一种能提高切割效率的切割钢丝及其生产设备和制造方法.pdf

本发明公开了一种能提高切割效率的切割钢丝及其生产设备和制造方法，切割钢丝沿其长度方向呈由分别位于两个相互垂直平面的两个周期性波纹相互叠加而成的连续波纹状，每个周期性波纹的波长为切割钢丝直径的5-10倍，并且波高为切割钢丝直径的0.15-0.45倍。本发明能使切割钢丝在立体空间内形成规则的波纹状，这样可以使切割钢丝在对硅晶体进行切割的过程中，能更均匀、更稳定地携带研磨剂，进而大大提高了经切割钢丝切割后得到的硅晶片的切割面的平整度与光洁度，提高了切割成品的质量；同时也提高切割钢丝在切割过程中的运行稳定性，提高了切割效率。

权利要求书
1.  一种能提高切割效率的切割钢丝，包括：切割钢丝，其特征在于：切割钢丝沿其长度方向呈由分别位于两个相互垂直平面的两个周期性波纹相互叠加而成的连续波纹状，每个周期性波纹的波长为切割钢丝直径的5-10倍，并且波高为切割钢丝直径的0.15-0.45倍。

2.  根据权利要求1所述的一种能提高切割效率的切割钢丝，其特征在于：分别位于两个相互垂直平面的两个周期性波纹是由前后依次布置的、并且相互垂直设置的两对压花装置挤压成的正弦形状的波纹。

3.  生产权利要求1或2所述的一种能提高切割效率的切割钢丝的生产设备，其特征在于 ：包括沿切割钢丝的运行方向依次设置的放线盘、牵引轮、第一正弦压花装置、第一换向过线轮、第二正弦压花装置、第二换向过线轮、排线过线轮与收线工字轮；其中第一正弦压花装置包括两个能呈前后相对状在水平方向挤压切割钢丝的第一正弦压花轮，第二正弦压花装置包括两个能呈上下相对状在竖直方向挤压切割钢丝的第二正弦压花轮。

4.  根据权利要求3所述的一种能提高切割效率的切割钢丝的生产设备，其特征在于：在第二换向过线轮与排线过线轮之间设置有张力牵引轮。

5.  一种能提高切割效率的切割钢丝的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、先将放线盘上的切割钢丝通过牵引轮牵引至第一正弦压花装置；
（2）、使第一正弦压花装置中的两个呈前后相对分布的第一正弦压花轮在水平方向对切割钢丝进行水平压花变形，使切割钢丝在水平面上呈现出水平正弦形状的波纹，所述水平正弦形状的波纹的波长为切割钢丝直径的5-10倍，并且波高为切割钢丝直径的0.15-0.45倍；接着将经上述初道压花变形后的切割钢丝通过第一换向过线轮牵引至第二正弦压花装置；
（3）、接着使第二正弦压花装置中的两个呈上下相对分布的第二正弦压花轮在竖直方向对切割钢丝进行垂直压花变形，使切割钢丝在垂直面上呈现出垂直正弦形状的波纹；所述垂直正弦形状的波纹的波长为切割钢丝直径的5-10倍，并且波高为切割钢丝直径的0.15-0.45倍；
（4）、然后再将经过两道压花变形的切割钢丝依次经过第二换向过线轮、排线过线轮，最后由收线工字轮缠绕收线。

