CN104152974B - 一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，包括设有搅拌机的砂缸、对应的设置在砂缸上方的砂浆回流盒、以及对应的设置在砂浆回流盒上方并通过上固定座和下固定座固定的立式镀槽；还包括用于对钢丝线进行上砂的电镀电源组，所述电镀电源组包括单向或双向矩形脉冲电源，其正极端接所述进线导电轮上，负极端接所述出线导电轮上；以及直流稳流电源，其正极端接所述立式镀槽的阳极，负极端接所述进线导电轮上。本发明的设备中采用单向或双向脉冲和直流稳流相叠加的电镀电源组，使微粉在机械力并借助电场力的作用下实现快速上砂，上砂后的钢丝线经过立式镀槽对附着在钢丝线上的微粉进行加牢，保证上砂的均匀性和上砂密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备。
背景技术
电镀金刚石线锯是利用电镀工艺将金刚石微粉结固在高强度的金属丝线上作为一种切割的工具。
目前，电镀金刚石线锯应用的领域有：
1、太阳能领域：单晶硅、多晶硅的开方与切片；
2、LED领域：蓝宝石的开方与切片：
3、其他领域：硬磁性材料、陶瓷、水晶玻璃、宝石、玉石等贵硬非金属材料的切割。
使用电镀金刚石线锯的切割优势是：
1、比树脂结合的金刚石线锯耐用；
2、比砂浆游离切割的效率高，且对环境污染小。
国内电镀金刚石线锯的现状：
国内目前单晶硅、多晶硅和蓝宝石大多采用不锈钢线砂浆游离切割；由于切割速度慢，废砂浆污染环境，有逐步被淘汰的趋势；有一小部分厂家也在采用树脂结合的金刚石线锯，由于其耐用度比电镀金刚石线锯差，所以已有很多厂家正在逐步采用电镀金刚石线锯。
3、电镀金刚石切割线虽然有很多优点，但在工业化大规模生产过程中产品质量或生产效率难以平衡和控制，目前国内在售或使用的金刚石线锯电镀设备，核心的上砂形式有如下几种：
a.埋砂法：将金属丝线埋入浸泡在瓦特溶液的金刚石微粉中，通过直流电将金刚石微粉吸附在金属丝线表面，达到上砂的目的；该方法有静止埋砂法和匀速运动埋砂法两种方式，金刚石微粉在此过程中是处于静止的，金属丝线是静止或直线运动的。
b.悬浮上砂法：将带电的金属丝线通过含金刚石微粉浓度很高、且带有搅拌的电镀液中，接触到金刚石微粉而达到上砂目的的方法；该方法按走线形式分水平、垂直、倾斜式三种；该方法按布线形式分芯线直走和芯线来回缠绕两种；悬浮上砂法最主要的特点是：(1)金刚石微粉是通过机械或空气来搅动而悬浮在电镀液中的；(2)使用的金刚石微粉是镀镍金刚石微粉；(3)上砂电镀电源基本上都是采用直流电源。
虽然有个别厂家也能生产，生产效率也有突破，然而因为设备的系统设计和结构设计不合理，不同程度上均存在以下缺点：
1、上砂用电镀电源配置单一，要么仅采用直流电镀电源，要么仅采用脉冲电镀电源，导致钢丝线在上砂时要么速度慢，要么过快而导致上砂不牢固。
仅采用直流电镀电源的缺点是：上砂量极低，尤其在高速电镀过程中更加无法上砂。仅采用脉冲电镀电源的缺点是：上砂的牢固度非常低，通过换向轮输送后容易产生大面积掉砂，而形成钢丝线单边上砂的情况，而本领域中还没有一种能够实现将直流电镀和脉冲电镀相结合以解决上述上砂问题的技术方案。
2、生产效率低。由于金刚石微粉的特性，上砂时一般情况下只能采取低电流和低电压进行电镀，所以后的金刚石与钢丝的结合力很小，只能延长电镀时间加牢其结合力，否则与导电轮或托线轮接触时，会导致金刚石微粉脱落，使上砂失败。
3、上砂均匀性差。埋砂法容易造成金刚石微粉叠加堆积；悬浮上砂法虽然不会形成金刚石微粉叠加堆积，但经过导电轮或托线轮时会导致与钢丝线接触面的金刚石微粉脱落而形成一边多一边少的问题。
4、镀槽需留存的金刚石微粉量大。如埋砂法就必须要用大量的金刚石微粉将钢丝线埋在其中；而悬浮上砂法则要求在整个有效上砂槽的电镀液中保持有足够的金刚石微粉浓度，以增加与钢丝线接触的几率，并保证钢丝线上的上砂密度。
