金剛石線切割機(jī)的選用

金剛石線切割機(jī)的選用金剛石線切割機(jī)金剛石線切割機(jī)原理金剛石線切割機(jī)裝有一個(gè)繞絲筒。繞絲筒在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動進(jìn)而帶動金剛石線做往復(fù)運(yùn)動，金剛石線被兩個(gè)張緊輪所張緊，為增加切割的精度和面型，在張緊輪下面安裝兩個(gè)導(dǎo)向輪。[1]1、高玉飛，葛培琪，李紹杰.往復(fù)式電鍍金剛石線鋸切割單晶硅片特性研究【J】.人工晶體學(xué)報(bào)，38（2）：373通過自動控制工作臺向金剛石線方向不斷地進(jìn)給，或是控制金剛石線向工作臺方向不斷進(jìn)給，從而使金剛石線與被切割物件間不斷產(chǎn)生磨削進(jìn)而切割。1、高玉飛，葛培琪，李紹杰.往復(fù)式電鍍金剛石線鋸切割單晶硅片特性研究【J】.人工晶體學(xué)報(bào)，38（2）：373金剛石線鋸切割優(yōu)勢電火花線切割加工要求被加工材料必須導(dǎo)電，其工作原理是在絕緣油介質(zhì)中，靠金屬切割盤與試樣之間產(chǎn)生的電弧起切割作用。將工件接入脈沖電源正極，采用鉬絲或銅絲作為切割金屬絲，將金屬絲接高頻脈沖電源負(fù)極作為工具電極，利用火花放電對加工零件進(jìn)行切割。脈沖電源提供加工能量，加工過程中應(yīng)用專用的線切割工作液清除加工中產(chǎn)生的碎屑[2]邢晨.線切割技術(shù)分析與應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2017(13):45-46.。切割過程中若工件材料過厚時(shí)，工作液較難進(jìn)入和充滿放電間隙，會對加工精度和表面粗糙度造成影響。有時(shí)某些工件可能會在表面出現(xiàn)裂紋、變形等問題。切割后的金屬表面沒有裸露最原始的金屬，而是覆蓋一層氧化皮，若想觀察原始金屬層，需先將金屬表面的氧化皮磨掉，否則影響整個(gè)樣品表面的形態(tài)。對于一些熔點(diǎn)特別高的金屬，如鎢合金，切割時(shí)接觸點(diǎn)放電的熱量所提供的溫度達(dá)不到其熔點(diǎn)，因此難以對其進(jìn)行切割。當(dāng)被加工材料不導(dǎo)電且需要采用線切割的方式進(jìn)行加工時(shí)，此時(shí)電火花線切割機(jī)不再適用。而金剛石線切割機(jī)的加工優(yōu)勢便顯現(xiàn)出來，金剛石線切割機(jī)同時(shí)適用于導(dǎo)電材料和不導(dǎo)電材料（硬度要比金剛石線?。┑那懈睢Ｒ虼?，金剛石線切割機(jī)被廣泛用于各種金屬和非金屬及復(fù)合材料的切割，如陶瓷、玻璃、巖石、寶石、玉石、隕石、單晶硅、碳化硅、多晶硅、耐火磚、環(huán)氧板、鐵氧體、PCB以及建筑材料、牙科材料、生物材料及仿生復(fù)合材料等，特別適用于切割各種高硬度、高價(jià)值、易破碎的脆性材料。[3-4]

3、周世威，鄭超，劉瑩，等.金剛石線鋸切割設(shè)備現(xiàn)狀分析【J】.超硬材料工程，2012,24（3）:504、邢晨.線切割技術(shù)分析與應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2017(13):45-46.

