专利名称：单丝型金属锯线的制作方法
技术领域：
本发明涉及单丝型金属锯线，特别是涉及与线锯一起使用以锯切诸如硅块或石英块等硬质材料的单丝型金属锯线。
背景技术：
公知的是，线锯用于锯开硬质材料，例如从硅块切下薄片。这种线锯包括单丝型金属锯线，其靠在硅块上连续或者来回移动而拉穿硅块。单丝型金属锯线通常涂覆有辅助锯切过程的磨料。磨料通常涂在锯线上之后不久锯线便进入锯切区，锯线在该区域内接触硅块。锯切过程的效率取决于多个参数，例如将要切割的硬质材料块的特性、锯线的速度等。重要的因素是锯线夹带磨料的能力。
过去通常采用光滑的锯线。然而，这种单丝型金属锯线的缺点在于，其光滑的外表面不便于夹带磨料。并且，在锯切过程中，磨料容易从锯线剥落，从而影响锯切过程的效率和质量。
因此需要改进锯线夹带磨料的性能。国际专利申请WO90/12670描述了一种单丝型金属锯线，其中磨料被锯线很好地夹带并且不容易从锯线剥落。可以通过改变锯线的外表面来实现这一点。根据WO 90/12670的一个实施方式，锯线的表面中布置有若干微腔。根据另一个实施方式，通过在锯线的外表面设置多个圆周槽将锯线制造为变直径锯线。虽然这些方案可以使磨料被更好地夹带，但是锯线外表面的改变通常缓慢且麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于线锯的改进的单丝型金属锯线。通过如权利要求1所述的单丝型金属锯线来实现这个目的。本发明的另一个目的是提供制造用于线锯的改进的单丝型金属锯线的方法。通过如权利要求12和13所述的方法来实现这个目的。本发明的另一个目的是提供一种改进的线锯。通过如权利要求14所述的线锯来实现这个目的。本发明的另一个目的是提供锯切硬质材料的方法。通过如权利要求15所述的方法来实现这个目的。
为了克服前面描述的问题，本发明建议一种用于线锯的单丝型金属锯线，所述锯线由直径为d的金属丝制成且设有多个卷曲部。卷曲部布置在至少两个不同的平面内，从而在一段包含位于至少两个不同平面内的卷曲部的长度上、在千分尺的量杆之间测量时，卷曲锯线的外包络直径D是直径d的1.05倍到1.50倍。根据本发明的单丝型金属锯线具有改进的磨料夹带特性。毫无疑问，卷曲部使锯线具有磨料可以处于其中的凹部。并且，根据本发明的单丝型金属锯线易于制造。直的锯线例如可以通过使其穿过一对卷曲轮而具有卷曲部，由此，不必改变锯线的表面本身。由于磨料被更好地夹带，所以可以提高锯切过程的速度。已经发现，通过利用根据本发明的锯线，锯切速度可以加倍，这使得制造过程的效率相当高。
此外，由于磨料被更好地夹带，所以磨料的速度相对于锯线本身有所降低，这使得锯线的磨损降低。因此，根据本发明的锯线具有比传统锯线更长的寿命。由于锯线的卷曲部布置在至少两个不同的平面内，所以锯线在锯切过程中保持直线。这使得锯切过程更稳定，并且使切片的表面质量得以改进。
通过使锯线的外包络直径D保持在锯线自身直径的1.05倍到1.50倍之间，可以使锯线具有足够大小的凹部用于容纳和夹带磨料，同时使锯线保持必要的伸长特性。包络直径沿任一径向应该例如不超过锯线直径的1.50倍，以便不使锯线具有太显著的伸长特性，因为太显著的伸长特性会使锯线在锯切过程中弯曲。
还需注意的是，锯线上的磨料不容易从锯线剥落。这意味着锯线可以用来锯开相当大块的硬质材料。使用该锯线可以容易地切割长达2米的长度。
有利的是，卷曲部具有最大为10mm的波长，千分尺包括位于量杆端部的用于测量其间包络直径的测盘，测盘具有至少20mm的直径。通过利用这种测盘，可以容易且准确地测量锯线的包络直径。优选的是，通过在测盘之间旋转锯线来测量锯线的最大和最小包络直径。
