一种定制槽型的多线切割用导轮及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种定制槽型的多线切割用导轮及其制备方法，其上用于排列锯线的导轮槽具平坦底部、锯线定位侧壁和锯线导向侧壁，底部宽度为锯线直径的40%-80%，侧壁的坡度与高度依据底部宽度、锯线直径、槽距要求、导轮直径以及相互匹配的导轮轴之间的距离定制。本发明的一种定制槽型的多线切割用导轮及其制备方法，所述导轮与采用传统V形或U形横截面槽型的导轮相比，在不损失锯线定位能力的前提下，不仅寿命显著延长，且锯线跳线与抖动风险大幅降低，有利于降低切割不良如线痕、TTV等。
【专利说明】一种定制槽型的多线切割用导轮及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种定制槽型的多线切割用导轮及其制备方法，适用于使用游离磨料 和/或固结磨料多线切割加工晶硅、碳化硅、水晶、蓝宝石等硬质材料。【背景技术】
[0002] 在使用多线切割机来加工晶体硅、蓝宝石以及其它高硬度固体薄片时，主要有两 种工艺路线。一种是使用光滑的锯线与分散在液体里的游离磨料；另外一种是使用将磨料 颗粒固定在锯线上的固结锯线。不管哪一种工艺路线，都要求把锯线缠绕在一对平行的导 轮上。导轮上开有许多环形，且彼此平行的导轮槽。锯线首先被引入一对导轮中其中一个 A表面上的导轮槽A1中，然后被导入另外一边导轮B上和A1在同平面上的导轮槽B1 ;在导 轮槽B1中环绕导轮半周后，在和工件相对的另外一侧进入导轮A上和A1相邻的导轮槽A2， 依此类推，完成整个布线工作。
[0003] 在多线切割的加工过程中，导轮所起的作用是驱动和引导锯线，使其以指定的速 度和张力状态通过加工区域，而导轮结构中，与锯线发生直接作用的就是导轮槽。因此，导 轮槽的材质与形貌，对多线切割的产品质量和成本控制有非常重大的影响。
[0004] 目前工业所用的多线切割机导轮槽截面形状主要有两种，V形截面和U形截面。两 种截面的主要区别在于底部形状，V形截面槽形的底部为楔形，U形截面槽形的底部为一定 弧度的圆角。V形槽的加工最容易，也是目前应用的最广泛的的槽形。但是V形槽的使用寿 命波动范围很大，且槽的底部比较容易受到应力破坏。
[0005] 导轮槽失效的原因主要是磨料颗粒对导轮槽的磨损和锯线跳线。对于达到正常 使用寿命的导轮，磨损一般主要发生在导轮槽的底部。而一旦发生锯线跳线，即锯线因某 些原因，进入了错误的导线槽，往往导轮槽的结构会受到永久性的损坏，必须立即更换。以 用碳化硅游离磨料加工多晶硅片为例，目前一般的导轮寿命在20-150次切割之间大幅度 波动，使用寿命严重依赖于导轮槽材质、导轮槽形状、机台稳定性和多线切割的工艺条件设 定。在一个导轮槽的工作周期中，前10次左右切割为磨合期，一般伴随着一定程度的良率 波动。导轮槽一旦因跳线等原因造成损坏，就必须立即更换备用导轮。虽然导轮槽的加工 和使用成本占多线切割生产成本的较小部分，但是其性能严重影响到良率和机台的有效工 作时间。对导轮槽的检查、清洗和可用性评估目前是多线切割生产中非常重要的操作环节， 一般要占用30%以上的操作间隔时间。
[0006] 当带有预加张力的锯线被放置在导轮槽中时，锯线即对导轮槽的施加一个压力。 根据材料力学，只要导轮槽与锯线的接触面呈现凹形的曲率，那么在锯线的正下方作用点 处，导轮槽的材料就会受到拉应力（tensihle stress)，应力的大小取决于锅线所施加的张 力和底部的局部曲率角。张力越大，或者曲率角越小，拉应力的数值就越高。如果导轮槽为 V形截面，或者在使用中磨料颗粒的嵌入造成了类似V形的尖端，那么在顶点处，就会存在 相当大的应力集中。这种应力集中达到一定程度，或者有后续的磨料颗粒进一步嵌入，就会 造成槽底中央的材料发生破坏。U形截面的导轮槽的应力集中程度比V形槽低，但因为其凹 面的曲率，仍然会在槽底部产生较大的拉应力。
[0007] 另外，锯线在向相邻的导轮槽运动中，不可避免地会与导轮槽壁发生摩擦。当前使 用的导轮槽壁均为采用一个固定的倾角，这样锯线就会在相当长的距离上与导轮槽壁摩擦 (一般在6-10_)。这样的接触会造成线网的振动和导轮槽的磨损，提高跳线事故发生的概 率。所以，应该尽可能减小在定位需要以外的锯线与导轮槽的接触。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中导轮槽侧壁易磨损、锯线易跳 线的问题，提供一种定制槽型的多线切割用导轮及其制备方法。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种定制槽型的多线切割用导轮， 所述导轮表面具有耐磨涂层，所述导轮表面耐磨涂层上开有彼此平行的用于排列锯线的导 轮槽；所述导轮槽与通过导轮轴线的平面的交线形成导轮槽轮廓，所述导轮槽轮廓包括底 边和侧壁，所述导轮槽轮廓的侧壁包括与底边相连的锯线定位侧壁和位于定位侧壁之上的 锯线导向侧壁，所述定位侧壁为直线或向导轮槽轮廓中心弯曲的凸曲线，所述导轮槽轮廓 所在平面上任一与导轮轴线垂直相交的直线为轮廓法线，所述导向侧壁两端点的连线与轮 廓法线的夹角大于定位侧壁两端点的连线与轮廓法线的夹角。
