CN103568141A - 一种大直径、超长度高纯硅晶体切割方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径、超长度高纯硅晶体切割方法及设备，工艺为先对高纯硅晶体通过吸振材料粘接后过度装夹；再通过数控自动编程软件系统对切割高纯硅晶体图形进行编排处理；然后通过电镀金刚石砂线主切削运动为垂直往复运动，辅助切削运动为自转运动对高纯硅晶体切削；设备包括电镀金刚石砂线、工作平台、摇臂、曲柄摇杆机构和石墨粘块；采用电镀金刚石砂线作为刀具，大大提高高纯硅晶体加工范围，尤其针对大直径、超长度的高纯硅晶体；使用电镀金刚石砂线参与切削面积小，材料利用率有效提高；通过控制切削速度，降低了加工表面的粗糙度，提高效率及成品率；由于采用了吸振材料粘接后过度装夹，改善了高纯硅晶体受力方式，提高产品成品率。

Description

一种大直径、超长度高纯硅晶体切割方法及设备

技术领域

    本发明涉及一种硅晶体的切割工艺和设备，特别涉及一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割工艺和设备。

背景技术

    因高纯硅晶体材料固有的物理机械性能，对于较大直径、一定加工长度、复杂结构表面的加工，大致可分为两种情况:

    第一、标准圆表面的加工，采用吸振材料过度装夹、成型金刚石刀具套料加工的方式进行。工艺步骤：刀具装夹找正→高纯硅晶体装夹找正→套料加工→表面处理研磨。

    第二、复杂结构表面的加工，采用标准通用机床、吸振材料过度装夹、金刚石刀具加工的方式进行。工艺步骤：刀具装夹找正→高纯硅晶体重复装夹找正→重复加工→表面处理研磨。该方式根据加工表面复杂程度，确定高纯硅晶体重复装夹找正次数，一般情况下至少需两次以上装夹找正。

    上述两种情况，存在的的主要问题有:

   （1）高纯硅晶体加工长度受工艺方法及刀具设备的限制，一般加工长度都小于400mm，受刀具加工精度、机床回转精度、刀具装夹精度等因素限制，套料加工直径小于127mm。

   （2）刀具参与切削面积大，材料利用率低下。

   （3）受切削速度的影响，加工的高纯硅晶体表面粗糙度较大，无法实现表面精细加工，加工表面均需研磨处理，导致加工效率较低，成品率。

   （4）因高纯硅晶体在加工过程中受装夹受力方式的制约，导致高纯硅晶体加工成品率低下。

   （5）上述两种情况的加工，要求操作人员具有较高的技能水平，具有较为丰富的机械加工经验。

发明内容

     本发明针对上述不足之处，提供了一种大直径、超长度高纯硅晶体切割工艺及设备，该工艺中采用电镀金刚石砂线作为刀具以及不同的工艺步骤，解决了大直径、大长度高纯硅晶体表面加工的技术难题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割工艺，其特征在于：

a.首先对高纯硅晶体通过吸振材料粘接后过度装夹；

b.再通过数控自动编程软件系统对切割高纯硅晶体图形进行编排处理；

c.然后通过电镀金刚石砂线对高纯硅晶体切削，其主切削运动为电镀金刚石砂线垂直往复运动、辅助切削运动为电镀金刚石砂线自转运动。

    作为优选，所述c步骤为了保证加工高纯硅晶体表面质量，提高电镀金钢石砂线使用寿命，选择所需金刚石的粒度为0.074-0.15mm，制作电镀金刚石砂线；根据切割高纯硅晶体长度，确定电镀金刚石砂线的直径为2.5-4.5mm；所述步骤c中，主切削运动参数速度控制在5-8mm/s之间，辅助切削为恒定速度，转速为100rpm。

作为优选，高纯硅晶体的切割长度为400-800mm。

本发明还提供一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割设备，其特征在于：包括电镀金刚石砂线、工作平台、安装电镀金刚石砂线的摇臂、安装固定摇臂的曲柄摇杆机构和石墨粘块。

作为优选，所述高纯硅晶体粘接在石墨粘块上，石墨粘块粘接后过度装夹在线切设备工作台上，电镀金刚石砂线固定在线切设备摇臂上，由主电机通过三角带传动到曲柄摇杆机构，让电镀金刚石砂线作主切削运动，辅助电机让电镀金刚石砂线作辅助切削运动。

作为优选，主切削运动为电镀金刚石砂线垂直往复运动，辅助切削运动为电镀金刚石砂线自转运动。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

一、由于采用电镀金刚石砂线作为刀具，大大提高高纯硅晶体加工范围，尤其针对大直径、超长度的高纯硅晶体；

二、根据高纯硅晶体的长度，选择电镀金刚石砂线直径，使电镀金刚石砂线参与切削面积小，材料利用率有效提高；

三、通过控制切削速度，降低了加工表面的粗糙度，不需进行表面精细加工，提高效率及成品率；

四、采用了吸振材料粘接后过度装夹，由此改善了高纯硅晶体受力方式，提高了工序产品的成品率；

五、电镀金刚石砂线作为切割刀具，其切割运动精度取决于设备自身精度，一般情况下整个工序控制无需人为调整，操作人员进行简单的技能培训，具有数控设备操作能力即可上岗操作，降低用工成本，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明工件切割示意图；

