CN113638030A - 一种超薄切割片的制造设备及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及切割刀具加工设备的领域，特别涉及一种超薄切割片的制造设备及制造方法，包括机架和设置在机架上的旋转组件、移动组件、液流组件以及控制组件；旋转组件包括切割片基体和用于控制切割片基体旋转的回转机构；移动组件包括打印机构和用于调节打印机构与切割片基体上沉积层间距的移动机构；液流组件为打印机构和切割片基体提供工作溶液；所述控制组件用于对设备进行控制和调试。本发明提供的超薄切割片制造设备利用旋转组件带动切割片基体旋转，移动组件带动打印机构在切割片基体的外圆周面上进行电化学直接沉积以形成复合沉积层，从而制备出质量佳的超薄切割片，其切割片沉积层内应力小、变形小、生产自动化程度高，具有良好的应用前景。

Description

一种超薄切割片的制造设备及制造方法

技术领域

本发明涉及切割刀具加工设备的领域，特别涉及一种超薄切割片的制造设备及制造方法。

背景技术

随着机械行业的发展，金属切割片广泛应用于各种材质产品的初加工，尤其是金刚石切割片，被广泛应用于半导体材料、石英、陶瓷等硬脆材料的加工。在现有技术中，金刚石超薄切割片是通过使用金属结合剂并采用复合电镀的方法制备，即在金属电沉积过程中将微粒嵌入镀层，对于复合电镀，在其制备过程中首先以基体为背衬，其次在沉积过程中需要使微粒的分布均匀，最后在沉积过程完成后需要去除基体以露出复合镀层，从而得到金刚石切割片。

然而采用复合电镀的方法制备的金刚石切割片还存在一些关键问题：

由于在沉积过程中，一侧是与基体接触逐渐进行沉积，而另一侧是直接暴露在电解液中，两侧面的光滑程度和金刚石分布必然不均匀；此外，由于最后在基体的剥离过程中存在外力作用，剥离后形成的复合镀层必然会发生变形，导致实际成品存在形貌误差。在实际使用情况中，金刚石微粒分布的不均匀性和复合镀层的形貌变形等会造成切割中严重的影响，不仅加工质量难以保证，而且在加工过程中可能发生振动甚至切割片破碎。

发明内容

为解决上述现有技术中切割片的电镀质量不佳的不足，本发明提供一种超薄切割片的制造设备，包括机架和设置在机架上的旋转组件、移动组件、液流组件以及控制组件；

所述旋转组件包括切割片基体和用于控制切割片基体旋转的回转机构；

所述移动组件包括打印机构和用于调节打印机构与切割片基体上沉积层间距的移动机构；其中，打印机构作为电化学反应的阳极，切割片基体作为电化学反应的阴极；

所述液流组件用于为打印机构和切割片基体提供工作溶液；

所述控制组件用于对整个设备进行控制和调试。

在一实施例中，所述打印机构包括储液部和固定在储液部上的打印头，所述储液部内部形成空腔，且空腔贯穿外部开设有与液流组件连通的第一连接孔，与打印头连通的第二连接孔。

在一实施例中，所述储液部的空腔贯穿顶部设置有用于添加金刚石微粉颗粒的第三连接孔，所述第三连接孔上设置有封盖。

在一实施例中，所述打印头在靠近切割片基体一侧的输出端横截面为与切割片基体的外圆周面相适配的圆弧面，其圆弧面上设置有若干出液孔，所述出液孔正对切割基片的圆周面上，使得工作溶液通过出液孔均匀流向切割基片上发生电化学反应以形成沉积层；所述出液孔312a的直径为0.1mm至 4.8mm之间。

