CN112440396A - 环形线锯及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种环形线锯及其制作方法，该环形线锯包括由芯线层和股线层形成的环形基体，其中：芯线层，是由单根芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接而形成的环状结构；以及股线层，是由单根股线按预定间隔地稀疏缠绕于芯线层而形成的螺旋结构，该股线为金刚石线锯。本发明无需再在环形基体的表面形成额外的磨料层，有利于实现连续生产，大幅提高生产效率。

Description

环形线锯及其制作方法

技术领域

本发明涉及切割技术领域，尤其涉及一种环形线锯及其制作方法。

背景技术

稀土永磁、硅材料、蓝宝石、陶瓷、石材等脆硬材料硬度高、脆性大，切割过程中容易蹦碎损坏，造成材料的损伤，降低成品率，因此这些材料很难采用普通的加工方法切割。传统的这些脆硬材料的切割通常采用金刚石内圆、外圆切割技术，及金刚石带锯。然而随着半导体行业的发展，单晶硅锭的直径越来越大，现已达到450毫米，多晶硅锭也有800毫米。目前主要采用带锯切割截断、切方，切割效率高，但切缝宽，切割表面不平整。另外，传统材料切割行业对于原材料有效利用率的关注也在日益提高。基于这些问题，金刚石线锯逐步产生，此技术是将金刚石通过树脂、电沉积、冲压等方式固结在钢丝表面而成为金刚石线锯。

目前市场中金刚石线锯的主要为开放式长线线锯，经过多年的发展，其技术稳定，成本低廉，但是切割效率相对较低，对于切割设备的要求高，需要精密控制的收线放线装置，从而造成能耗高，价格贵，提高了使用金刚石线锯切割的成本。金刚石环形线锯是一种更具性价比的金刚石线锯解决方案，其采用单向式切割，可以得到更高的线速度，切割表面平整度高，切割设备构造简易，能耗较低，未来将逐步对金刚石长线线锯进行替代。

目前现有的环形金刚石线锯母线技术有两种方案，一种是传统钢绞线1x7的母线结构，单独一根钢丝线进行缠绕形成的环形基体，包括芯线和缠绕六圈的股线，制作工艺复杂，生产效率较低；另一种是申请人相对于传统方案所做出的非绞合式改进结构，以简化制作工艺并延长使用寿命，其母线包括由单根芯线缠绕至少两圈形成的芯线层和由单根股线稀疏缠绕于芯线层上的股线层，然后在环形基体表面固结磨料颗粒。该两种方案都是基于先制作母线而后再进行磨料颗粒的固结，技术工艺都只是在母线结构上进行调整和改进从而提高金刚石环形线锯的使用寿命，进而达到降低使用成本的效果。但是在磨料颗粒固结的加工中，由于环形线锯的结构特点，无法像开放式长线线锯一样规模化连续生产，工序复杂繁多，不能大幅提高产能和效率，而且降低使用成本的效果比较有限。因此，现有的金刚石环形线锯仍然存在制作工艺复杂，成本较高，生产效率远不如金刚石长线线锯等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种环形线锯及其制作方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供了一种环形线锯，包括由芯线层和股线层形成的环形基体，其中：芯线层，是由单根芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接而形成的环状结构；以及股线层，是由单根股线按预定间隔地稀疏缠绕于所述芯线层而形成的螺旋结构，所述股线为金刚石线锯。

作为本发明的另一方面，提供了一种上述环形线锯的制作方法，包括：将单根芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接，形成环状结构的芯线层；将单根股线按预定间隔地稀疏缠绕于所述芯线层，形成螺旋结构的股线层。

从上述技术方案可以看出，本发明的环形线锯及其制作方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

（1）本发明的芯线层采用单根芯线以非绞合方式多圈缠绕的结构，芯线层外以金刚石线锯作为股线进行稀疏缠绕得到环形基体，芯线层起到了承受外部载荷和分散股线对芯线层的磨损的作用，股线层则提供切割所需的硬度和粗糙度，而无需再在环形基体的表面固结磨料颗粒，有利于实现连续生产，缩短生产周期，大幅提高生产效率。

（2）相对于传统芯线上紧密缠绕股线的结构，由于芯线过细且强度较差而不适合使用金刚石线锯作为股线缠绕其上，否则会导致使用寿命过短，而本发明由于芯线层采用了这种单根芯线以非绞合方式多圈缠绕的结构，能够很好地分散股线对于芯线层的磨损，并且，以金刚石线锯作为股线进行稀疏缠绕时，股线之间不存在磨损，由此确保制得的环形基体具有合适的耐久度和使用寿命的同时，能够取得较高的切割效率。

（3）本发明的制作方式更为简单，作为股线的金刚石线锯价廉易得，且节省了在环形基体表面镀覆磨料颗粒的工艺步骤，从而大大地降低了制作成本，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的环形线锯的结构示意图；