3、周世威，鄭超，劉瑩，等.金剛石線鋸切割設(shè)備現(xiàn)狀分析【J】.超硬材料工程，2012,24（3）:504、向波，賀躍輝，謝志剛，黃艷華.電鍍金剛石線鋸的研究現(xiàn)狀【J】.材料導(dǎo)報(bào)，2007,21（8）：26-28金剛石線切割機(jī)常用的金剛石線有電鍍型和樹脂型兩種。電鍍型：用電鍍的方法在金屬絲上沉積一層金屬（一般為鎳和鎳鈷合金），并在金屬內(nèi)固結(jié)金剛石磨料制成的一種線性超硬材料工具。金屬鍍層是結(jié)合劑，金剛石磨料則用于切削加工。基材是否為環(huán)形基材是否為環(huán)形基材種類金剛石磨料電鍍金剛石長切割線環(huán)形電鍍金剛石切割線單根鋼絲基體金剛石切割線多根鋼絲基體金剛石切割線不帶金屬衣的普通金剛石切割線帶金屬衣的金剛石切割線電鍍金剛石切割線目前人們研究和應(yīng)用較多的是截面為圓形的單根鋼絲的金剛石長切割線和環(huán)形電鍍金剛石切割線。電鍍金剛石長切割線是指采用電鍍的方法將金剛石磨料固結(jié)到金屬基體上形成的切割線，常用基體截面形狀為圓形，一般為0.12～0.5mm，主要用于硅晶體、藍(lán)寶石的切割加工。環(huán)形電鍍金剛石切割線是指將金剛石磨料電鍍到環(huán)形金屬基體上形成的切割線。該類切割線使用時(shí)一般纏繞到幾個(gè)導(dǎo)輪上進(jìn)行單向循環(huán)切割，切割過程中無需換向，因此切割速度高。但環(huán)形金剛石線的焊接接頭處在旋轉(zhuǎn)過程中容易受向外的張力而斷裂，因此實(shí)際切割過程中為延長環(huán)形金剛石線的使用壽命會適當(dāng)降低切割速度來緩解接頭處所承受的張力，因而實(shí)際使用速度達(dá)不到理想速度。環(huán)形電鍍金剛石切割線中的由單根鋼絲焊接成環(huán)形的切割線的線徑一般不大于1mm，因此切縫較小，適合于硅晶體和藍(lán)寶石等比較貴重的硬脆材料的切割。雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但環(huán)形金剛石焊接接頭處的焊接和熱處理技術(shù)要求都比較高，生產(chǎn)成本高而使用壽命卻比較短，因而得不到普遍的應(yīng)用。另外，通過纏繞的方法將單根鋼絲編織成環(huán)形鋼絞線或環(huán)形鋼絲繩。這類環(huán)形切割線的線徑一般難做到1mm以下，因此切縫較寬，且使用多根金剛石線的設(shè)備在設(shè)置切割間距時(shí)程序較復(fù)雜，但切割線不易斷裂，使用壽命較長，適合石墨、復(fù)合非金屬材料等的切割[5]高偉,張景濤,吳平,等.電鍍金剛石切割線的種類及制造工藝的研究概述[J].金剛石與磨料磨具工程,2012,32(3):35-40.[5]。[5]高偉,張景濤,吳平,等.電鍍金剛石切割線的種類及制造工藝的研究概述[J].金剛石與磨料磨具工程,2012,32(3):35-40.2,、樹脂型：樹脂金剛石線是在原有鍍銅超細(xì)鋼絲線上噴涂一種增強(qiáng)耐磨合金、特種樹脂和金剛石超微粉的切割線，主要應(yīng)用于單晶硅、多晶硅、藍(lán)寶石、水晶、陶瓷和半導(dǎo)體材料的切割上，能取代目前碳化硅砂漿法，解決了環(huán)境污染。樹脂金剛石線的特點(diǎn)是高強(qiáng)度樹脂及金剛石相結(jié)合帶來的強(qiáng)的切割能力，線徑及金剛石粒度的配合及控制表現(xiàn)出了更好的硅片表面質(zhì)量及切割表現(xiàn)，高耐扭曲能力的母線帶來了非常低的斷線率。但樹脂金剛石線的工藝復(fù)雜，目前主要依靠進(jìn)口，其成本較高，因此還得不到廣泛的應(yīng)用。沈陽科晶自動化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的STX系列金剛石線切割機(jī)屬于高精密柔性切割，操作簡單，金剛石線鋸切割精度高，加工質(zhì)量優(yōu)良，切割面平整（Ra≤1.6μm），邊緣無破邊（如圖4利用STX-202A小型金剛石線切割機(jī)切割玻璃柱放大200倍可以觀察到切割后的玻璃柱平面度極好，邊緣無破邊現(xiàn)象）。