在一实施例中，所述打印机构与切割基体上产生沉积层的间距为 0.1mm～12mm。

在一实施例中，所述回转机构包括回转电机以及用于夹持切割片基体的夹头，所述回转电机通过夹头驱动切割片基体作回转运动。

在一实施例中，所述移动机构包括竖直设置在机架上的直线模组以及用于稳固直线模组的底座。

在一实施例中，所述液流组件包括与储液部依次水路连通的进液管、储液箱，放置在切割片基体下方的收集箱，与收集箱依次水路连通的出液管、废水箱。

在一实施例中，还包括监测组件，所述监测组件通过传感器用于监测沉积层沉积高度以及打印机构和切割片基体上沉积层的间距。

本发明还提供一种超薄切割片的制造方法，采用如上任一项所述的一种超薄切割片的制造设备，包括以下步骤：

配制工作溶液导入液流组件，经由水路使工作溶液暂时储存在储液部，同时向储液部添加金刚石微粉颗粒，并在回转机构上装夹好切割片基体；

启动制造设备的电源，设定打印机构与切割片基体的初始间距，则移动组件通过监测组件的监测来控制打印机构下降至靠近切割片基体一定间距的初始位置；

工作溶液经由液流组件进入打印机构中，并从打印机构流出分别与打印机构和切割基体之间形成电解反应池，使得金属和金刚石微粉同步在切割片基体的外圆周面上沉积，同时，切割片基体旋转，沉积层逐层增加；当监测组件监测到沉积层与打印机构的间距小于一定间距时，移动组件向上移动打印机构以保持二者间距一定，直至切割片基体上的沉积层高度达到所需高度后即可停机。

基于上述，与现有技术相比，本发明提供的超薄切割片的制造设备利用旋转组件带动切割片基体旋转，移动组件带动打印机构在旋转的切割片基体的外圆周面上进行电化学直接沉积，以在基体表面上形成金刚石与金属的复合沉积层，从而制备出质量更佳的金刚石超薄切割片。通过本制造设备制造出的切割片，其切割片沉积工作层内应力小、变形小、生产自动化程度高，具有良好的应用前景。

本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。

图1为本发明提供的超薄切割片的制造设备的立体图；

图2为打印机构与切割片基体的立体图；

图3为打印机构与切割片基体的侧视图；

图4为储液部的剖视图；

图5为打印头的立体图；

图6为打印头的剖视图；

图7为旋转组件的立体图；

图8为液流组件的立体图。

附图标记：

100机架 200旋转组件 300移动组件

400液流组件 210切割片基体 220回转机构

310打印机构 320移动机构 311储液部

312打印头 311a第一连接孔 311b第二连接孔

311c第三连接孔 313封盖 312a出液孔

221回转电机 222夹头 321直线模组

322底座 410进液管 420储液箱

430收集箱 440出液管 450废水箱

500监测组件

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，本发明所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。

本发明提供了一种超薄切割片的制造设备，包括机架100和设置在机架100上的旋转组件200、移动组件300、液流组件400以及控制组件；所述旋转组件200包括切割片基体210和用于控制切割片基体210旋转的回转机构220；所述移动组件300包括打印机构310和用于调节打印机构310 与切割片基体210上沉积层间距的移动机构320；其中，打印机构310作为电化学反应的阳极，切割片基体210作为电化学反应的阴极；所述液流组件 400用于为打印机构310和切割片基体210提供工作溶液；所述控制组件用于对整个设备进行控制和调试。

具体实施时，如图1、2、3所示，所述制造设备包括机架100和设置在机架100上的旋转组件200、移动组件300、液流组件400；其中，旋转组件200包括切割片基体210和回转机构220，作为切割片背衬的切割片基体210可通过超声波清洗机等设备预处理后得到圆形金属零件，并将其安装在回转机构220的主轴上，由回转机构220带动切割片基体210作回转运动。移动组件300包括打印机构320和移动机构320，所述移动机构 320竖直设置在旋转组件200的上方，以使打印机构320正对切割片基体 210；而移动机构320可带动打印机构320在竖直方向上运动。所述液流组件400内存储有工作溶液，在工作时，液流组件400输送工作溶液流经打印机构310和切割片基体210为电化学反应提供电解液。

应当说明的是，工作溶液需要通过其他相关设备进行预处理，而根据工作需求，制造设备可外接有用于检测电化学反应相关参数的设备以实时监控整个制造过程，例如示波器、传感器等。

此外，还包括用于对设备各个工作流程进行整体控制和调试的控制组件，所述控制组件包括单片机、数控系统以及显示及操作系统，如触摸屏、显示屏、按键开关等，均属于本领域技术人员可以理解的现有技术范畴，在此不多加赘述。

其工作原理为切割片基体210作为电化学反应的阴极，打印机构310 作为电化学反应的阳极，而液流组件400将工作溶液输送到二者之间以作为电化学反应的电解液；工作时，回转机构220带动切割片基体210旋转，移动机构320带动打印机构310上下往复移动以确保打印机构310和切割片基体210的沉积层始终保持一定间距；通过电化学反应，打印机构 310沿着切割片基体210的外圆周面进行流液沉积以形成环形的沉积层，从而实现切割片的制备。