图2是本发明实施例的芯线缠绕两圈的结构示意图；

图3是本发明实施例的环形基体的侧面结构示意图。

上述附图中，附图标记含义具体如下：

100环形基体； 110芯线层； 120股线层；

121磨料颗粒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

传统1*7钢绞线结构的环形线锯，由于一根芯线外紧密缠绕多根股线，无法将传统的钢丝股线替换成金刚石线锯，若替换成金刚石线锯后，由于该传统结构是依靠紧密缠绕的股线来作为承受外部载荷的主要部分，而单根芯线的直径过细，使得股线之间以及股线与芯线之间都会产生剧烈磨损，严重地损害了环形线锯的基体强度，缩短了使用寿命。

而在实现本发明的过程中，发现若是基于单根芯线多圈缠绕的芯线层，此时若将常规钢丝股线替换成金刚石线锯，则由于是芯线而并非股线起到承受外部载荷和分散股线的磨损作用，股线之间也非紧密缠绕的方式，不会造成剧烈磨损而导致使用寿命显著下降。并且股线由于采用了金刚石线锯而不单单只起到束缚或捆扎芯线的作用，而且具有切削能力，从而在环形基体制作完成后置即可投入使用，极大地缩短了生产周期，大幅提高生产效率。

根据本发明的一些实施例，提供了一种环形线锯，图1是本发明实施例的环形线锯的结构示意图。如图1所示，本发明的环形线锯包括：由芯线层110和股线层120形成的环形基体100，其中：芯线层110，是由单根芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接而形成的环状结构；以及股线层120，是由单根股线按预定间隔地稀疏缠绕于芯线层110而形成的螺旋结构，该股线为金刚石线锯。

为了便于说明芯线层110的缠绕结构，以单根芯线缠绕两圈作为示例，图2为本发明实施例的芯线缠绕两圈的结构示意图，可以看出在同一截面内具有相串联的两根芯线，应当理解图中所示芯线之间的缠绕间隙仅是为了清楚示意单根芯线的缠绕结构，实际缠绕所形成的芯线层中位于一截面内的多根串联芯线之间实际是紧密贴合的，由此是沿着一环线方向进行缠绕，从而在整体上提供较高的抗拉强度，延长使用寿命。

单根芯线还可以缠绕大于两圈形成环状结构，随着单根芯线缠绕圈数的增加，芯线层的抗拉强度也随之提高，然而若缠绕圈数过多则会导致芯线层过厚，从而在切割例如半导体材料时增加了切缝宽度，不利于切割表面平整，因此芯线层中单根芯线的的缠绕圈数优选为3~50圈，例如为3、4、5、6、7、8、10等圈数。如图2所示，单根芯线在缠绕多圈后首尾相接，应当理解，首尾相接的方式可以采用例如焊接、粘结等多种方式。

再如图1所示，单根股线所使用的“金刚石线锯”一般是指利用电镀或树脂结合等方式而将金刚石磨料固定于金属丝上的长线线锯，相应地，其在制作过程中，可采用常规电镀或树脂结合工艺方便地进行制作。容易理解，图1所示的磨料颗粒121的形状数量仅是示意，实际上大量的金刚石磨料较为均匀地固结于金属丝上；并且，除金刚石磨料之外，还可掺有少量的立方氮化硼等其他磨料颗粒，以满足不同切割对象的需求。由于使用了金刚石线锯而使股线起到切削作用，在环形基体制作完成后即可投入使用，且金刚石线锯价廉易得，大大地缩短了生产周期，简化了生产工艺，降低了生产成本。

在一些实施例中，金刚石线锯的金刚石磨料颗粒的尺寸为5μm～500μm，更优选为10μm～200μm，若磨料颗粒的尺寸越大，则会导致在环形线锯的使用过程中，对芯线的磨损较大，不利于寿命的提高。在一些实施例中，金刚石线锯的金属丝材质为碳素钢、合金钢、不锈钢或铜等常见金属丝，具体可依据实际需求对选用的材质进行选择。

由单根股线所形成的螺旋结构由于是凸出于芯线层表面的凸起结构，这种螺旋结构在切割使用时，具有带出切割产生的切屑的能力，另一方面，由于表面具有超硬的磨料颗粒，因而具有良好的切削的能力，结合这两个方面大幅地提高切割效率。由此，本发明的环形基体100的未被股线层覆盖的外表面可以不用再如传统结构中一样而形成额外的含磨料颗粒的磨料层。

单根股线沿预定间隔进行缠绕时，该预定间隔指的是在芯线层上相邻的两股线之间的间隔。在一些实施例中，股线层120优选是由单根股线等捻距地缠绕于芯线层110并首尾相接而成，这种等捻距的缠绕方式可以降低断裂强度分布不均的可能性，提高了环形线锯的可靠性。在一些实施例中，股线的缠绕捻距优选为股线直径的1~20倍，更优选为3~8倍。捻距的选择根据芯线缠绕的圈数具有一定的相关性，特定的捻距一方面可以在保证芯线捆扎致密的情况下，更好的控制磨料颗粒的平均分布，从而提高切割表面的光洁度，另一方面也可在环形线锯使用过程中将股线对芯线的磨损控制在合理范围内。

