一种金刚线对脆硬材料的切割方法与流程

本发明涉及脆硬材料切割领域，特别涉及一种金刚线对脆硬材料切割方法。

背景技术：

金刚线切割单、多晶硅棒，已经成为太阳能级硅片切割的主流，各种专用机床和改造机床纷纷投入使用。电镀金刚线成为硅片切割的主要耗材，而电镀金刚线的价格相对于普通钢线的近百倍，为了降低耗材成本，各个硅片加工企业采取各种措施节约金刚线用量。

因此，目前以金刚线切割硅棒、宝石等脆硬材料为本领域常规方法。但现有金刚线切割工艺方法切割效率较低，尤其是长线金刚丝如果反复进行切割，会导致切割面粗糙度较高；而如果采用单向切割的方式，金刚丝则容易发生断裂。

技术实现要素：

为此，需要提供一种可以提高切割效率，让金刚线的表面粗糙度降低且不易断裂的切割方法。为实现上述目的，发明人提供所述切割方法为采用金刚线对以硅晶棒为代表的脆硬材料进行纵向切割，所述脆硬材料最大纵向长度为l，最大横向宽度为m；所述切割由升降机构带动金刚线向脆硬材料移动的同时，金刚线在升降机构的两个同水平转动轮之间形成线弧，所述线弧进行切割线运动实现对脆硬材料的切割；两个转动轮的轴间距离t1.2m≤t≤10m；所述切割过程包括s1、s2、s3、s4,4个步骤；其中s1步骤，金刚线向下给进切割，所述转动轮纵向移动位置距离为5％-30％l；s2步骤，金刚线向下给进切割，所述转动轮纵向移动位置距离为101％-150％l；s3步骤，金刚线向上回退，回退至转动轮纵向移动位置距离为100％-130％l；s4步骤，金刚线向下给进切割，至将脆硬材料切透。

发明人在研究中发现，在金刚线切割机切割脆硬材料的过程中，金刚丝发生断裂的情况，大部分发生在切割后半程，由于后期金刚丝累计的磨损较大、同时切割温度高、拉伸张力过大，导致金刚丝发生断裂。因此，发明人分段式的设计切割过程，加入了s3的回退步骤。在切割过程中，加入了s3回退步骤，使得金刚线的在s2步骤中的拉伸张力得到有效缓解，避免金刚线由于张力过大断裂，也减少金刚线的拉伸弧度(金刚线切割弧在s3步骤中，由于回退过程没有切割脆硬材料，得到收紧)。这使得在相同力距情况下，金刚线对脆硬材料的剪切力增加，最终效果为s4步骤金刚线的拉伸张力变小，而剪切力变大。因此s4步骤在即使在低速给进的情况下，依然可以对脆硬材料提供较大的剪切力，切断脆硬材料；使得s4步骤可采用低速的方式进行切割(由于前期s1\s2步骤中金刚线已受到磨损，容易断裂；低速也可以降低金刚线断裂的风险)。同时，s3和s4步骤中，由于摩擦力降低，也可避免因为金刚线温度继续上升导致其分子排列状态不稳定易断裂，进一步的降低断裂风险。

所述切割线运动可以为单向运动，也可以为往复运动。

优选的，所述金刚线的切割线速度为10-100m/s。

优选的，所述金刚线的切割线速度为10-50m/s。

优选的，所述s1步骤，所述金刚线的向下给进速度为5-500m/min。

优选的，所述s2步骤，所述金刚线的向下给进速度为1-250m/min。

优选的，所述s3步骤，所述金刚线的向上回退速度为10-3000mm/min。优选的，所述s4步骤，所述金刚线的向下给进速度为0.1-50mm/min。

优选的，所述金刚线的直径为0.1mm-5mm。

优选的，所述金刚线的拉伸张力为其破断力的10％-90％。

优选的，脆硬材料切割面的表面粗糙为ra0.8-3.2。

区别于现有技术，上述技术方案至少包括以下有益效果：分段式的设计切割过程，加入了s3的回退步骤。在切割过程中，由于加入了s3回退步骤，使得金刚线的在s2步骤中的拉伸张力得到有效缓解，避免金刚线由于张力过大断裂，也减少金刚线的拉伸弧度。这使得在相同力距情况下，金刚线对脆硬材料的剪切力增加，最终效果为s4步骤金刚线的拉伸张力变小，而剪切力变大。因此s4步骤在即使在低速给进的情况下，依然可以对脆硬材料提供较大的剪切力，切断脆硬材料；使得s4步骤可采用低速的方式进行切割(由于前期s1\s2步骤中金刚线已受到磨损，容易断裂；低速也可以降低金刚线断裂的风险)。同时，s3和s4步骤中，由于摩擦力降低，也可避免因为金刚线温度继续上升导致其分子排列状态不稳定易断裂，进一步的降低断裂风险。金刚线的切割效率高，不易断裂，表面粗糙可以达到ra0.8-3.2。