优选的是，卷曲锯线的包络直径是直径d的1.10倍到1.30倍。通过减小最大包络直径，可以减小切割的厚度，并且锯线的伸长特性减弱。通过增大最小包络直径，磨料的夹带性得以提高。因此，对于具有0.25mm直径的锯线，外包络直径优选为0.275mm到0.325mm之间。
锯线的直径d可以在0.15mm到0.50mm之间，优选的是，在0.20mm到0.30mm之间。更优选的是，锯线的直径d大约为0.25mm。然而，不应该将锯线的直径作为限制。
根据第一实施方式，锯线包括多个交替的第一部分和第二部分，其中，在第一部分和第二部分中的任一部分中，锯线至少在第一和第二平面内卷曲。优选的是，第一平面内的卷曲部的波长大于第二平面内的卷曲部的波长。如此获得的锯线具有沿着锯线全长的均匀卷曲部。
根据第二实施方式，锯线包括多个交替的第一部分和第二部分，其中，在第一部分中，锯线基本上在第一平面内卷曲，而在第二部分中，锯线基本上在第二平面内卷曲。如此获得的锯线具有位于不同平面内的卷曲部的交替部分。优选的是，第一部分和第二部分的长度不超过10mm，使得锯切过程中不会发生锯线弯曲。并且，第一部分和第二部分的长度应该使得千分尺的测盘总是覆盖第一部分和第二部分的至少一个。
优选的是，第一平面基本上垂直于第二平面。可以注意到，锯线可以包括位于两个以上平面内的卷曲部，在这种情形下，平面相应优选地布置为相邻平面之间的角度至少大致相等，从而确保锯线在锯切过程中基本上保持为直线。
虽然卷曲部可以为任何形状，但是Z字形的卷曲部对于使其更稳定是优选的。
优选的是，锯线包括诸如磨粉浆料等磨料涂层。
本发明还涉及用于制造上述单丝型金属锯线的方法。
根据第一实施方式，所述方法包括如下步骤提供直的单丝型金属锯线；通过使锯线从第一对卷曲轮之间穿过而使其在第一平面内卷曲；以及通过使锯线从第二对卷曲轮之间穿过而使其在第二平面内卷曲。第一对和第二对卷曲轮中的卷曲轮具有基本上彼此平行的轴线。第一对和第二对卷曲轮中的卷曲轮被设计为使得第一平面内的卷曲部具有比第二平面内的卷曲部更长的波长。如此获得的锯线包括多个交替的第一部分和第二部分，其中，在第一部分和第二部分中的任一部分中，锯线至少在第一和第二平面内卷曲。这对于使锯线在两个不同的平面内卷曲提供了特别容易、快速和有效的方法。
根据第二实施方式，所述方法包括如下步骤提供直的单丝型金属锯线；以及通过使锯线从第一对卷曲轮之间穿过，且同时使锯线围绕其轴线扭转而使其卷曲。如此获得的锯线包括多个交替的第一部分和第二部分，其中，在第一部分中，锯线基本上在第一平面内卷曲；在第二部分中，锯线基本上在第二平面内卷曲。
本发明还涉及用于锯切诸如硅块或石英块等硬质材料的线锯，其中线锯包括上述单丝型金属锯线。
此外，本发明涉及用于锯切硬质材料的方法，所述方法包括如下步骤拉动上述单丝型金属锯线，以使之高速穿过硬质材料，以及添加磨料，使得磨料由锯线中的卷曲部夹带。
最后，本发明涉及上述单丝型金属锯线在锯切诸如硅块或石英块等硬质材料时的用途。
参考附图、阅读下述并非限制性的实施方式，可以更好地理解本发明，其中图1是根据本发明的第一实施方式的单丝型金属锯线的位于x-y面内的侧视图；图2是图1所示锯线的位于x-z面内的侧视图；图3是图1所示锯线的位于y-z面内的剖视图；图4是根据本发明的第二实施方式的单丝型金属锯线的位于x-y面内的侧视图；图5是图4所示锯线的位于x-z面内的侧视图；
图6是图4所示锯线的位于y-z面内的剖视图；图7是说明用于制造图1所示锯线的方法和装置的示意图；图8是说明用于制造图4所示锯线的方法和装置的示意图。
具体实施例方式