本发明提供的超薄切割片的制造设备利用旋转组件带动切割片基体旋转，移动组件带动打印机构在旋转的切割片基体的外圆周面上进行电化学直接沉积，以在基体表面上形成金刚石与金属的复合沉积层，从而制备出质量更佳的金刚石超薄切割片。通过本制造设备制造出的切割片，其切割片沉积工作层内应力小、变形小、生产自动化程度高，具有良好的应用前景。

优选地，所述打印机构310包括储液部311和固定在储液部311上的打印头312，所述储液部311内部形成空腔，且空腔贯穿外部开设有与液流组件400连通的第一连接孔311a，与打印头312连通的第二连接孔311b。

具体实施时，如图2、3、4所示，所述打印机构310包括储液部311 和打印头312，其中储液部311的内部形成空腔用于存储工作溶液，侧面设置有与空腔连通的第一连接孔311a，所述第一连接孔311a用于连接液流组件400以提供工作溶液，其底部开设有与空腔连通的第二连接孔 311b，用于为打印头312提供工作溶液。较佳地，储液部311由有机玻璃、聚四氟乙烯等绝缘材料制成。所述打印头312固定在储液部311的底部，对其供电后可作为电化学反应的阳极，工作溶液由液流组件400经第一连接孔311a进入储液部311，再经第二连接孔311b进入打印头312。应当说明的是，附图中的储液部311内部剖视图结构并不作为空腔结构的约束，仅用于表示内部中空可储存溶液。

较佳地，所述打印头312可采用不溶性阳极或纯钛、纯铂金等惰性金属制成，以满足作为电化学反应阳极的作用。作为一种优选方案，所述打印头312不局限于通过螺纹连接、卡接、焊接等方式与储液部311连接，且通过密封元件加以密封。

优选地，所述储液部311的空腔贯穿顶部设置有用于添加金刚石微粉颗粒的第三连接孔311c，所述第三连接孔311c上设置有封盖313。

具体实施时，如图4所示，所述储液部311的顶部还开设有与空腔连通的第三连接孔311c，所述第三连接孔311c一方面作为备用，可根据工作需求对工作溶液进行干预，例如添加金刚石微粉颗粒等，另一方面还可用于观察工作溶液状态。其第三连接孔311c上设置有用于封闭的封盖 313，所述封盖313的材质优选为橡胶或塑料。

优选地，所述打印头312在靠近切割片基体210一侧的输出端横截面为与切割片基体210的外圆周面相适配的圆弧面，其圆弧面上设置有若干出液孔312a，所述出液孔312a正对切割基片210的圆周面上，使得工作溶液通过出液孔312a均匀流向切割基片210上以形成沉积层；所述出液孔 312a的直径为0.4mm至0.8mm之间。

具体实施时，如图5、6所示，所述打印头312在靠近切割片基体210 一侧的出液位置横截面为与切割片基体210相匹配的圆弧面，其圆弧面上设置有若干出液孔312a，所述出液孔312a均匀阵列设置，以确保各个出液孔312a与切割片基体210的间距一致，使得工作溶液从出液孔312a流出并对称均匀落到切割片基体210上，从而保证切割片的加工质量。该圆弧的直径优选为切割片基体210直径的1至3倍。工作时，工作溶液通过多个出液孔312a同时出液，将其均匀落在切割片基体210上发生电化学反应以形成沉积层，能够进一步提升工作效率。

应当说明的是，若干出液孔312a的阵列数量与打印头312的实际尺寸应与切割片基体210相匹配。本领域技术人员可通过调节打印头312上的出液孔312a的直径大小和深度等参数可以控制出液流速，从而可以控制所制备的沉积切割片的厚度与质量。较佳地，出液孔312a的直径取0.1mm至 4.8mm之间。

还应当说明的是，根据电化学反应的条件，打印头312还需要配备热电偶和PTC加热片等零部件，均属于本领域技术人员可理解的现有技术范畴，在此不多加赘述。

优选地，所述打印机构310与切割基体210上产生沉积层的间距为 0.1mm～12mm。

具体实施时，所述打印机构310与切割基体210应保持一定间距以便于实现电化学反应形成沉积。其中，所述打印机构310与切割基体210上沉积层工作时的间距应保持在0.1mm～12mm之间。

