。
附图说明
图1是本发明制作装置的结构示意图；
图2是实施例1制得金属丝的横截面；
图3是实施例1制得金属丝的扭转结构示意图；
图4是实施例2制得金属丝的横截面；
图5是实施例2制得金属丝的扭转结构示意图；
图6是实施例3制得金属丝的结构示意图；
图7是实例例3制得金属丝交替扭转θ度后的示意图；
图8是实例例3所述金属丝交替扭转θ度后y-z轴向的侧视图。
图9是实例例3所述金属丝经过不定角度交替扭转后的示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种制作扭转形态的切割用金属丝1的装置，包括收线轮7、收线过线轮6、金属丝扭转机构4(包括过线轮3等4个过线轮)、放线过线轮2和放线轮，未扭转的金属丝依次通过放线轮、放线过线轮2放线后，进入金属丝扭转机构4扭转后成为扭转的金属丝，扭转的金属丝依次通过收线过线轮6、收线轮7收线。
采用上述装置制作扭转形态的切割用金属丝的方法，具体包括如下步骤：
(1)对未扭转的金属丝施加张力，同时通过金属丝扭转机构4对其施加扭矩，使金属丝沿轴向方向发生扭转并发生塑性变形；
(2)通过收线过线轮6将扭转后的金属丝排布在收线轮7上，保证收线轮7与金属丝扭转机构4具有相同的转速。
实施例1
使用图1所示装置制作扭转形态的切割用金属丝的步骤：
(1)金属丝放线，金属丝的截面形状可以为具有椭圆度的圆形、三角形等异形钢丝，金属丝也可以是有一定波形的曲线形丝，本例中为图2所示的等边三角形；
(2)对金属丝施加张力，同时对金属丝施加扭矩，使金属丝沿轴向方向扭转并发生塑性变形；
(3)通过收线过线轮6使金属丝排布在收线轮7上，且收线轮7与金属丝扭转机构4具有相同的旋转速度。
本例步骤(2)中，金属丝旋转速度为500转/分钟，旋转方向为顺时针方向，旋转方向不变化，金属丝的放线速度为200米/分钟，金属丝的旋转角度为900度/米。
如图2、3所示，本实施例制得的金属丝1的横截面为等边三角形，三角形的边长为1mm，其外接圆的直径为1.155mm，金属丝1的旋转外径是1.155mm，扭矩为0.4m。
实施例2
使用图1所示装置制作扭转形态的切割用金属丝的步骤：
(1)先加工出长轴为0.2mm，短轴为0.1mm的椭圆形截面的金属丝，椭圆度为0.5；
(2)对金属丝施加张力，同时对金属丝施加扭矩，使金属丝沿轴线方向旋转并发生塑性变形；
(3)通过收线过线轮6使金属丝排布在收线轮7上，且收线轮7与金属丝扭转机构4具有相同的旋转速度。
本例步骤(2)中，金属丝旋转的速度为800转/分钟，旋转方向为顺时针方向，旋转方向不变化，金属丝的放线速度为800米/分钟；金属丝的旋转角度360度/米。
如图4、5所示，本实施例制得的金属丝的横截面为椭圆形，椭圆形的长轴为0.2mm，短轴为0.1mm，金属丝的椭圆度为0.5，金属丝的旋转外径是0.2mm，扭矩为1m。
椭圆度＝(最大外径-最小外径)/标称外径。
实施例3
使用图1所示装置制作扭转形态的切割用金属丝的步骤：
(1)先加工出波高为1mm，波长为20mm的椭圆形截面曲线形金属丝，椭圆形的长轴为0.8mm，短轴为0.3mm，截面的椭圆度为0.625；
(2)对金属丝施加张力，同时对金属丝施加扭矩，使金属丝沿轴线方向旋转并发生塑性变形；
(3)通过收线过线轮6使金属丝排布在收线轮7上，且收线轮7与金属丝扭转机构4具有相同的旋转速度。
如图6所示，是本例步骤(1)中所示的截面为椭圆形的曲线形丝。
如图7所示，是将本例步骤(2)中金属丝旋转的速度为50转/min，金属丝的放线速度为400m/min，扭转方向为顺时针和逆时针交替，扭转方向变换频次为100次/min。将如图6所示曲线形金属丝按照扭转角度为θ反复改变扭转方向后在轴向视图呈现图7的V形。金属丝的旋转外径是1.5mm，每4m变换一次波峰方向。
图8是本例加工成型的一种交替旋转θ角曲线形丝的轴视图，
图9所示为钢丝经过交替扭转不定角度后的示意图。是将本实例的步骤(2)中，金属丝旋转的速度为800转/min，金属丝的放线速度为800m/min，通过调节扭转机构，使扭转方向为顺时针和逆时针交替，扭转方向以及扭转角度在允许范围内随机变换，最终形成曲线形丝的各单独波峰之间的扭转角度不同，例如其中扭转角度θ1＝60度、θ2＝30度。金属丝的旋转外径是2mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种扭转形态的切割用金属丝，其特征在于：该金属丝为横截面是椭圆形或多边形的异形丝，该金属丝在轴向上扭转。
2.根据权利要求1所述的扭转形态的切割用金属丝，其特征在于：该金属丝为具有波形的曲线金属丝。
3.根据权利要求2所述的扭转形态的切割用金属丝，其特征在于：所述波形的波长在0.1～30mm范围内，波高在0.05～5mm范围内。
4.根据权利要求1或2所述的扭转形态的切割用金属丝，其特征在于：横截面为椭圆形的异形丝，椭圆形的长轴和短轴都在0.05～0.5mm范围内，且椭圆度大于0.05；横截面为多边形的异形丝，多边形的长边在0.05～5mm范围内，且长边和短边的比在1∶1～1∶0.1范围内。
5.一种制作权利要求1所述的扭转形态的切割用金属丝的装置，其特征在于：该装置包括收线轮、收线过线轮、金属丝扭转机构(由过线轮3等4个过线轮组成)、放线过线轮和放线轮，未扭转的金属丝依次通过放线轮、放线过线轮放线后，进入金属丝扭转机构扭转后成为扭转的金属丝，扭转的金属丝依次通过收线过线轮、收线轮收线。
6.一种采用权利要求5所述的装置制作扭转形态的切割用金属丝的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)对未扭转的金属丝施加张力，同时通过金属丝扭转机构对其施加扭矩，使金属丝沿轴向方向发生扭转并发生塑性变形；
(2)通过收线过线轮将扭转后的金属丝排布在收线轮上，保证收线轮与金属丝扭转机构具有相同的转速，其中金属丝扭转机构的转速和金属丝的扭转速度一致；
所述金属丝的扭转角度由放线速度和金属丝扭转机构的转速控制。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，金属丝扭转机构的扭转方向间歇性变换，变换频次为0～120次/min。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述金属丝的扭转角度大于1°/m。
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