機(jī)身采用鋁型材結(jié)構(gòu)，美觀輕便，不易生銹。STX系列金剛石線切割機(jī)各機(jī)型各有其特點(diǎn)和優(yōu)勢，可根據(jù)所要切割樣品的特性來選擇合適的切割機(jī)。200×200×圖4STX-202A金剛石線切割機(jī)切割玻璃柱的截面圖金剛石線切割機(jī)的選擇：當(dāng)切割樣品較小，切割深度≦50㎜時(shí)通常可選用：STX-202A和STX-202AQ兩種型號的小型金剛石線切割機(jī)。這兩種機(jī)器都是專為材料研究人員而設(shè)計(jì)，用于脆性材料樣品的精密切割。且都具有：可用于各種不同硬度材料的切割，特別是適用于脆性、易解理的晶體切割；操作簡便，加工質(zhì)量優(yōu)良；設(shè)備小巧，無需占用大面積位置放置。兩種切割機(jī)的區(qū)別是STX-202A型金剛石線切割機(jī)采用彈簧對張緊輪進(jìn)行張緊，無需額外的配套設(shè)備；STX-202AQ型金剛石線切割機(jī)采用氣動張緊，張緊力輸出均勻、氣壓可調(diào)整，最小可以使用φ0.08mm金剛石線，但須額外配備一臺空氣壓縮機(jī)。若不要求使用特別細(xì)的金剛石線兩種設(shè)備都可以應(yīng)用。圖5STX-202A小型金剛石線切割機(jī)圖6STX-202AQ小型金剛石線切割機(jī)2、當(dāng)切割的樣品相對較大且切割深度≥50㎜時(shí)，可根據(jù)樣品尺寸在以下5種型號的設(shè)備中進(jìn)行選擇。圖7STX-1202A全自動金剛石線切割機(jī)，最大切割直徑可達(dá)300㎜。圖8STX-2401全自動金剛石線切割機(jī)，最大切割直徑可達(dá)600㎜。圖9STX-603精密金剛石線切割機(jī)，最大切割直徑可達(dá)150㎜。圖10STX-4001金剛石線切割機(jī)，最大切割直徑可達(dá)1米，工作臺最大載重1.5噸圖11STX-402臺式金剛石線切割機(jī)，最大切割直徑可達(dá)100㎜，采用80m長的金剛石線進(jìn)行往復(fù)式切割，線速度在0-2m/s間可調(diào)。金剛石線徑的選擇：金剛石線徑通常根據(jù)材料的特性選擇，一般硬度高、強(qiáng)度大、耐磨損、耐腐蝕的材料不易被切割，因此應(yīng)選用線徑較粗、金剛石顆粒大的金剛石線，以此來保證金剛石線切割機(jī)對材料的切割能力和切割速度。當(dāng)切割的材料易于切割時(shí)不需要很大的摩擦力便能將材料切削，因此一般選用小線徑小顆粒的金剛石線。一些時(shí)候?qū)嶒?yàn)者會根據(jù)個(gè)人實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕虮磺懈畈牧系奶匦詫η懈罹€徑進(jìn)行具體要求，如要求切割下來的樣品表面平整度Ra在一定范圍內(nèi)或要求盡可能節(jié)約樣品，這時(shí)所用金剛石線應(yīng)按規(guī)定選擇適當(dāng)?shù)木€徑。當(dāng)切割貴重的樣品時(shí)，考慮到材料的成本及節(jié)約材料的目的，一般選用較細(xì)的、顆粒小的金剛石線進(jìn)行切割。通常情況下，對于絕大多數(shù)的樣品我們選用直徑為φ0.35㎜的金剛石線就能滿足切割要求。目前，沈陽科晶自動化設(shè)備有限公司所使用金剛石線的線徑有φ0.125±0.02㎜、φ0.25±0.02㎜、φ0.35±0.03㎜、φ0.42±0.03㎜四種規(guī)格，也可以根據(jù)需要，定制所需要直徑的金剛石線。切割速度的選擇：金剛石線鋸的切割屬于柔性切割，利用金剛石顆粒的硬度比被切割的材料堅(jiān)硬，切割過程中不銹鋼線上鍍有的金剛石顆粒層與被切材料進(jìn)行往復(fù)磨削，達(dá)到切割的目的。