CN103586538A - 一种连续长距离钎焊线锯的生产方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续长距离钎焊线锯的生产方法和装置。其由放线轮放线，依次经过毛化装置、清洗装置、张紧装置、矫直机、涂覆装置、上砂装置、加热装置、热处理装置、清洗槽和动力排线装置，完成毛化、清洗、矫直、涂覆、上砂、加热钎焊、后期热处理、清洗、收线的钎焊线锯完整制备工艺路线。本发明装置生产的线锯连续长距离且直径均匀、性能稳定，可用于精密加工。同时该装置功能完整、自动化程度较高，大大减少人工耗时，提高钎焊线锯的生产效率，减少制造成本。使钎焊线锯有更加广泛的应用前景，推动钎焊线锯的生产应用进程。

Description

一种连续长距离钎焊线锯的生产方法和装置

技术领域

本发明涉及一种钎焊超级磨料线锯的生产方法和装置。属于超级磨粒工具领域。

背景技术

硅晶体、蓝宝石、陶瓷等硬脆材料由于其具有硬度高、脆性大的特点，其切割工序过程中极易产生崩边，造成材料的损伤，降低成品率。为了提高其加工效率，现在大多采用金刚石线锯技术来对硬脆材料进行切割。

线锯技术能够对硬脆材料进行精密、窄锯缝切割，且可实现成形加工。根据磨粒的类型，可分为游离磨粒和固结磨粒两类，随着加工技术的不断发展，固结磨料线锯以其切割时间短、切断加工效率高和环保等优势正逐渐代替游离磨粒线锯。目前常见的固结磨粒线锯的主要制备方法包括电镀、树脂以及机械碾压法。对于电镀线锯，由于电镀过程存在镀层生长速度太慢的问题，致使电镀线锯的生产周期过长。对于树脂结合剂线锯，虽然其生产成本低，但是其耐热性和耐磨性较差。对于上面三种存在共同的问题是由于胎体对超级磨料颗粒的把持力太弱。为了解决这些问题，有学者提出了利用钎焊方法来制备钎焊线锯。钎焊线锯是借助高温钎焊时在熔化的钎料在磨料和基体（线丝）之间发生的溶解、浸润、扩散、化合等相互作用，实现基体对磨粒的牢固把持。从而提供了线锯的使用寿命，提高了生产效率。

目前现有的钎焊线锯制备装置，基本上都处于实验阶段，装置简陋，自动化程度较低，人为因素影响较大。例如，专利第200920046976.7号《钎焊钻石线锯的生产装置》中，该文献在此引入作参考，该实用新型采用了钎焊方法来制备线锯，并提出了一条钎焊线锯的生产线。但是在实际操作中，由于其动力是由三个传动轮传动且缺少张紧装置对金属线的张紧，线锯在制备中容易造成松弛，往往生产出来的线锯性能不均匀稳定；缺乏矫直机，钎料涂覆到金属线上，对金属线的直线度有一定的要求，固需要矫直机进行事先矫直，再进行涂覆钎料和超级磨料；缺乏排线装置，易造成金属线的堆叠，不易长距离线锯的生产。所以采用该生产线生产的钎焊线锯往往生产出来的线锯性能不均匀、不稳定，而目前固结磨料线锯在实际应用中，要求其长度在500m到10km之间，并且在硅片等半导体材料的锯切加工中，不予许线锯切割断裂。一旦有一处切割断裂，所被切割的硅片都不得不被丢弃，该损失将达到几万元，甚至几十万元。所以制备出连续长距离、性能稳定的线锯是迫在眉睫的，在这要求下其对于现有的制备工艺要求和制备装备的自动化程度也就要求更高。

发明内容

为了克服上述不足,本发明提供一种连续长距离且性能稳定的钎焊线锯的生产方法和装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连续长距离钎焊线锯的生产方法，金属线按照制备工序依次进行放线、毛化、清洗、矫直、涂覆、上砂、加热钎焊、后期热处理、再清洗和收线工序。

一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，根据线锯的制备工序依次承接设置有：放线轮、毛化装置、清洗装置、张紧装置、矫直机、涂覆装置、上砂装置、加热装置、热处理装置、清洗槽和动力排线装置；

其中，清洗装置内置有清洗槽；涂覆装置内装有钎料和助焊剂混合物；上砂装置内装有超级磨料粉末；动力排线装置设有收线轮和排线机构，由收线轮为整个线锯制备的运行提供动力；