优选地，所述回转机构220包括回转电机221以及用于夹持切割片基体 210的夹头222，所述回转电机221通过夹头222驱动切割片基体210作回转运动。

具体实施时，如图7所示，所述回转机构220包括回转电机221和夹头222，其中回转电机221的主轴直接或间接与夹头222固定连接；较佳地，所述夹头222可采用螺纹连接的方式将切割片基体210固定在夹头 222上。根据实际工作需求，回转电机221的主轴包括但不限于通过其他传动结构来带动夹头222回转，例如通过齿轮啮合传动、同步带传动、曲柄连杆传动等方式。

应当说明的是，回转机构220还可通过加装磁刷的方式来提高电化学沉积的质量。同时，由于回转机构220的回转运动能够迅速带走局部热量，在保证镀层质量的前提下，本领域技术人员可通过有限次实验来限定电流效率以提高生产率，通过限定旋转的速率来提高所制备的切割片的质量。

优选地，所述移动机构320包括竖直设置在机架100上的直线模组321 以及用于稳固直线模组321的底座322。

具体实施时，如图1所示，所述移动机构320包括直线模组321和底座322，所述直线模组321为导轨滑块机构组成，通过伺服电极驱动。所述底座322包括支撑座与稳固架，其中，支撑座安装在机架100上，直线模组321安装在支撑座上，用于支撑直线模组321；稳固架倾斜安装在底座322的后方以形成三角结构，从而稳固支撑模组321，并加强该部分的强度。

优选地，所述液流组件400包括与储液部311依次水路连通的进液管 410、储液箱420，放置在切割片基体210下方的收集箱430，与收集箱430 依次水路连通的出液管440、废水箱450。

具体实施时，如图8所示，所述液流组件400包括储液箱420、进液管410、收集箱430、出液管440、废水箱450。当设备运行时，控制工作溶液从储液箱420进入进液管410、再进入储液部311，并从打印头312流出、落到切割片基体210的外圆面上，打印头312与切割片基体210之间形成电解反应池产生沉积，而流下的工作溶液经收集箱430汇集后由出液管440回收至废水箱450。作为一种优选方案，废水箱450内安装有过滤器等装置可对工作溶液进行处理，进而重新回到储液箱420内进行重新回收利用。

应当说明的是，本领域技术人员可根据本发明构思将液流组件400各部件等效替换成其他能够进行工作溶液的输入和回收的部件，例如对液流组件400的部分管路、储液容器等构件进行增加或减少，均落入本发明的保护范围内。此外，根据实际工作需求，还可以包括安装在液流水路上的水泵、过滤器、单向阀、控制阀等装置进而来控制工作溶液的流向、流速以及处理等操作。

优选地，还包括监测组件500，所述监测组件500通过传感器用于监测沉积层沉积高度以及打印机构310和切割片基体210上沉积层的间距。

具体实施时，如图1所示，本设备还包括检测组件500，所述监测组件500用于监测沉积层沉积高度。具体可在移动组件300上安装光学传感器，工作过程中，通过光学传感器输出信号反馈至控制系统以实现沉积层高度的监测，同时控制移动组件300进行移动以实现打印机构310和切割片基体210上沉积层的间距调整。

本发明还提供一种超薄切割片的制造方法，采用如上任一项所述的一种超薄切割片的制造设备，包括以下步骤：

先根据实际需求来配制工作溶液，例如向工作溶液中添加镍、钴等金属，再导入液流组件，经由水路使工作溶液暂时储存在储液部，同时向储液部添加金刚石微粉颗粒，并在回转机构上装夹好切割片基体；作为一种优选方案，可直接在工作溶液中添加金刚石微粉颗粒而无需向储液部添加金刚石微粉颗粒。

再启动制造设备的电源，具体设定打印机构与切割片基体的初始间距，则移动组件通过监测组件的光学传感器来控制打印机构下降至靠近切割片基体一定间距的初始位置，从而达到调节对准的目的；

接着，控制工作溶液经由液流组件进入打印机构中，并从打印机构流出分别与供电的打印机构和切割基体之间形成电解反应池，使得金属和金刚石微粉同步在切割片基体的外圆周面上沉积，同时，切割片基体旋转，沉积层逐层增加；当监测组件监测到沉积层与打印机构的间距小于一定间距时，移动组件向上移动不断抬高打印机构以保持二者间距适宜，直至切割片基体上的沉积层高度达到所需高度后即可停机。