根據(jù)材料特性，一般硬度適中（莫氏硬度＜9）的脆性材料切割速度可適當(dāng)快一些，如硅、石墨、壓電陶瓷、玻璃等。這是因?yàn)檫@些材料遠(yuǎn)沒有金剛石堅(jiān)硬，當(dāng)金剛石線與其進(jìn)行磨削時(shí)會很容易將材料磨削成顆粒進(jìn)而切割。當(dāng)切割金屬或混合型材料或者難于切割的陶瓷材料，切割速度要盡可能慢。如各類硬質(zhì)合金鋼、氮化硅陶瓷、金屬陶瓷、鈦合金、電機(jī)等。這是因?yàn)榻饘兕惖臉悠肪哂姓车兜奶匦裕档徒饎偸€的磨削率，若切割速度設(shè)置過快會使與樣品接觸處的金剛石線出現(xiàn)一定向上的弧度，兩個(gè)導(dǎo)向輪間線的跨距越大，允許的弧度越大，一般跨距是100㎜時(shí)允許金剛石線與樣品接觸處出現(xiàn)弧度的最高點(diǎn)與金剛石線的水平位置的距離不超過5㎜；堅(jiān)硬材料切割時(shí)由于材料的硬度與金剛石顆粒硬度差小，因此切割時(shí)金剛石顆粒對被切材料表面的磨削速率減小，因而要適當(dāng)減慢切割速度；當(dāng)切割混合型材料時(shí)，由于被切割面的材質(zhì)不均勻，金剛石顆粒對不同材料的磨削速率不同，若切割速度設(shè)置過快容易損壞金剛石線，因而應(yīng)盡量放慢切割速度。切割速度的大小不僅與材料的性質(zhì)有關(guān)，與切割面的大小也有關(guān)系，同種材料切割時(shí)，被切面較大的切割速度設(shè)置就要相對較小一些。無論切割何種材料切割速度太快都不利于切割出光滑平整的試樣面，速度太快切割后的樣品表面會有明顯的切割線痕跡，因此當(dāng)要求切斷試樣同時(shí)還要有很好的面型（平面度、平行度、表面粗糙度）時(shí)一般選用較慢的切割速度。若設(shè)置的切割速度與實(shí)際切割速度不匹配容易發(fā)生夾線，進(jìn)而使金剛石線斷開，切割速度的設(shè)定沒有具體規(guī)定，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇。切割過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)所選用的速度過大時(shí)可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，速度的大小可根據(jù)金剛石線出現(xiàn)弧度的速度進(jìn)行調(diào)整，若切割過程中金剛石線幾乎一直處于平直狀態(tài)，說明所選用的切割速度還可以適當(dāng)增加，直到調(diào)整到金剛石線的弧度狀態(tài)一直保持不變的，說明所選用的切割速度適于材料的切割；當(dāng)切割過程中金剛石線很快出現(xiàn)弧度，說明所選用的切割速度過快，因此要進(jìn)行適當(dāng)減小，切割過程中繼續(xù)觀察，直到調(diào)整到適于切割的速度為止，這樣可盡可能降低設(shè)備和金剛石線的損耗程度，提高切割速率。切割行程的設(shè)置：切割行程=樣品的高度+5㎜。為保證將樣品切斷，通常會在樣品的實(shí)際高度之上增加5㎜。當(dāng)要求對樣品進(jìn)行開槽時(shí)，實(shí)際切割行程應(yīng)與開槽深度相同，為保證停止切割時(shí)所開槽口深度達(dá)到要求，當(dāng)切割行程達(dá)到設(shè)定行程時(shí)應(yīng)暫停切割，但主軸帶動繞絲筒和金剛石切割線繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，從而使樣品未達(dá)到切割深度的位置繼續(xù)被切割，直到樣品被切割部位每一點(diǎn)都達(dá)到所要求的切割深度。切割次數(shù)的選擇：切割次數(shù)一般為所要求的試樣片的個(gè)數(shù)加一。參考文獻(xiàn)：[1]高玉飛，葛培琪，李紹杰.往復(fù)式電鍍金剛石線鋸切割單晶硅片特性研