还设置有断丝报警装置，该断丝报警装置与动力排线装置相互电连接，对线锯的运动情况进行反馈。

采用上述方案后，本发明一种连续长距离钎焊线锯的生产方法，金属线由动力排线装置的收线轮提供拉动力，以一定的速度从放线轮上放线，首先经过毛化装置对金属线表面进行毛化处理，然后进入清洗装置中清洗，去除毛化处理后的毛屑和金属线本身的油脂、锈迹，清洗完的金属线进入矫直机中进行矫直，提高金属线的直线度，为后面涂覆钎料和上砂做准备。具有一定直线度的金属线进入装有钎料和助焊剂混合物的涂覆装置上，涂覆上一层厚度均匀的钎料和助焊剂混合物。随后涂覆后的金属线进入上砂装置，上砂装置内置有超级磨料粉末，该粉末均匀的覆盖在涂覆后的金属线上。完成前期准备后的金属线进入加热装置进行加热钎焊，钎焊后的线锯进入热处理装置中进行热处理，改善高温钎焊后线锯的机械性能。随后进入清洗槽中清洗，洗去制备中引入的一些杂质。最后由动力排线装置把钎焊好的线锯均匀的排布在收线轮上。在整个过程中，由张紧装置提供恒定的张力，使钎焊出来的线锯性能均匀稳定。所安装的断丝报警装置，根据金属线的运行情况，在断丝或过载等情况下，报警停止运行。

本发明的优点是：本发明设计一种可连续长距离且线锯的性能稳定的钎焊线锯生产方法和装置，可使生产出的钎焊线锯线径均匀、性能稳定。在事先备好所需材料下，该装置从放线轮放线到线锯整齐排布到收线轮上，整个过程无需人为干涉，自动化程度较高，大大减少人工耗时。同时，提供断丝报警停止功能。适合连续长距离钎焊线锯的制备。用该生产装置可使钎焊线锯有更加广泛的应用前景，推动钎焊线锯的生产应用进程。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的生产装置的总体结构示意图；

图中标号：1-放线轮，2-金属线，3-毛化装置，4-清洗装置，5-断丝报警装置，6-张紧装置，7-矫直机，8-涂覆装置，9-钎料和助焊剂混合物，10-上砂装置，11-超级磨料粉末，12-加热装置，13-热处理装置，14-清洗槽，15-动力排线装置。

具体实施方式

本发明方法和装置的工作对象--金属线2的直径一般选择0.1mm到2mm，本实施例中，金属线2选用直径为0.3mm的琴钢丝。

参照附图1，本发明涉及一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，根据线锯的制备工序依次承接设置有：放线轮1、毛化装置3、清洗装置4、张紧装置6、矫直机7、涂覆装置8、上砂装置10、加热装置12、热处理装置13、清洗槽14和动力排线装置15。

其中，毛化装置3可选用化学毛化处理装置或物理毛化处理装置。本实施例中，选用物理毛化处理装置，毛化装置3设置有两个对心砂轮，通过两个对心砂轮对经过其中交接处的金属线2进行打磨处理，提高粗糙度，增大钎料和金属线的结合力。

清洗装置4可设置一个或多个清洗槽，本实施例中，清洗槽有3个，依次为碱洗槽、酸洗槽、水洗槽，金属线依次通过碱洗槽、酸洗槽、水洗槽，实现对金属线的毛屑或是自身带有的油脂、锈迹等杂质进行清洗的功能。各个清洗槽内可设置或不设置帮助清洗的外力驱动单元。

张紧装置6对整个制备线路提供恒定的张力，其张力调节范围为5N‐35N，连续可调，可根据不同的金属线2材料选择用不同的张力值；本实施例中，张力值为15N。其中，能提供提供恒定张力的机构可采用液压式、气压式、伺服式或机械式的机构。

矫直机7采用常规的矫直机，金属线2经过矫直机7进行矫直，提高金属线2的直线度。

涂覆装置8内置钎料和助焊剂混合物9，让通过涂覆装置8的金属线2均匀涂覆上钎料和助焊剂混合物9。钎料和助焊剂混合物9可采用常规的钎料和助焊剂混合物。本实施例中，钎料和助焊剂混合物9采用CuSn₂₀Ti钎料和胶水，其质量比在5～6。还可在涂覆装置8内置有定径器，使涂覆出来的金属线2表面均匀覆盖着一层厚度为0.02mm±0.001mm的钎料和助焊剂混合物9。为了使钎料和助焊剂混合物9混合更加均匀，可在涂覆装置8内设置搅拌机构。

上砂装置10内设置有容纳腔体，容纳腔体内充满直径为5-100μm的超级磨料粉末11，超级磨料粉末11以漂浮或聚集的方式容置于容纳腔体中；超级磨料粉末11可选用金刚石磨粒或立方氮化硼（cBN）磨粒,或是所属领域技术人员所知道的其他磨粒材料。本实施例中，超级磨料粉末11采用直径为20～30μm的金刚石磨粒粉末，涂覆后的金属线2经上砂装置10后表面均匀覆盖着一层金刚石磨粒粉末。