图1至图3示出根据本发明的第一实施方式的单丝型金属锯线。该锯线在图1中显示为位于x-y面内，在图2中位于x-z面内，在图3中位于y-z面内。单丝型金属锯线10设置有位于两个不同的平面内的多个卷曲部(crimps)12。在第一平面内，如图1所示，锯线包括具有波长WL1和波幅A1的卷曲部。在第二平面内，如图2所示，锯线包括具有波长WL2和波幅A2的卷曲部。波长WL2比波长WL1短，例如，波长WL1可以为5.0mm，而波长WL2可以为大约3.3mm。单丝型金属锯线10自身具有0.25mm的直径d，该直径在锯线10的全长上大致保持恒定。优选的是，波幅A1、A2是锯线10的直径d的1.10倍到1.30倍。由于单丝型金属锯线10具有0.25mm的直径d，于是波幅A1、A2在0.275mm到0.325mm之间。含有上述特性的卷曲部的单丝型金属锯线10具有大小在0.275mm到0.325mm之间的外包络直径D。图3示出位于y-z面内的单丝型金属锯线10，也清楚地示出锯线包括位于两个不同平面内的卷曲部。虚线示出单丝型金属锯线10的外包络周界。
图4至图6示出根据本发明的第二实施方式的单丝型金属锯线。该锯线在图4中显示为位于x-y面内，在图5中位于x-z面内，在图6中位于y-z面内。单丝型金属锯线10设置有位于两个不同的平面内的多个卷曲部12。在第一平面内，如图4所示，锯线包括具有波长WL3和波幅A3的卷曲部。在第二平面内，如图5所示，锯线包括具有波长WL4和波幅A4的卷曲部。单丝型金属锯线10自身具有0.25mm的直径d，该直径在锯线10的全长上大致保持恒定。优选的是，波幅A3、A4是锯线10的直径d的1.10倍到1.30倍。由于单丝型金属锯线10具有0.25mm的直径d，于是波幅A3、A4在0.275mm到0.325mm之间。含有上述特性的卷曲部的单丝型金属锯线10具有大小在0.275mm到0.325mm之间的外包络直径D。图6示出位于y-z面内的单丝型金属锯线10，也清楚地示出锯线包括位于两个不同平面内的卷曲部。虚线示出单丝型金属锯线10的外包络周界。
本发明还涉及用于制造根据第一实施方式的单丝型金属锯线的方法。该方法示意性地显示在图7中，其中直的单丝型金属锯线10从卷筒18松开或者直接从拉丝机得到，并且穿过第一对卷曲轮(crimping wheels)20、20’，该对卷曲轮使锯线10在第一平面内卷曲，从而获得具有位于一个平面内的卷曲部的锯线10’。然后，锯线10’穿过第二对卷曲轮22、22’，该对卷曲轮使锯线10’在第二平面内卷曲，从而获得具有位于两个平面内的卷曲部的锯线10”。第二对卷曲轮22、22’布置成与第一对卷曲轮20、20’相距一定距离。事实上，已经发现，当具有位于一个平面内的卷曲部的锯线10’与第二对卷曲轮22、22’的第一个卷曲轮22接触时，锯线10’旋转90°使得第一平面与卷曲轮22的表面结合。当锯线10’从第二对卷曲轮22、22’之间穿过时，锯线10’便具有位于第二平面内的卷曲部，其基本上垂直于第一平面。离开第二对卷曲轮22、22’的锯线10”因此具有位于两个不同平面内的卷曲部。
有利的是，第一对卷曲轮20、20’以及第二对卷曲轮22、22’设计成使得第一平面内的卷曲部具有比第二平面内的卷曲部更长的波长。这确保第一平面内的卷曲部不去掉的同时提供第二平面内的卷曲部。在具体实施例中，第一对的每个卷曲轮20、20’具有45mm的直径，并且包括28个卷曲齿，第二对的每个卷曲轮22、22’具有33mm的直径，并且包括31个卷曲齿。第一对卷曲轮20、20’使锯线具有位于第一平面内波长为大约5.0mm的卷曲部，第二对卷曲轮22、22’使锯线具有位于第二平面内波长为大约3.3mm的卷曲部。锯线在第一平面和第二平面内经过卷曲之后可以缠绕在卷筒24上以便储存和运输。