说明书一种能提高切割效率的切割钢丝及其生产设备和制造方法
技术领域
本发明涉及用于切割硅晶体等硬脆材料的一种能提高切割效率的切割钢丝及其生产设备和制造方法。
背景技术
在电子和太阳能领域中的硅晶体等硬脆材料的分割切片工艺中，一般都是通过金属单丝——俗称切割钢丝的往复运动将硬度极高的研磨剂带入切割口，研磨剂在金属单丝的往复运动下不断研磨硅晶体，进而实现对硅晶体的切割分片。目前所使用的金属单丝的表面均呈不规则变形，这样容易导致金属单丝不能均匀、稳定地携带研磨剂，不仅降低了切割效率，也使得经上述金属单丝切割得到的硅晶片的切割面的光洁度低。目前硅晶片切割面的光洁度性能主要由单片厚度变化TTV、最大锯痕深度与可视线痕比例三个性能指标决定。
在申请号为201210121402.8、申请日为2012年4月24日、发明名称为：“带微小波纹切割钢丝的制备工艺”的中国发明专利申请中公开了一种带微小波纹切割钢丝，由于这种切割钢丝只在一个平面内形成波纹，这种切割钢丝在切割硅晶体的过程中就不能均匀、稳定地携带研磨剂，切割效率低，而且经切割钢丝切割得到的硅晶片的切割面光洁度差。
在申请号为201110135815.7、申请日为2011年5月25日、发明名称为：“一种螺旋式波形切割金属丝及其制作方法和设备”的中国发明专利申请中也公开了一种切割金属丝，但是这种先在一个平面内形成波纹然后再旋转的切割金属丝，也不能更稳定、均匀的携带研磨剂，造成切割效率低；而且由于这种切割金属丝的波高为金属直径的1.05-5倍，由于波高过大，这种切割金属丝被拉伸的余地过大，被拉伸延长后的切割金属丝对研磨剂的携带能力更差，只能通过增加研磨剂的使用量来保证切割金属丝对硅晶体的正常切割，进而使得研磨剂的消耗较多，增加了企业生产成本，而且这种拉伸后形变不稳定的切割金属丝切割得到的硅晶片切割面的光洁度较差，难以满足使用要求。
发明内容
本发明的第一个目的是为生产一种能更均匀、更稳定地携带研磨剂的一种能提高切割效率的切割钢丝，第二个目的是提供一种生产上述切割钢丝的生产设备，第三个目的是提供一种使用上述生产设备生产上述切割钢丝的制造方法。
为实现上述第一个目的，本发明采用了如下技术方案：所述的一种能提高切割效率的切割钢丝，包括：切割钢丝，切割钢丝沿其长度方向呈由分别位于两个相互垂直平面的两个周期性波纹相互叠加而成的连续波纹状，每个周期性波纹的波长为切割钢丝直径的5-10倍，并且波高为切割钢丝直径的0.15-0.45倍。
进一步地，前述的一种能提高切割效率的切割钢丝，其中：分别位于两个相互垂直平面的两个周期性波纹是由前后依次布置的、并且相互垂直设置的两对压花装置挤压成的正弦形状的波纹。
为实现上述第二个目的，本发明采用了如下技术方案：一种能提高切割效率的切割钢丝的生产设备，包括沿切割钢丝的运行方向依次设置的放线盘、牵引轮、第一正弦压花装置、第一换向过线轮、第二正弦压花装置、第二换向过线轮、排线过线轮与收线工字轮；其中第一正弦压花装置包括两个能呈前后相对状在水平方向挤压切割钢丝的第一正弦压花轮，第二正弦压花装置包括两个能呈上下相对状在竖直方向挤压切割钢丝的第二正弦压花轮。
进一步地，前述的一种能提高切割效率的切割钢丝的生产设备，其中：在第二换向过线轮与排线过线轮之间设置有张力牵引轮。
为实现上述第三个目的，本发明采用了如下技术方案：一种能提高切割效率的切割钢丝的制造方法，包括如下步骤：
（1）、先将放线盘上的切割钢丝通过牵引轮牵引至第一正弦压花装置；
（2）、使第一正弦压花装置中的两个呈前后相对分布的第一正弦压花轮在水平方向对切割钢丝进行水平压花变形，使切割钢丝在水平面上呈现出水平正弦形状的波纹，所述水平正弦形状的波纹的波长为切割钢丝直径的5-10倍，并且波高为切割钢丝直径的0.15-0.45倍；接着将上述经初道压花变形后的切割钢丝通过第一换向过线轮牵引至第二正弦压花装置；
（3）、接着使第二正弦压花装置中的两个呈上下相对分布的第二正弦压花轮在竖直方向对切割钢丝进行垂直压花变形，使切割钢丝在垂直面上呈现出垂直正弦形状的波纹；所述垂直正弦形状的波纹的波长为切割钢丝直径的5-10倍，并且波高为切割钢丝直径的0.15-0.45倍；
（4）、然后再将经过两道压花变形的切割钢丝依次经过第二换向过线轮、排线过线轮，最后由收线工字轮缠绕收线。