此外，本设备还可通过改变溶液参数来提高沉积效率，也可通过设备中部件尺寸的改变来优化切割片基体表面复合沉积层的均匀性。

另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。

尽管本文中较多的使用了诸如机架、旋转组件、移动组件、液流组件、打印机构、打印头、第三连接孔、回转电机、底座、收集箱、监测组件、切割片基体、移动机构、第一连接孔、封盖、夹头、进液管、出液管、回转机构、储液部、第二连接孔、出液孔、直线模组、储液箱、废水箱等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的；本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超薄切割片的制造设备，其特征在于：包括机架(100)和设置在机架(100)上的旋转组件(200)、移动组件(300)、液流组件(400)以及控制组件；

所述旋转组件(200)包括切割片基体(210)和用于控制切割片基体(210)旋转的回转机构(220)；

所述移动组件(300)包括打印机构(310)和用于调节打印机构(310)与切割片基体(210)上沉积层间距的移动机构(320)；

所述液流组件(400)用于为打印机构(310)和切割片基体(210)提供工作溶液；

所述控制组件用于对整个设备进行控制和调试。

2.根据权利要求1所述的超薄切割片的制造设备，其特征在于：所述打印机构(310)包括储液部(311)和固定在储液部(311)上的打印头(312)，所述储液部(311)内部形成空腔，且空腔贯穿外部开设有与液流组件(400)连通的第一连接孔(311a)，与打印头(312)连通的第二连接孔(311b)。

3.根据权利要求2所述的超薄切割片的制造设备，其特征在于：所述储液部(311)的空腔贯穿顶部设置有用于添加金刚石微粉颗粒的第三连接孔(311c)，所述第三连接孔(311c)上设置有封盖(313)。

4.根据权利要求2所述的超薄切割片的制造设备，其特征在于：所述打印头(312)在靠近切割片基体(210)一侧的输出端横截面为与切割片基体(210)的外圆周面相适配的圆弧面，其圆弧面上设置有若干出液孔(312a)，所述出液孔(312a)正对切割基片(210)的圆周面上，使得工作溶液通过出液孔(312a)均匀流向切割基片(210)上以形成沉积层；所述出液孔(312a)的直径为0.1mm至4.8mm之间。

5.根据权利要求1所述的超薄切割片的制造设备，其特征在于：所述打印机构(310)与切割基体(210)上产生沉积层的间距为0.1mm～12mm。

6.根据权利要求1所述的超薄切割片的制造设备，其特征在于：所述回转机构(220)包括回转电机(221)以及用于夹持切割片基体(210)的夹头(222)，所述回转电机(221)通过夹头(222)驱动切割片基体(210)作回转运动。

7.根据权利要求1所述的超薄切割片的制造设备，其特征在于：所述移动机构(320)包括竖直设置在机架(100)上的直线模组(321)以及用于稳固直线模组(321)的底座(322)。

8.根据权利要求2所述的超薄切割片的制造设备，其特征在于：所述液流组件(400)包括与储液部(311)依次水路连通的进液管(410)、储液箱(420)，放置在切割片基体(210)下方的收集箱(430)，与收集箱(430)依次水路连通的出液管(440)、废水箱(450)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的超薄切割片的制造设备，其特征在于：还包括监测组件(500)，所述监测组件(500)通过传感器用于监测沉积层沉积高度以及打印机构(310)和切割片基体(210)上沉积层的间距。

10.一种超薄切割片的制造方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的一种超薄切割片的制造设备，包括以下步骤：

配制工作溶液导入液流组件，经由水路使工作溶液暂时储存在储液部，同时向储液部添加金刚石微粉颗粒，并在回转机构上装夹好切割片基体；

启动制造设备的电源，设定打印机构与切割片基体的初始间距，则移动组件通过监测组件的监测来控制打印机构下降至靠近切割片基体一定间距的初始位置；

工作溶液经由液流组件进入打印机构中，并从打印机构流出分别与打印机构和切割基体之间形成电解反应池，使得金属和金刚石微粉同步在切割片基体的外圆周面上沉积，同时，切割片基体旋转，沉积层逐层增加；当监测组件监测到沉积层顶部与打印机构的间距小于一定间距时，移动组件向上移动打印机构以保持二者间距一定，直至切割片基体上的沉积层高度达到所需高度后即可停机。

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