可以注意到，这种方法特别容易，事实上是用于执行该方法的装置特别容易。两对传统的卷曲轮可以安装在支撑上，并且可以拉动锯线穿过卷曲轮。锯线穿过成对卷曲轮的速度可以高达9m/s。
本发明还涉及用于制造根据第二实施方式的单丝型金属锯线的方法。该方法以及用于制造这种单丝型金属锯线的装置40示意性地显示在图8中，其中提供有直的单丝型金属锯线10，并且该锯线穿过一对卷曲轮54、54’，同时该对卷曲轮使锯线10关于其轴线扭转。随着锯线10被扭转而具有位于不同平面内的卷曲部。
装置40的公知构造包括转子42，其由支撑结构44、44’支撑，采用这种方式以便可以通过电机46使转子关于转子旋转轴48旋转。转子包括第一转子端部50和第二转子端部50’。支架52安装在两个转子端部50、50’之间，采用这种方式使支架可以关于转子旋转轴48自由摆动，由此当转子42关于转子旋转轴48旋转时，支架52在旋转时保持稳定。
支架52包括一对卷曲轮54、54’以及卷筒56，卷筒56用于从其上松开直的单丝型金属锯线10。该对卷曲轮54、54’以及卷筒56固定在支架52上，因此在关于转子旋转轴48旋转时保持稳定。直的单丝型金属锯线10提供给该对卷曲轮54、54’。离开该对卷曲轮54、54’的卷曲锯线10’被关于转子旋转轴48旋转的第一转子端部50扭转。第一转子端部50形成第一扭转装置，并且第一转子端部50的公知构造包括偏转轮58(也称为扭转轮58)、飞转臂60以及飞转臂偏转轮62。扭转轮58直接支撑在转子42上。飞转臂60从第一转子端部50径向延伸，并且支撑位于其自由端的飞转臂轮62。第二转子端部50’同样包括偏转轮58’、飞转臂60’以及飞转臂偏转轮62’。扭转轮58将锯线引导到飞转臂60的飞转臂偏转轮62上。锯线从飞转臂偏转轮62转到飞转臂60’的飞转臂偏转轮62’上，由此围绕支架52锯线被从第一转子端部50引导到第二转子端部50’上。锯线从飞转臂偏转轮62’进入第二转子端部50’。第二转子端部50’内的偏转轮58’将锯线引导到第二转子端部50’外部的旋转轴48中，在这里锯线被卷线筒64收回。在偏转轮58’和卷线筒64之间，锯线经过第二次扭转而完成其成形。
由于卷曲轮54、54’下游的锯线的扭转，使得锯线具有位于一个以上平面内的卷曲部。根据扭转速度以及锯线穿过卷曲轮54、54’的速度，锯线的第一部分在第一平面内卷曲。由于扭转，锯线骤然旋转大约90°，于是其第二部分在第二平面内卷曲。然后，锯线又骤然旋转大约90°，于是其另一个第一部分又在第一平面内卷曲。交替的第一部分和第二部分使锯线具有位于两个基本垂直的平面内的卷曲部。
测试结果为了评估根据本发明的金属锯线的性能而执行下述测试。
利用在任何平面内均没有卷曲部的传统锯线以及根据本发明的锯线把长度为700mm的玻璃块切片。测量经过切割的表面的粗糙度。利用传统锯线，已经发现位于块的边缘区域的粗糙度在8μm和9μm之间，位于块的中间区域的粗糙度在6μm和7μm之间。在另一方面，利用根据本发明的锯线，已经发现位于块的边缘区域的粗糙度在11μm和13μm之间，位于块的中间区域的粗糙度在10μm和13μm之间。
公知的是，粗糙度取决于磨料中颗粒的粒度，可以推断出，在传统锯线的情形下，大尺寸的颗粒仅仅部分渗透进玻璃块。在锯线到达玻璃块的中间区域时，大尺寸的颗粒已经从锯线剥落，只留下了小尺寸的颗粒。在根据本发明的锯线的情形下，上述结果显示，边缘区域和中间区域的粗糙度差不多相同。这意味着与传统锯线相比磨料的夹带性得以改进，并且几乎没有任何磨料颗粒从锯线剥落。
为了避免弯曲，传统锯线穿过玻璃块的速度必须限制在最大为800μm/min。而利用根据本发明的锯线，容易获得1500μm/min的速度。因此，利用根据本发明的锯线可以使切割速度加倍。