加热装置12中设置有加热机构，通过此加热机构加热，在惰性气体保护下或真空环境保护下，提供一个可控温区。此加热机构可选用管式加热炉、高频感应加热炉或真空钎焊炉，或是上述几种加热机构的混合衍生加热装置；本实施案例中加热机构采用管式加热炉，在氩气保护下，其工作区的温度控制在950℃，CuSn₂₀Ti钎料在助焊剂和高温的作用下熔化，金刚石磨粒与钎料中的活性元素Ti发生化学反应，牢牢的钎焊在金属线2表面。

热处理装置13提供280℃～300℃的长低温区，对高温钎焊后的线锯进行回火处理。

动力排线装置15设置有排线机构和收线轮，通过排线机构将线锯均匀的排布到收线轮上，排线机构排线的节距为0.3mm/s。同时收线轮的运行转速和排线机构的节距可以通过内置有控制器的面板统一控制。其中，排线机构可采用机械式的、液压式的或电动式的。

本发明中，可在线锯制备线路中的某个或某几个位置安装有断丝报警装置5，其与动力排线装置15进行电连接，通过对线路张力变化情况，在线路断丝或过载等突发情况下，及时将信息反馈到动力排线装置15的控制器中，控制整个制备线路停止运行，发出警报。本实施例中，断丝报警装置5设置于张紧装置6上。

采用上述方案后，本发明一种连续长距离钎焊线锯的生产方法，金属线2由动力排线装置15的收线轮提供拉动力，以一定的速度从放线轮1上放线，首先经过毛化装置3对金属线2表面进行毛化处理，然后进入清洗装置4中清洗，去除毛化处理后的毛屑和金属线本身的油脂、锈迹，清洗完的金属线2进入矫直机7中进行矫直，提高金属线2的直线度，为后面涂覆钎料和上砂做准备。具有一定直线度的金属线2经过装有钎料和助焊剂混合物9的涂覆装置8，涂覆上一层厚度均匀的钎料和助焊剂混合物。随后涂覆后的金属线2进入上砂装置10，上砂装置内置有超级磨料粉末11，该粉末均匀的覆盖在涂覆后的金属线上。完成前期准备后的金属线进入加热装置12进行加热钎焊，钎焊后的线锯进入热处理装置13中进行热处理，改善高温钎焊后线锯的机械性能。随后进入清洗槽14中清洗，洗去制备中引入的一些杂质。最后由动力排线装置15把钎焊好的线锯均匀的排布在收线轮上。在整个过程中，由张紧装置6提供恒定的张力，使钎焊出来的线锯性能均匀稳定。所安装的断丝报警装置5，根据金属线2的运行情况，在断丝或过载等情况下，报警停止运行。

本发明涉及一种连续长距离钎焊线锯的生产方法，通过以下步骤实现：

（1）将金属线2绕于放线轮1上。金属线2的直径一般选择0.1mm到2mm，本实施例中，金属线2选用直径为0.3mm的琴钢丝。

（2）绕于放线轮1上的金属线2经动力排线装置15拉动放线，首先进入毛化装置3中对金属线2进行毛化，提高金属线表面的粗糙度。毛化装置3对金属线2的毛化处理可采用化学毛化处理方式或物理毛化处理方式，本实施例中，采用物理毛化处理方式，通过毛化装置3的两个对心砂轮对经过其中交接处的金属线2进行打磨处理。

（3）经毛化后的金属线2进入清洗装置4中清洗，该清洗装置4可以有一个或是多个清洗槽，本实施例中采用3个清洗槽，依次包括碱洗槽、酸洗槽、水洗槽，金属线2经过碱洗槽、酸洗槽、水洗槽，完成碱洗除油、酸洗除锈、清洗的工序。各个清洗槽内可设置或不设置帮助清洗的外力驱动单元。

（4）经清洗后的金属线2依次进入张紧装置6和矫直机7，张紧装置6对整个制备线路提供恒定的张力，其张力调节范围为5N‐35N，连续可调，可根据不同的金属线2材料选用不同的张力值；本实施例中，张力值为15N。然后经矫直机7对金属线2进行矫直，提高金属线2的直线度。其中，能提供提供恒定张力的机构可采用液压式、气压式、伺服式或机械式的机构。

（5）经矫直后的金属线2进入涂覆装置8内进行涂覆，涂覆装置8内置钎料和助焊剂混合物9，让通过涂覆装置8的金属线2均匀涂覆上钎料和助焊剂混合物9。钎料和助焊剂混合物9可采用常规的钎料和助焊剂混合物。本实施例中，钎料和助焊剂混合物9采用CuSn₂₀Ti钎料和胶水，其质量比在5～6。还可在涂覆装置8内置有定径器，使涂覆出来的金属线2表面均匀覆盖着一层厚度为0.02mm±0.001mm的钎料和助焊剂混合物9。为了使钎料和助焊剂混合物9混合更加均匀，可在涂覆装置8内设置搅拌机构。