通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：使切割钢丝在立体空间内形成规则的波纹状，这样在切割钢丝对硅晶体进行切割的过程中，切割钢丝能更均匀、稳定地携带研磨剂，不仅提高了切割钢丝在切割过程中的运行稳定性，提高了切割效率，而且也大大提高了经切割钢丝切割得到的硅晶片切割面的平整度与光洁度，提高了切割成品的质量。
附图说明
图1为本发明所述的一种能提高切割效率的切割钢丝的主视结构示意图。
图2为图1的俯视方向的结构示意图。
图3为图1中所示的切割钢丝的立体结构示意图。
图4为生产如图1中所示的切割钢丝的生产设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图4所示，所述的一种能提高切割效率的切割钢丝的生产设备，包括沿切割钢丝1的运行方向依次设置的放线盘2、牵引轮3、第一正弦压花装置、第一换向过线轮4、第二正弦压花装置、第二换向过线轮5、张力牵引轮6、排线过线轮7与收线工字轮8；其中第一正弦压花装置包括两个能呈前后相对状在水平方向挤压切割钢丝1的第一正弦压花轮9，第二正弦压花装置包括两个能呈上下相对状在竖直方向挤压切割钢丝1的第二正弦压花轮10。
使用上述生产设备制造能提高切割效率的切割钢丝的方法：包括如下步骤：
（1）、先将放线盘2上的切割钢丝1通过牵引轮3牵引至第一正弦压花装置；
（2）、使第一正弦压花装置中的两个呈前后相对分布的第一正弦压花轮9在水平方向对切割钢丝1进行水平压花变形，使切割钢丝1在水平面上呈现出水平正弦形状的波纹，所述水平正弦形状的波纹的波长L为切割钢丝1直径D的5-10倍，并且波高d为切割钢丝1直径D的0.15-0.45倍；接着将经初道压花变形后的切割钢丝1通过第一换向过线轮4牵引至第二正弦压花装置；
（3）、接着使第二正弦压花装置中的两个呈上下相对分布的第二正弦压花轮10在竖直方向对切割钢丝1进行垂直压花变形，使切割钢丝1在垂直面上呈现出垂直正弦形状的波纹；所述垂直正弦形状的波纹的波长L为切割钢丝1直径D的5-10倍，并且波高d为切割钢丝1直径D的0.15-0.45倍；
（4）、然后再将经过两道压花变形的切割钢丝1依次经过第二换向过线轮5、张力牵引轮6、排线过线轮7，最后由收线工字轮8缠绕收线。
采用上述生产设备与制造方法得到的能提高切割效率的切割钢丝1，如图1、图2、图3所示，其结构为：切割钢丝1沿其长度方向呈由分别位于两个相互垂直平面的两个周期性波纹相互叠加而成的连续波纹状，所述两个周期性波纹分别位于两个相互垂直的平面内，每个周期性波纹的波长L为切割钢丝直径D的5-10倍，并且波高d为切割钢丝直径D的0.15-0.45倍； 
一方面，由于本发明的切割钢丝在相互垂直的两个平面内分别呈规则的连续正弦波纹状，在切割钢丝对硅晶体的切割过程中，切割钢丝能更均匀、稳定地携带研磨剂，不仅提高了切割效率，而且大大降低了研磨剂的使用量，降低了企业的生产成本；另一方面，由于本发明所述的切割钢丝的波高严格控制在切割钢丝直径的0.15-0.45倍，使切割钢丝在切割过程中发生拉伸形变的可能极小，这不仅确保了切割过程中切割钢丝能更稳定的携带研磨剂，切割效率高，而且无拉伸形变的切割钢丝能确保硅晶片切割面的平整度与光洁度满足使用要求，提高了切割成品的质量。
在实际生产中，采用如背景技术中所述的传统的切割钢丝进行切割硅晶体时，价值15000元的一缸新的研磨剂砂浆900L，在满载切割状态下只能使用两次，总共可以生产20000×2共40000片硅片，每片硅片的砂浆成本为：0.38元，企业生产成本高；而采用了本发明所述的切割钢丝切割硅晶体时，价值15000元的一缸新的研磨剂砂浆900L，在满载切割状态下可以使用三次，而且使用过的旧砂浆经过简单的过滤后，补充15%的量，即135L后，还可以再循环使用，研磨剂砂浆只按照循环一次来计算，每次再切割两刀，这样每片硅片的砂浆成本为：(15000×1.15)/（20000×5）=0.1725元，砂浆成本节省0.2075元/片，节省的砂浆成本（单位：元/片）占原来成本（单位：元/片）的54.6%，极大地降低了企业生产成本。
下表为使用本发明所述的切割钢丝切割硅晶体得到的硅晶片切割面与传统的如背景技术中所述的切割钢丝切割得到的硅晶片切割面的性能指标对比：
项目 传统的切割钢丝 本发明切割钢丝 单片厚度变化TTV ≤30μm ≤20μm 最大锯痕深度 ≤15μm ≤10μm 可视线痕比例 10%左右 小于3%
通过上述对比可知，本发明所述的切割钢丝切割硅晶体得到的硅晶片切割面的光洁度大大优于传统的切割钢丝切割得到的硅晶片切割面的光洁度。