[0010] 多线切割用导轮表面的耐磨涂层肖氏D硬度在80-99之间、厚度大于0. 3mm，肖氏 D硬度在80-99之间可以满足导轮在使用时的强度，厚度大于0.3_可以使导轮的重复利用 率高，在一定范围内，耐磨涂层越厚，可重复利用的次数越多。
[0011] 多线切割用导轮的底边可以为直线或曲率半径大于锯线直径D的1.6倍的曲线， 将底边设计成曲线，可以最大程度地降低锯线正下方的应力集中，导轮槽的侧壁斜边提供 锯线的定位力，导轮槽材质的弹性模量需均匀，保证锯线定位于导轮槽的中心。
[0012] 进一步地，所述底边宽度为W，所述底边宽度W为锯线直径D的40%-80%，可以使加 工的角度和高度更加容易处理。
[0013] 为了消除底边与侧壁相连接部分的内应力集中点，所述底边与侧壁相接的部分存 在平滑过渡的底边倒角区。
[0014] 多线切割用导轮的定位侧壁两端点的连线与轮廓法线的夹角为α，α的取值范 围为：
[0015]
【权利要求】
1. 一种定制槽型的多线切割用导轮，其特征在于：所述导轮（1)表面具有耐磨涂层 (11)，所述导轮（1)表面耐磨涂层（11)上开有彼此平行的用于排列锯线（2)的导轮槽（3); 所述导轮槽（3)与通过导轮（1)轴线的平面的交线形成导轮槽轮廓（4)，所述导轮槽轮廓 (4)包括底边（41)和侧壁（42)，所述导轮槽轮廓（4)的侧壁（42)包括与底边相连的锯线定 位侧壁（43)和位于定位侧壁（43)之上的锯线导向侧壁（44)，所述定位侧壁（43)为直线或 向导轮槽轮廓中心弯曲的凸曲线，所述导向侧壁（44)为直线或向导轮槽轮廓中心弯曲的凸 曲线，所述导轮槽轮廓（4)所在平面上任一与导轮轴线垂直相交的直线为轮廓法线（5)，所 述定位侧壁（43)两端点的连线与轮廓法线（5)的夹角为α，所述导向侧壁（44)两端点的 连线与轮廓法线（5)的夹角为γ，所述α〈 γ。
2. 如权利要求1所述的一种定制槽型的多线切割用导轮，其特征在于：所述耐磨涂层 (11)肖氏D硬度在80-99之间、厚度大于0.3mm。
3. 如权利要求2所述的一种定制槽型的多线切割用导轮，其特征在于：所述底边（41) 为直线或曲率半径大于锯线直径D的1. 6倍的曲线。
4. 如权利要求1-3任一项所述的一种定制槽型的多线切割用导轮，其特征在于：所述 底边（41)宽度为W，所述底边（41)宽度W为锯线（2)直径D的40%-80%。
5. 如权利要求4所述的一种定制槽型的多线切割用导轮，其特征在于：所述底边与侧 壁相接的部分存在平滑过渡的底边倒角区。
6. 如权利要求2所述的一种定制槽型的多线切割用导轮，其特征在于：所述定位侧壁 (43)两端点的连线与轮廓法线（5)的夹角α的取值范围为 ：
7. 如权利要求6所述的一种定制槽型的多线切割用导轮，其特征在于：所述定位侧壁 (43) 在导轮槽法线上的投影长度为hl，hi的取值范围为：
8. 如权利要求2所述的一种定制槽型的多线切割用导轮，其特征在于：所述导轮 (1)含耐磨涂层（11)在内的半径为r，所述槽壁高度为h，所述导向侧壁（44)与锯线（2) 间的接触距离为
其中
9. 如权利要求8所述的一种定制槽型的多线切割用导轮，其特征在于：所述导向侧壁 (44) 在导轮槽法线上的投影长度为锯线（2)直径D的100%-250%。
10. 如权利要求6-9所述的一种定制槽型的多线切割用导轮，其特征在于：所述定位侧 壁（43)与导向侧壁（44)相连部分存在平滑过渡的侧壁倒角区。
11. 一种定制槽型的多线切割用导轮的制备方法，其特征在于：包括至少一个磨轮，所 述磨轮表面刻有与所需导轮槽型形状相适应配合的凸起，对磨轮施压，使磨轮接触表面均 匀平整涂覆有涂料的导轮胚体，并保持磨轮轴线与导轮胚体轴线平行；同步转动磨轮和导 轮胚体，并在整个过程中保持二者之间的压力，直到导轮胚体的表面磨入深度达到要求，然 后移动上述磨轮至下一个开槽位置，重复上述制备，直到整个导轮按需要布满所需导轮槽。
12. 如权利要求11所述的一种定制槽型的多线切割用导轮的制备方法，其特征在于： 所述涂料为聚醚聚氨酯涂料。
13. 如权利要求12所述的一种定制槽型的多线切割用导轮的制备方法，其特征在于： 所述聚醚型聚氨酯涂料中共混有碳纤维、金刚石、碳化硅、氮化硼、氧化铝、氧化锆、氮化硅、 碳化钨、石墨中的一种或几种。
【文档编号】B28D5/04GK104097269SQ201310463516
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】不公告发明人 申请人:凡登（江苏）新型材料有限公司