（6）涂覆后的金属线2进一步向前运动，进入上砂装置10，上砂装置10内置直径为5-100μm的超级磨料粉末11，超级磨料粉末11以漂浮或聚集的方式容置于上砂装置10中；超级磨料粉末11可选用金刚石磨粒或立方氮化硼（cBN）磨粒,或是所属领域技术人员所知道的其他磨粒材料。本实施例中，超级磨料粉末11采用直径为20～30μm的金刚石磨粒粉末，涂覆后的金属线2经上砂装置10后表面均匀覆盖着一层金刚石磨粒粉末。

（7）经涂覆上砂后的金属线2以1～5m/min的速度进入加热装置12中，通过加热机构加热，在惰性气体保护下或真空环境保护下，提供一个可控温区，让钎料能在其中熔化，并使超级磨料粉末和钎料产生化学冶金结合，使超级磨料粉末能够牢固的钎焊在金属线表面。此加热机构可选用管式加热炉、高频感应加热炉或真空钎焊炉，或是上述几种加热机构的混合衍生加热装置；本实施案例中加热机构采用管式加热炉，在氩气保护下，其工作区的温度控制在950℃，CuSn₂₀Ti钎料在助焊剂和高温的作用下熔化，金刚石磨粒与钎料中的活性元素Ti发生化学反应，牢牢的钎焊在金属线2表面。其间钎料对金刚石有爬升，其覆盖金刚石粒径的三分之二。

（8）经过钎焊的线锯，进入热处理装置13，热处理装置13提供280℃～300℃的长低温区，对高温钎焊后的线锯进行回火处理。

（9）经热处理后的线锯进入清洗槽14中清洗，最后进入动力排线装置15中，动力排线装置15设置有排线机构和收线轮，通过排线机构将线锯均匀的排布到收线轮上，排线机构排线的节距为0.3mm/s。同时收线轮的运行转速和排线机构的节距可以通过内置有控制器的面板统一控制。其中，排线机构可采用机械式的、液压式的或电动式的。

本发明中，可在线锯制备线路中的某个或某几个位置安装有断丝报警装置5，其与动力排线装置15进行电连接，通过对线路张力变化情况，在线路断丝或过载等突发情况下，及时将信息反馈到动力排线装置15的控制器中，控制整个制备线路停止运行，发出警报。本实施例中，断丝报警装置5设置于张紧装置6上。

应该指出，虽然结合附图及优选实施例已对本发明做了详细描述，但本发明的构思并不局限于此，凡利用本发明的构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种连续长距离钎焊线锯的生产方法，其特征在于：金属线按照制备工序依次进行放线、毛化、清洗、矫直、涂覆、上砂、加热钎焊、后期热处理、再清洗和收线工序。

2.一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，其特征在于：根据线锯的制备工序依次承接设置有：放线轮、毛化装置、清洗装置、张紧装置、矫直机、涂覆装置、上砂装置、加热装置、热处理装置、清洗槽和动力排线装置；其中，清洗装置内置有清洗槽；涂覆装置内装有钎料和助焊剂混合物；上砂装置内装有超级磨料粉末；动力排线装置设有收线轮和排线机构，由收线轮为整个线锯制备的运行提供动力；还设置有断丝报警装置，该断丝报警装置与动力排线装置相互电连接，对线锯的运动情况进行反馈。

3.根据权利要求2所述的一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，其特征在于：所述毛化装置为化学毛化处理装置或物理毛化处理装置。

4.根据权利要求2所述的一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，其特征在于：所述清洗装置设置一个或多个清洗槽。

5.根据权利要求4所述的一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，其特征在于：所述清洗槽有3个，依次为碱洗槽、酸洗槽、水洗槽，各个清洗槽内可设置或不设置帮助清洗的外力驱动单元。

6.根据权利要求2所述的一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，其特征在于：所述张紧装置通过机械方式、液压方式、气压方式或伺服方式提供恒定的张力，其张力调节范围为5N～35N，连续可调。

7.根据权利要求2所述的一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，其特征在于：所述涂覆装置内设有或不设有搅拌机构。

8.根据权利要求2所述的一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，其特征在于：所述加热装置的加热机构采用管式加热炉、高频感应加热炉或真空钎焊炉，或是上述几种加热机构的混合衍生加热装置。

9.根据权利要求2所述的一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，其特征在于：所述动力排线装置设置有排线机构和收线轮。

10.根据权利要求9所述的一种连续长距离钎焊线锯的生产装置，其特征在于：上述排线机构采用机械式、液压式或电动式的排线机构。

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