[发明专利]一种用于多线切割的金属丝及其制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于多线切割的金属丝，尤其是涉及用于多线切割晶体硅、碳化硅、蓝宝石、水晶等硬质材料的金属丝，以及其制造装置。

背景技术

多线切割是以金属丝作为载体，由金属丝在高速运动中携带超硬磨料，通过磨料对高硬材料（如晶体硅，碳化硅，蓝宝石，水晶等）进行滚挖研磨以实现切割。该方式以切割效率高、切割锯缝小、材料损失少、切割精度高、表面质量好等优点成为当前的主要生产方式。其中，金属丝作为携带磨料的载体，在切割过程中的稳定性以及携带磨料的能力，对于切割效率及产品质量均起到极其重要的作用。

目前广泛使用的金属丝是表面光滑的圆形结构（直线式金属丝），其突出优点在于金属丝能够在环绕其切割进给的方向均匀携带磨料，从而带来稳定的切割表面质量。通常情况下，可以通过增加金属丝的直径增加金属丝的表面积，从而增强金属丝携带磨料的能力以提高切割效率，代价是由此会引起锯缝的宽度增加，从而带来切割过程中材料损失的增加。切割效率的提升亦可通过加大磨料的平均粒径以及棱角尖锐度等方式实现。

几乎在多线切割诞生的同时，追求提高金属丝（“锯线”）的磨料携带能力的努力即已开始并且一直持续至今，典型地可分为三类：

第一类是试图制造粗糙金属丝，通过增加金属丝表面的粗糙度增加金属丝的磨料携带能力。例如JP2007196312提出了通过向金属丝表面喷射电解液的方式，造成金属丝表面产生凹凸；WO9/12670则提出了微凹腔金属丝，软表面金属丝，以及横截面沿长度方向变化的金属丝等概念；KR2001002689则描述了一种圆锯线，通过压刻的方式在该圆锯线上形成凹腔。此类尝试迄今尚未在多线切割领域获得成功的工业化实施与应用，核心原因在于磨料本身具备强大的磨损能力，经过上述处理的金属丝表面，在进入切割进程中不久即会被磨光，使得经过表面处理的金属丝与常规圆形表面光滑金属丝不再有任何区别。

第二类尝试是以对金属丝进行螺旋处理为基础。例如，JP2007044841提出了一种基本为圆形的锯线，具有围绕锯线的长度方向成螺旋形延伸的扁平面，CN102380915A基本为上述概念的自然延展；US2860862则提出对预先做成扁平形状的锯线施加两次螺旋形变形：首先用短的捻距绕扁平锯线的自身轴线加捻，然后用更长的捻距以螺旋型对锯线加捻。FR750081也描述了采用圆形或多边形横截面的螺旋形锯线。CN102205563A以及CN102765141A基本上均为前述思路的自然延展。JP4057666则描述了一种金属锯线，同样是采用加捻的方式将直钢丝先行变成螺旋型，之后再通过拉模进行拉伸。迄今为止，上述努力在多线切割领域同样未见成功的工业化实施与应用，核心原因在于，金属丝的螺旋化无可避免地需要对金属丝进行加捻，从而给金属丝带来很高的扭转内应力，且金属丝越长，扭转內应力越高，从而导致成品金属丝产生强烈的自我打卷倾向，无法实际应用于多线切割，突出表现在很难完成均匀的长距离卷绕收线，在切割线网上无法或很难布线，即使勉强用于短距离切割，也会因为金属丝自身携带的高扭转内应力造成线网无规律抖动，导致无法接受的切割效果（突出体现为表面线痕与TTV不良）。

第三类尝试，是通过对金属丝在一个或多个平面内进行弯曲的方式，制造所谓的“结构金属丝”。例如JP2004276207在描述了一种具有螺旋形的变形单线或绞线之外，还描述了上述单线或绞线被引导通过一对嵌齿轮，从而在单一平面内形成‘Z’字形的双皱褶。在Z字形皱褶中，锯线先在第一方向上弯曲，然后在第二方向上进行第二次弯曲且与第一方向相反（反向弯曲），然后再通过绞线并捻将较短长度的Z字形皱褶被叠加到长波螺旋形上。该种尝试的明显缺陷，在于绞线结构会导致锯线的实用包络外径显著加大，带来难以接受的锯缝加宽和相应额外材料损失。