在一些实施例中，单根股线沿环线方向的缠绕圈数为至少一圈，并无特殊限制，只要能够在芯线层上的相邻股线之间形成预定间隔，从而实现稀疏缠绕并首尾相接即可，需要说明的是，此时是以芯线层为轴，在芯线层上选取一点开始将股线以螺旋方式开始缠绕，直至再次缠绕至该点时记为一圈。

而股线首尾相接的结构虽然在图中没有示出，但与芯线首尾相接的方式类似，可以采用绞合的方式，以及焊接、粘结等其他方式，在此不作赘述。作为优选，股线的接头和芯线的接头不位于同一位置，更优选二者为分别位于环线上相对的两端，可以使得环形线锯容易产生断裂的点不在同一位置处，从而提高环形基体100的可靠性。

由芯线层110和股线层120形成的环形基体100结构如图3所示，图3是本发明实施例的环形基体100的侧面结构示意图，其中图中对股线层120的结构进行了简化处理（未绘示磨料颗粒121），但应当理解，图中所示的股线是固结有金刚石磨料颗粒的金刚石线锯。

如图3中所示环形基体100的芯线层110的一截面具有相串联的七根芯线，也即是由单根芯线缠绕七圈所形成，而股线层120则是缠绕于芯线层110的表面，使得芯线层110相贴合形成稳定的环状结构。

在一些实施例中，芯线的材料为碳素钢、合金钢、不锈钢或铜等常见金属，具体根据实际切割需求来进行选择。环形基体100的直径为0.2 mm~8mm，芯线的直径为0.05 mm~2mm，更优选为0.1mm~1mm，股线的直径为0.01mm~1mm，更优选为0.07mm~0.5mm。若直径过细则难以保证环形线锯的刚度或抗拉强度，若过粗则会导致难以缠绕，或者导致切割缝过宽。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种上述环形线锯的制作方法，包括：

步骤1：将单根芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接，形成环状结构的芯线层110。本步骤中根据所需环状结构的大小和缠绕圈数来选择合适长度的芯线，具体的缠绕方式如前文所述，在此不作赘述。

步骤2：将单根股线按预定间隔地稀疏缠绕于芯线层110，形成螺旋结构的股线层120。本步骤中，根据芯线层110截面大小、周长，以及所需的缠绕捻距来选择合适长度的股线，具体的缠绕方式如前文所述，在此不作赘述。

相应地，由所述芯线层和股线层形成环形基体，在所述环形基体的未被股线层覆盖的外表面没有形成含磨料颗粒的磨料层。

至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

综上所述，本发明提供一种环形线锯及其制作方法，改变了传统线锯结构，将金刚石线锯作为股线缠绕于多圈缠绕的芯线层上，改变了传统股线的结构和功能，使股线呈螺旋状凸起于芯线表面以提供切割所需硬度和粗糙度，无需再在基体表面形成额外的磨料层，结构更为简单，且抗拉强度高，易于制作，未来可实现规模化连续生产，解决了现有的环形线锯制作工艺复杂繁多导致生产效率低下的问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环形线锯，包括由芯线层和股线层形成的环形基体，其中：

芯线层，是由单根芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接而形成的环状结构；以及

股线层，是由单根股线按预定间隔地稀疏缠绕于所述芯线层而形成的螺旋结构，所述股线为金刚石线锯。

2.根据权利要求1所述的环形线锯，其特征在于，所述金刚石线锯包含固结有金刚石磨料颗粒的金属丝。

3.根据权利要求2所述的环形线锯，其特征在于：

所述金刚石磨料颗粒的尺寸为5μm～500μm；

所述金刚石线锯的金属丝材质为碳素钢、合金钢、不锈钢或铜；

所述芯线的材质为碳素钢、合金钢或不锈钢或铜。

4.根据权利要求1所述的环形线锯，其特征在于，所述环形基体的直径为0.2 mm~8 mm，所述芯线的直径为0.05 mm~2 mm，所述股线的直径为0.01mm~1mm。

5.根据权利要求1所述的环形线锯，其特征在于，所述单根芯线的缠绕圈数为3~50圈。

6.根据权利要求1所述的环形线锯，其特征在于，所述单根股线等捻距地缠绕于所述芯线层并首尾相接；所述单根股线沿环线方向的缠绕圈数为至少一圈。

7.根据权利要求6所述的环形线锯，其特征在于，所述股线的接头与芯线的接头不位于同一位置处；所述股线的缠绕捻距为股线直径的1~20倍。

8.根据权利要求1所述的环形线锯，其特征在于，在所述环形基体的未被股线层覆盖的外表面没有形成含磨料颗粒的磨料层。

9.一种如权利要求1至8中任一项所述的环形线锯的制作方法，包括：

将单根芯线沿一环线方向以非绞合方式缠绕至少两圈并首尾相接，形成环状结构的芯线层；

将单根股线按预定间隔地稀疏缠绕于所述芯线层，形成螺旋结构的股线层。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，由所述芯线层和股线层形成环形基体，在所述环形基体的未被股线层覆盖的外表面没有形成含磨料颗粒的磨料层。

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