最后需要注意的是，图1至图6所示的尺寸已被扩大了很多。
权利要求
1.一种用于线锯的单丝型金属锯线，所述锯线由直径为d的金属丝制成且设有多个卷曲部，其中，所述卷曲部布置在至少两个不同的平面内，从而在一段包含位于至少两个不同平面内的卷曲部的长度上、在千分尺的量杆之间测量时，所述卷曲锯线的外包络直径D是所述直径d的1.05倍到1.50倍。
2.根据权利要求1所述的锯线，其特征在于，所述卷曲部具有最大为10mm的波长，并且所述千分尺包括位于所述量杆端部的测盘，用于在其间测量所述包络直径，所述测盘具有至少20mm的直径。
3.根据权利要求1或2所述的锯线，其特征在于，所述卷曲锯线的所述包络直径是所述直径d的1.10倍到1.30倍。
4.根据权利要求1至3中任一所述的锯线，其特征在于，所述锯线的直径d在0.15mm到0.50mm之间。
5.根据权利要求1至4中任一所述的锯线，其特征在于，所述锯线的直径d在0.20mm到0.30mm之间。
6.根据权利要求1至5中任一所述的锯线，其特征在于，所述锯线包括多个交替的第一部分和第二部分，其中，在第一部分和第二部分中的任一部分中，所述锯线至少在第一和第二平面内卷曲。
7.根据权利要求6所述的锯线，其特征在于，所述第一平面内的卷曲部的波长大于所述第二平面内的卷曲部。
8.根据权利要求1至5中任一所述的锯线，其特征在于，所述锯线包括多个交替的第一部分和第二部分，其中，在所述第一部分中，所述锯线基本上在第一平面内卷曲；在所述第二部分中，所述锯线基本上在第二平面内卷曲。
9.根据权利要求6至8中任一所述的锯线，其特征在于，所述第一平面基本上垂直于所述第二平面。
10.根据前述权利要求中任一所述的锯线，其特征在于，所述卷曲部为Z字形。
11.根据前述权利要求中任一所述的锯线，还包括磨料涂层。
12.一种制造根据权利要求1至11中任一所述的单丝型金属锯线的方法，所述方法包括步骤提供直的单丝型金属锯线；通过使所述锯线从第一对卷曲轮之间穿过而使所述锯线在第一平面内卷曲；以及通过使所述锯线从第二对卷曲轮之间穿过而使所述锯线在第二平面内卷曲；其中，所述第一对和第二对卷曲轮中的卷曲轮具有基本上彼此平行的轴线；以及所述第一对和第二对卷曲轮中的各卷曲轮被设计为使得所述第一平面内的卷曲部的波长大于所述第二平面内的卷曲部。
13.一种制造根据权利要求1至11中任一所述的单丝型金属锯线的方法，所述方法包括步骤提供直的单丝型金属锯线；以及通过使所述锯线从一对卷曲轮之间穿过，且同时使所述锯线围绕其轴线扭转，从而使所述锯线卷曲。
14.一种用于锯切硬质材料的线锯，所述线锯包括根据权利要求1至11中任一所述的单丝型金属锯线。
15.一种用于锯切硬质材料的方法，所述方法包括步骤拉动根据权利要求1至11中任一所述的单丝型金属锯线，以使之高速穿过所述硬质材料；添加磨料，使得所述磨料由所述锯线中的所述卷曲部夹带。
16.根据权利要求1至11中任一所述的单丝型金属锯线在锯切硬质材料中的用途。
全文摘要
本发明涉及一种用于线锯的单丝型金属锯线，其中所述锯线设有多个卷曲部。所述卷曲部布置在至少两个不同的平面内，从而在一段包含位于至少两个不同平面内的卷曲部的长度上、在千分尺的量杆之间测量时，锯线的外包络直径D是锯线自身的直径d的1.05倍到1.50倍。
文档编号B24B27/06GK101039771SQ200580034812
公开日2007年9月19日 申请日期2005年12月12日 优先权日2004年12月23日
发明者让-皮埃尔·沃布尔格 申请人:贝唐堡阿赛勒股份公司, Hct沙普恩系统股份公司