5、上砂均匀度及密度不能实时控制。电镀金刚石切割线在工业化使用过程中通常要求几万米至几十万米不能断线，且切割不同的材料要求钢丝线上的微粉均匀外，还有微粉的分布密度和粒度等不同的匹配，而对于国内在售或使用中的电镀金刚石线锯生产设备是没有在线检查和控制功能的，所以没有办法在生产过程中对微粉的分布均匀度和分布密度实行有效调整和控制。
6、镀液循环相对较慢，导致钢丝线周围的镍离子在浓度降低过程中不能及时补充，并且产生的氢气附着在钢丝线表面阻碍微粉的吸附，使上砂后的微粉在钢丝线上的分布密度不易控制和牢固度不够，且容易脱落。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，包括设有搅拌机的砂缸、对应的设置在砂缸上方的砂浆回流盒、以及对应的设置在砂浆回流盒上方并通过上固定座和下固定座固定的立式镀槽；所述砂缸的底部通过上砂泵连接到上砂座上的射流口；所述立式镀槽的下端与上砂座密封连接，其上端与溢流腔密封连接；所述砂浆回流盒的外部设置有进线导电轮，其内部设置有与上砂座下端的进线孔相对应的进线换向轮；所述溢流腔的上部设置有与该溢流腔的出线孔相对应的出线导电轮；
还包括用于对钢丝线进行上砂的电镀电源组，所述电镀电源组包括单向或双向矩形脉冲电源，其正极端接所述进线导电轮上，负极端接所述出线导电轮上；以及直流稳流电源，其正极端接所述立式镀槽的阳极，负极端接所述进线导电轮上。
进一步的，还包括设置在上固定座一侧的镀槽摇动机构，其用于带动所述立式镀槽作360度的圆周偏心摆动；所述镀槽摇动机构的摆动幅度为2-8mm，摆动频率在50-300次/分钟之间。
进一步的，所述镀槽摇动机构包括调速马达，以及设置在所述立式镀槽外侧的镀槽摆动套；其中，靠近所述上砂座位置处的镀槽摆动套通过带传动机构与调速马达连接，靠近所述溢流腔位置处的所述镀槽摆动套通过偏心摇动块固定在下固定座上。
优选的，所述带传动机构包括依次传动连接的主动皮带轮、皮带和从动皮带轮。
进一步的，还包括用于实时监控产品质量的监控装置，所述监控装置包括电脑主机，所述电脑主机的输入端连接有通过高倍显微放大镜捕捉产品图像的超高速相机，其输出端连接有实时监控器。
优选的，所述单向或双向矩形脉冲电源的电压为0-30V，占空比为20％-80％，频率为20-999Hz。
优选的，所述直流稳流电源的电压为0-15V，电流为0-5A。
进一步的，所述射流口的中心线与所述进线孔的中心线相互垂直。
进一步的，所述溢流腔的出线孔处设置有镀槽水位探针；且所述溢流腔的侧面还连接有可伸入到所述砂缸内的溢流管。
进一步的，所述出线导电轮与所述监控装置之间设置有多个用于进行钢丝线换向输出的换向轮。
本发明的有益效果：本发明的设备中采用单向或双向脉冲和直流稳流相叠加的电镀电源组，并通过上砂泵向上砂座提供一定压力的含金刚石微粉的砂浆，通过上砂座的射流口，向钢丝线径向喷射含微粉的高浓度砂浆，使微粉在电场力和机械力的共同作用下实现快速上砂，上砂后的钢丝线经过立式镀槽对附着在钢丝线上的微粉进行加牢，为保证上砂的均匀性和上砂密度。上砂座上的射流口的中心线与进线孔的中心线需要保持相互垂直状态。为减少电镀过程中产生的气体附着在钢丝线上，从而阻碍钢丝线在电镀过程中的离子交换，影响产品质量，本设备中还设计了一个镀槽摇动装置，通过调节摇动镀槽的摆幅和频率，可以减少或消除附着在钢丝线上的气体，加强了钢丝线与镀液的离子交换；为实时观察上砂的均匀性和上砂密度，方便对各项电镀工艺参数进行调整，本设备中还设置了具有超高速相机及实时监视器的监控装置，可对生产过程中的产品质量进行实时监视，以利于对产品品质的调控，并抓拍产品图片，对产品进行质量分析。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的电镀电源组结构示意图。
图3为本发明的镀槽摇动机构结构示意图。
图4为本发明的图3中P-P向全剖视图。
具体实施方式
