[发明专利]一种扭转形态的切割用金属丝及其制作装置和制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及切割用金属丝，尤其涉及一种扭转形态的切割用金属丝及其制作装置和制作方法。

背景技术

在电子和太阳能领域的单晶硅、多晶硅，LED领域的宝石等硬质材料的分割切片工艺中，目前使用最多的就是利用直线型的金属单丝，在一定张力作用下，通过单向或往复运动的方式来切割分片。金属单丝运动时，通过砂浆输运和喷射系统，在金属单丝与硅棒等被切割物接触之前，将含有极高硬度的磨料颗粒的砂浆喷射金属单丝上，这些具有极高硬度的磨料颗粒被金属单丝带人切割口，与硅棒、宝石等被切割物体进行不断的研磨，实现对硅棒、宝石等被切割物的切割分片。因此，金属单丝携带含有极高硬度的磨料颗粒的砂浆能力就至关重要，是能否高效、高质量地切割分片硅料、宝石等物体的重要保证。

在圆丝基础上改进的具有一定椭圆度的圆丝、异形丝或者有一定波长的曲线形丝，与直丝相比能够在一定程度上提高携带磨料颗粒的能力，但提高能力有限，还是容易存在切片表面有线痕缺陷等质量或工艺问题。

通过使金属丝的扭转使金属丝原有的结构在一定的空间范围内扩展分布，使金属丝原有凹陷处分布得更加立体，进一步提高金属丝携带磨料的能力，改善切割效果。而且扭转后的异形钢丝在切割过程中会产生旋转效应，增加额外切削力的同时可以大幅提高切削下来的硅粉、硅粒的带出率，同时增加冷却效果。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种扭转形态的切割用金属丝，通过扭转金属丝将其原有的结构在一定的空间范围内扩展分布，将金属丝原有的凹陷处分布得更加立体，提高其携带磨料颗粒的能力，以改善切割效果。本发明同时提供了一种制作该扭转形态的切割用金属丝的制作装置和制作方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种扭转形态的切割用金属丝，该金属丝为横截面是椭圆形或多边形的异形丝，该金属丝在轴向上扭转。

由于金属丝发生了扭转，使其原有的结构在一定的空间范围内扩展分布，使金属丝原有凹陷处分布得更加立体，提高了金属丝携带磨料的能力，改善了切割效果；并且扭转后的金属丝在切割过程中产生旋转效应，在增加额外切削力的同时可以大幅提高切削下来的硅粉、硅粒的带出率，同时增加冷却效果。

该金属丝可以为具有波形的曲线金属丝，优选波形的波长在0.1～30mm范围内，波高在0.05～5mm范围内。

对于横截面为椭圆形的异形丝，优选的长轴和短轴都在0.05～0.5mm范围内，且椭圆度大于0.05；更为优选的长轴和短轴都在0.08～0.30mm范围内，且椭圆度大于0.1。

对于横截面为多边形的异形丝，优选的多边形的长边在0.05～5mm范围内，且长边和短边的比在1∶1～1∶0.1范围内。

一种制作上述扭转形态的切割用金属丝的装置，包括收线轮、收线过线轮、金属丝扭转机构、放线过线轮和放线轮，未扭转的金属丝依次通过放线轮、放线过线轮放线后，进入金属丝扭转机构扭转后成为扭转的金属丝，扭转的金属丝依次通过收线过线轮、收线轮收线。

上述装置在保证金属丝收线速度不变的情况下，通过改变金属丝扭转机构的转速和扭转放线可以改变金属丝的扭转方向和扭矩，形成具有一定扭转度的金属丝。

通过金属丝扭转机构可以让金属丝产生扭转，该机构可以采用过线轮在同一平面不同水平线上交错放置，由电机控制整个旋转机构，在金属丝收线速度不变的情况下，改变旋转机构的旋转方向、旋转速度来改变钢丝的旋向和扭矩，使金属丝的旋向、扭矩可控。钢丝行业中使用的虚捻器即可实现该功能。

一种采用上述装置制作扭转形态的切割用金属丝的方法，包括如下步骤：

(1)对未扭转的金属丝施加张力，同时通过金属丝扭转机构对其施加扭矩，使金属丝沿轴向方向发生扭转并发生塑性变形；

(2)通过收线过线轮将扭转后的金属丝排布在收线轮上，保证收线轮与金属丝扭转机构具有相同的转速，其中金属丝扭转机构的转速和金属丝的扭转速/旋转度一致；

所述金属丝的扭转角度由放线速度和金属丝扭转机构的转速控制；金属丝的扭转速度优选在0～3000转/min。

所述步骤(1)中，金属丝扭转机构的扭转方向为顺时针方向或逆时针方向，并且扭转方向间歇性变换，变换频次为0～120次/min。

所述金属丝的扭转角度大于1°/m。