[发明专利]具有拉伸表面下残余应力的成型锯丝

说明书

技术领域

本发明涉及用于切割硬质材料的钢丝。具体地说，本发明涉及用于切割例如硅锭、硅圆晶、硬质合金、磁性材料、石英棒、蓝宝石和陶瓷等材料的钢丝。

背景技术

在光电或半导体领域中对硬质材料的多钢丝锯切如下进行：

1.以多圈将单根钢丝在受驱动绞盘上引导；

2.绞盘设有沟槽以便使得钢丝在各圈之间偏置；因此形成钢丝网。

3.使用松散磨料浆作为切割剂，该切割剂在钢丝网上供给，同时使得工件缓慢地进入到钢丝网中；

4.使得钢丝在两个卷轴之间往复运动(来回运动)，或者可选的是钢丝总是沿着相同的方向行进。

显然钢丝在锯切过程中扮演重要的角色。钢丝的作用在于摩擦工件，同时将磨料浆拉入到切口中。在磨料浆中的磨料研磨工件以及部分钢丝。钢丝必须能够总是保持一定的张力，该张力转变成用来将磨料颗粒推入到工件的常规力。

对于笔直钢丝而言，多个专利披露了低内应力(中性的或压缩的)或零残余应力梯度的好处，以便在锯切期间保持钢丝的笔直度。但是，随着钢丝在锯切过程中的使用期间通过磨料浆而磨损并且因此直径减小，在它在所施加的拉伸作用下断裂之前必须更换。此外，由于笔直钢丝容易在锯切割期间围绕着其纵向轴线转动，所以最初捕获在钢丝和工件之间的磨料颗粒容易从钢丝和工件之间被推出。因此，这些磨料的量从切割开始就消耗掉。如果在钢丝和工件之间存在磨料较少，切割减少，并且在钢丝和工件之间开始出现摩擦。虽然这种消耗在切割低于400mm或更小的长度(参照硅锭的实例)的情况下不是一个特殊的问题，但是在需要切割更长的长度时这变得是个问题。因此，在锯丝领域中一直想要找到将足够的磨料夹带到切口中的方式，从而直到切断也保持切割作用。

KR100888026B1披露了其残余应力在一定范围内的笔直钢丝，用来将笔直形状转变为小波浪形，以便在锯切过程期间弥补随着钢丝直径减小而引起的切割性能变差。如上所述，笔直钢丝在过程中磨损，并且直径逐渐减小。因此，磨料浆的拖动能力以及切割效率逐步降低。通过小心选择施加在这种笔直钢丝上的残余应力，在进行锯切时，笔直钢丝变为具有小波浪形状的带结构的锯丝，这用来将更多的磨料浆夹带到切口中，从而进一步提高切割效率。因此，保持了切割作用。问题在于，由于必须非常精确地控制残余应力，所以难以制造这种特殊的笔直钢丝。否则它将变成具有正好相反的效果。

显然，在锯切期间用来将更多磨料浆夹带到切口中的其中一种解决方案在于使得钢丝自身带有结构，这意味着使得笔直钢丝成为如上所述的具有形状的钢丝。

WO 2006067062披露了设有多个卷曲部的单丝锯丝，每个卷曲部具有节距长度和幅值，这些卷曲部布置在至少两个不同平面中。锯丝的外接包围直径“D”为钢丝自身的直径“d”的1.05至1.50倍。

WO2012069314描述了具有螺旋形状的锯丝，它包括多个在其间具有区段的弯部。这些弯部相对于螺旋形状径向向外。锯丝的这种形状构成为与磨料颗粒具有良好的合作。这种成型锯丝明显改善了磨料颗粒夹带和作用。

但是，在每一种带有结构的锯丝中，形状在切割过程中由于钢丝磨损和所施加的拉伸而会变差。还有由于钢丝反复进入到切口中，所以存在钢丝的拉直作用，就好像它在每次进入到锭料中拉伸穿过孔一样(这可以是几千次或更多次)。这导致形状从切割开始直到切割结束都不能保持。从上面可以看出，磨料的拖拉能力以及钢丝的切割效率在锯切过程期间随着时间逐渐降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成型锯丝，其中消除了上述现有技术缺陷中的至少一个。

本发明的目的还在于提供一种成型锯丝，它从切割开始直到钢丝从切割过程中出来都保持其形状。

根据本发明的第一方面，描述了一种成型锯丝，它尤其适用于锯切硬脆材料例如硅、锗、碳化硅、石英和玻璃、硬质合金材料、蓝宝石、稀土磁体、天然石头例如大理石等。