图1至图4所示，涉及一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，包括设有搅拌机3的砂缸2、对应的设置在砂缸2上方的砂浆回流盒4、以及对应的设置在砂浆回流盒4上方并通过上固定座181和下固定座182固定的立式镀槽12；砂缸2的底部通过上砂泵1连接到上砂座71上的射流口711；其中，为达到上砂更加牢固的目的，优选的方案是，设计时使射流口711的中心线与进线孔的中心线相互垂直，这样就可以使得砂液混合液垂直的喷射在钢丝线上，加大了上砂的牢固度。该立式镀槽12的下端与上砂座71密封连接，其上端与溢流腔72密封连接；砂浆回流盒4的外部设置有进线导电轮5，其内部设置有与上砂座71下端的进线孔相对应的进线换向轮20；溢流腔72的上部设置有与该溢流腔72的出线孔相对应的出线导电轮13。优选的，上砂座71和溢流腔72内均形成有用于容纳砂浆混合液的U形腔体。
本发明第一个关键技术是，金刚石线锯上砂设备中还包括用于对钢丝线进行上砂的电镀电源组101，该电镀电源组101包括单向矩形脉冲电源10，其正极端接进线导电轮5上，负极端接出线导电轮13上；以及直流稳流电源11，其正极端接立式镀槽12的阳极，负极端接进线导电轮5上。
使用时，采用单向或双向矩形脉冲电源10的电压为0-30V，占空比为20％-80％，频率为20-999Hz，采用的直流稳流电源的电压为0-15V，电流为0-5A，对钢丝线进行上砂。工作人员可通过调节上述工作参数以达到上砂速度快，上砂均匀度好，上砂牢固的目的。而具体上砂时的密度及速度可以根据钢丝线的直径、微粉颗粒大小及砂浆电化学性能来调节。
通过调节单向或双向矩形脉冲电源10的电流或电压可以实现对不同线径的产品进行生产；通过调节单向或双向矩形脉冲电源的占空比可以实现对上砂牢固度及均匀度的调整；通过调节单向或双向矩形脉冲电源10的频率可以实现对上砂密度的调整。
直流稳流电源11的作用是在单向或双向矩形脉冲电源10上砂的同时，可对钢丝线上的砂粒进行电镀加固。其工作原理是：当钢丝线通过立式镀槽12时，立式镀槽12中的砂电混合液中的金属镍离子量会置换到钢丝线上，这样可以加牢钢丝线中的金刚石微粉。通过调整直流稳流电源11的电流和电压，就可以实时控制加牢层的镀层厚度。
本发明第二个关键技术是，金刚石线锯上砂设备中还包括设置在上固定座181一侧的镀槽摇动机构，其用于带动立式镀槽作360度的圆周偏心摆动；该镀槽摇动机构的摆动幅度为2-8mm，摆动频率在50-300次/分钟之间。采用这样的设置方式不仅可以增加钢丝线在电镀过程中周围金属镍离子的交换和补充，而且可以减少钢丝线在电镀过程中产生气体附着，使钢丝线在上砂及加牢过程中的分布密度、均匀度和牢固度的控制更容易得到保证。
优选的技术方案是，镀槽摇动机构包括调速马达8，以及设置在立式镀槽12外侧的镀槽摆动套9。其中，靠近上砂座71位置处的镀槽摆动套9通过带传动机构24与调速马达8连接，靠近溢流腔72位置处的镀槽摆动套9通过偏心摇动块244固定在下固定座182上。其中，带传动机构24包括依次传动连接的主动皮带轮241、皮带242和从动皮带轮243。
进一步的方案是，本发明的金刚石线锯上砂设备中还包括用于实时监控产品质量的监控装置，监控装置包括电脑主机25，电脑主机25的输入端连接有通过高倍显微放大镜捕捉产品图像的超高速相机22，其输出端连接有实时监控器23。设置该监控装置的目的是为实时观察钢丝线上砂的均匀性和上砂的密度，以方便对产品生产过程中的质量控制提供依据。
该监控装置的工作原理是：当上砂后的钢丝线经过超高速相机22的高倍显微放大镜头时，相机所捕捉到的产品图像通过电脑主机25能及时地在实时监视器23上显示出来，并通过电脑主机25的控制，实现对任何时间段的图像捕捉或输出功能，对产品生产过程中的质量控制提供依据。
工作时，砂浆储备在带有搅砂机3的砂缸2内。上砂时，砂浆通过上砂泵1向上砂座71输送砂浆，砂浆充满上砂座71和与之连通的立式镀槽12中。在电镀过程中，砂浆通过上砂座71的进线孔流入砂浆回收盒4中，再通过砂浆回收盒4的回收管流回砂缸2中，为了防止砂浆失控溢出，另外可优选的在溢流腔72的出线孔处设置有镀槽水位探针15，且溢流腔72的侧面还连接有溢流管17，该溢流管17的输出端伸入到砂缸2内。这样当砂浆过多时，就可以通过镀槽水位探针15检测到，而少部分的砂浆(主要是电镀液)会从溢出管17流回到砂缸2中。