图2为本发明工作台、工件与砂线相对位置示意图，进给运动由工作台X轴、Y轴步进电机控制进给；

图3为本发明工件和砂线的装配示意图；

图中：1-电镀金刚石砂线、2-高纯硅晶体、3-石墨粘块、4-工作台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参阅图1、图2和图3，一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割工艺，首先对高纯硅晶体2通过吸振材料粘接后过度装夹，减小切削过程中振动对高纯硅晶体的影响改善高纯硅晶体受力方式。再通过简单直观的绘图工具，将所要进行切割的高纯硅晶体形状描绘出来，将描绘出来的图形进行编排处理，再通过数控自动编程软件系统处理成一定格式的加工程序。然后通过电镀金刚石砂线1对高纯硅晶体2切削，其主切削运动为电镀金刚石砂线1垂直往复运动、辅助切削运动为电镀金刚石砂线1自转运动。选择粒度为0.074-0.15mm的金刚石，制作电镀金刚石砂线1，以保证加高纯硅晶体2表面质量，提高电镀金钢石砂线1使用寿命；根据切割高纯硅晶体2长度，确定电镀金刚石砂线1的直径，以提高高纯硅晶体2加工表面质量及提高高纯硅晶体2材料利用率，一般采用φ为2.5-4.5mm，其参与切削面积小；通过结合切削与研磨，将主切削运动参数速度控制在5-8mm/s，辅助切削选为恒定速度，转速为100rpm，以提高加高纯硅晶体2表面质量及成品率，所述工艺可切割高纯硅晶体2的范围为400-800mm。

所述切割工艺中的一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割设备，包括电镀金刚石砂线1、工作平台4、安装电镀金刚石砂线的摇臂、安装固定摇臂的曲柄摇杆机构和石墨粘块3，所述高纯硅晶体2粘接在石墨粘块3上，石墨粘块3粘接后过度装夹在线切设备工作台4上，电镀金刚石砂线1固定在线切设备摇臂上，由主电机通过三角带传动到曲柄摇杆机构，让电镀金刚石砂线1作垂直往复的主切削运动，辅助电机让电镀金刚石砂线1作自转运动的辅助切削运动，实现高纯硅晶体2切割。

本发明实施例为较佳实施方式，但其具体实施并不限于此，本领域的普通技术人员极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，只要不脱离本发明，都属本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割工艺，其特征在于，工艺步骤为：

a.首先对高纯硅晶体通过吸振材料粘接后过度装夹；

b.再通过数控自动编程软件系统对切割高纯硅晶体图形进行编排处理；

c.然后通过电镀金刚石砂线对高纯硅晶体切削，其主切削运动为电镀金刚石砂线垂直往复运动，辅助切削运动为电镀金刚石砂线自转运动。

2.根据权利要求1所述的一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割工艺，其特征在于：所述步骤c中电镀金刚石砂线选用粒度为0.074-0.15mm的金刚石制作。

3.根据权利要求1所述的一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割工艺，其特征在于：所述步骤c中电镀金刚石砂线的直径为2.5-4.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割工艺，其特征在于：所述步骤c中，主切削运动参数速度控制在5-8mm/s之间，辅助切削为恒定速度，转速为100rpm。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割工艺，其特征在于：高纯硅晶体的切割长度为400-800mm。

6.一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割设备，其特征在于：包括电镀金刚石砂线、工作平台、安装电镀金刚石砂线的摇臂、安装固定摇臂的曲柄摇杆机构和石墨粘块。

7.根据权利要求6所述的大直径、超长度高纯硅晶体的切割设备，其特征在于：所述高纯硅晶体粘接在石墨粘块上，石墨粘块粘接后过度装夹在线切设备工作台上，电镀金刚石砂线固定在线切设备摇臂上，由主电机通过三角带传动到曲柄摇杆机构，让电镀金刚石砂线作主切削运动，辅助电机让电镀金刚石砂线作辅助切削运动。

8.根据权利要求7所述的大直径、超长度高纯硅晶体的切割设备，其特征在于：主切削运动为电镀金刚石砂线垂直往复运动，辅助切削运动为电镀金刚石砂线自转运动。

9.根据权利要求6所述的一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割设备，其特征在于：所述电镀金刚石砂线选用粒度为0.074-0.15mm的金刚石制作；电镀金刚石砂线的直径为2.5-4.5mm。

10.根据权利要求7或8所述的一种大直径、超长度高纯硅晶体的切割设备，其特征在于：所述主切削运动参数速度控制在5-8mm/s之间，辅助切削为恒定速度，转速为100rpm。

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