附图说明

图1为s1步骤切割示意图，其中竖直向下箭头表示向下切割方向；

图2为s2步骤切割示意图，其中竖直向下箭头表示向下切割方向；

图3为s3步骤回退示意图，其中竖直向上箭头表示向上回退方向；

图4为s4步骤切割示意图，其中竖直向下箭头表示向下切割方向。

附图标记说明：

1、金刚线，

2、脆硬材料。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

实施例1

所述脆硬材料最大纵向长度为l，最大横向宽度为m；所述切割由升降机构带动金刚线向脆硬材料移动的同时，金刚线在升降机构的两个同水平转动轮之间形成线弧，所述线弧进行切割线运动实现对脆硬材料的切割；两个转动轮的轴间距离t1.2m≤t≤10m；所述切割过程包括s1、s2、s3、s4,4个步骤；其中s1步骤，金刚线向下给进切割，所述转动轮纵向移动位置距离为5％-30％l；s2步骤，金刚线向下给进切割，所述转动轮纵向移动位置距离为101％-150％l；s3步骤，金刚线向上回退，回退至转动轮纵向移动位置距离为100％-130％l；s4步骤，金刚线向下给进切割，至将脆硬材料切透。

如图1-4所示，用金刚线1切割机(由升降机构带动金刚线向脆硬材料移动的同时，金刚线在升降机构的两个同水平转动轮之间形成线弧，线弧进行切割线运动实现对脆硬材料的切割，脆硬材料为纵截面为正方形(边长370mm)，转动轮的直径为150-500mm(220mm)，转动轮轴间距为900mm。切割过程包括以下切割机控制步骤：

s1:金刚线向下给进切割，切割线速度80m/s，进给速度100mm/min，所述转动轮纵向移动位置距离s1为5％l；

s2：金刚线向下给进切割，切割线速度50m/s，进给速度50mm/min，所述转动轮纵向移动位置距离s2为130％l；

s3：金刚线向上回退，切割线速度50m/s，回退速度1000mm/min，回退至转动轮纵向移动位置距离s3为100％l的位置处；

s4:金刚线向下给进切割，切割线速度50m/s，进给速度30mm/min至将脆硬材料切透。

所述金刚线的直径为0.2mm，金刚线拉伸张力为其破断力的20-90％，s2步骤中，拉伸张力达到峰值；最终脆硬材料切割面的表面粗糙为ra0.8-3.2。

在切割过程中，加入了s3回退步骤，使得金刚线的在s2步骤中的拉伸张力得到有效缓解，避免金刚线由于张力过大断裂，也减少金刚线的拉伸弧度(金刚线在s3步骤得到收紧)，在相同力距情况下，增加金刚线对脆硬材料的剪切力。使其s4步骤金刚线的张力小，而剪切力大。

实施例2

用金刚线切割机(由升降机构带动金刚线向脆硬材料移动的同时，金刚线在升降机构的两个同水平转动轮之间形成线弧，线弧进行切割线运动实现对脆硬材料的切割，脆硬材料为纵截面为圆形(直径400mm)，转动轮的直径为150-500mm，转动轮轴间距为900mm。切割过程包括以下切割机控制步骤：

用金刚线切割机对脆硬材料进行纵向切割，包括以下切割机控制步骤：s1:金刚线向下给进切割，切割线速度100m/s，进给速度300mm/min，所述转动轮纵向移动位置距离s1为20％l；

s2：金刚线向下给进切割，切割线速度100m/s，进给速度250mm/min，所述转动轮纵向移动位置距离s2为150％l；

s3：金刚线向上回退，切割线速度100m/s，回退速度3000mm/min，回退至转动轮纵向移动位置距离s3为130％l的位置处；

s4:金刚线向下给进切割，切割线速度100m/s，进给速度50mm/min至将脆硬材料切透。

所述金刚线的直径为3mm；脆硬材料切割面的表面粗糙为ra0.8-3.2。

实施例3

用金刚线切割机(由升降机构带动金刚线向脆硬材料移动的同时，金刚线在升降机构的两个同水平转动轮之间形成线弧，线弧进行切割线运动实现对脆硬材料的切割，脆硬材料为纵截面为圆形(直径400mm)，转动轮的直径为300-500mm，转动轮轴间距为1200mm。切割过程包括以下切割机控制步骤：

用金刚线切割机对脆硬材料进行纵向切割，包括以下切割机控制步骤：s1:金刚线向下给进切割，切割线速度60m/s，进给速度500mm/min，所述转动轮纵向移动位置距离s1为30％l；

s2：金刚线向下给进切割，切割线速度100m/s，进给速度150mm/min，所述转动轮纵向移动位置距离s2为130％l；

s3：金刚线向上回退，切割线速度100m/s，回退速度1000mm/min，回退至转动轮纵向移动位置距离s3为120％l的位置处；

s4:金刚线向下给进切割，切割线速度50m/s，进给速度20mm/min至将脆硬材料切透。

所述金刚线的直径为5mm；脆硬材料切割面的表面粗糙为ra0.8-3.2。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。