当钢丝线6通过进线导电轮5进入到砂浆回收盒4中的换向轮20后，再穿过上砂座71的进线孔进入上砂座71的U形腔体内，并最终充满立式镀槽12进行上砂及加牢，最后再经过出线导电轮13，达到最终的出线。由于实际加工过程中，溢流腔72的出线孔位置较高，导致钢丝线6的输出后不容易进入下一个工位，所以可以在出线导电轮13与监控装置之间设置多个换向轮16进行换向输出设置，这样就可以使得上砂后的钢丝线6更容易到达超高速相机22的监视区域。最后，上砂后的钢丝线6进入电镀加牢加固工位段。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，其特征在于，
包括设有搅拌机的砂缸、对应的设置在砂缸上方的砂浆回流盒、以及对应的设置在砂浆回流盒上方并通过上固定座和下固定座固定的立式镀槽；所述砂缸的底部通过上砂泵连接到上砂座上的射流口；所述立式镀槽的下端与上砂座密封连接，其上端与溢流腔密封连接；所述砂浆回流盒的外部设置有进线导电轮，其内部设置有与上砂座下端的进线孔相对应的进线换向轮；所述溢流腔的上部设置有与该溢流腔的出线孔相对应的出线导电轮；
还包括用于对钢丝线进行上砂的电镀电源组，所述电镀电源组包括单向或双向矩形脉冲电源，其正极端接所述进线导电轮上，负极端接所述出线导电轮上；以及直流稳流电源，其正极端接所述立式镀槽的阳极，负极端接所述进线导电轮上；
还包括设置在上固定座一侧的镀槽摇动机构，其用于带动所述立式镀槽作360度的圆周偏心摆动；所述镀槽摇动机构的摆动幅度为2-8mm，摆动频率在50-300次/分钟之间。
2.如权利要求1所述的一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，其特征在于，所述镀槽摇动机构包括调速马达，以及设置在所述立式镀槽外侧的镀槽摆动套；其中，靠近所述上砂座位置处的镀槽摆动套通过带传动机构与调速马达连接，靠近所述溢流腔位置处的所述镀槽摆动套通过偏心摇动块固定在下固定座上。
3.如权利要求2所述的一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，其特征在于，所述带传动机构包括依次传动连接的主动皮带轮、皮带和从动皮带轮。
4.如权利要求1至3任一项所述的一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，其特征在于，还包括用于实时监控产品质量的监控装置，所述监控装置包括电脑主机，所述电脑主机的输入端连接有通过高倍显微放大镜捕捉产品图像的超高速相机，其输出端连接有实时监控器。
5.如权利要求4所述的一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，其特征在于，所述单向或双向矩形脉冲电源的电压为0-30V，占空比为20％-80％，频率为20-999Hz。
6.如权利要求5所述的一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，其特征在于，所述直流稳流电源的电压为0-15V，电流为0-5A。
7.如权利要求6所述的一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，其特征在于，所述射流口的中心线与所述进线孔的中心线相互垂直。
8.如权利要求6所述的一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，其特征在于，所述溢流腔的出线孔处设置有镀槽水位探针；且所述溢流腔的侧面还连接有可伸入到所述砂缸内的溢流管。
9.如权利要求6所述的一种高速复合电镀金刚石线锯上砂设备，其特征在于，所述出线导电轮与所述监控装置之间设置有多个用于进行钢丝线换向输出的换向轮。
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