金刚石多线锯结构设计说明书.docx

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济南大学泉城学院

毕 业 设 计

题 目 金刚石多线锯结构设计

专 业 机械设计制造及其自动化

班 级

学 生

学 号指导教师

二〇 年五月五日

毕业设计

摘 要

我国是一个金刚石生产需求大国。

金刚石在我国国民经济中占有非常重要的地位，同时金刚石也是我国机械装备的重要战略物资。

特别是在硬脆材料的切割中，金刚石多线锯就显得尤其的突出。

集成电路的单晶硅片的需求越来来越大，往复式自由磨料线锯加工，其材料去除机理为研磨，加工效率比较较低，且不能切割硬度更高的碳化硅晶体、陶瓷等材料。

本课题提出金刚石多线锯切割这一工艺，利用固结在线锯丝上的金刚石磨粒直接磨削切除材料，减轻加工面表层损伤，环形线锯丝单向高速连续运动，大大提高切割效率和速度。

可用于硅晶体切片及高硬度材料切割加工。

具有切割精度高、制造成本低、对环境无污染等优点。

本课题对多线锯如何套在多个导轮上，并由张紧机构拉紧；如何采用丝杠、螺母机构驱动丝架移动；对配重机构的了解；以及对其结构的基本设计有初步的解析。

希望通过本课题大家能对金刚石多线锯的结构和用途有所了解。

关键词：

多线锯；切割；磨削；结构设计

-I-

毕业设计

ABSTRACT

Ourcountryisadiamondproductionrequirementssuperpower.DiamondinChina'snationaleconomyplaysaveryimportantrole，andthediamondisalsotheimportantstrategicmaterialsofmechanicalequipment.Especiallyinhardbrittlematerials,diamondcuttingappearespeciallyoutstandingonMulti-linesaws.Thedemandofsiliconchipsinintegratedhadbecomemoreandmore,theMulti-linesawsprocessingtechnologywhichisbasedonthegrindingmechanismwillbeeliminatedbecauseitsprocessingefficiencycomparisonisquitelow,andcan'tcuthardnesshighersiliconcarbidecrystal,ceramicmaterials.ThistopicproposedthediamondMulti-linesawstechnology,usingthetechnologyofconsolidationonlinesawsilkgrindingexcisiondirectlydiamondgrits,reducetheprocessingsurfacematerialdamage,circularlinecontinuousspeedsawingsilkone-waymotion,greatlyimprovingcuttingefficiencyandspeed.Itcanbeusedforsiliconcrystalsliceandhighhardnessmaterialcuttingprocessing,foritshighprecision,manufacturingcostcutting,lowpollutiontotheenvironment,etc.

Thistopicstudiedhowthemulti-linesawsinmultipleset,andtautedbytensionerinstitutions;Howtoadoptscrew,nutinstitutionsdrivewireframemovement.Andtounderstandthecounterweightinstitutions;Dothebasicdesignofthestructureofapreliminaryanalysis.IHopethatthroughthistopicwecanunderstandthestructureandpurposeofdiamondMulti-linesawstechnology.

Keywords：

Multi-linesaw;Cutting;Grinding;Structuredesign

-II-

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目 录

摘 要 I

ABSTRACT… Ⅱ

第一章前言 1

1.1课题研究背景 1

1.2国内金刚石线锯发展状况 1

1.2.1国内金刚石线锯的概况 1

1.2.2金刚石线锯的制作与加工装置 3

1.2.3试制金刚石细线锯与材料强度性能 5

1.2.4金刚石细线锯的最佳制作条件 6

第二章金刚石多线锯的研制 10

2.1金刚石多线锯设计总体方案 10

2.2环形金刚石线锯床的布局及工作原理 11

2.3环形金刚石线锯床的模块化设计 12

2.3.1主运动功能模块设计 13

2.3.2进给运动功能模块设计 15

2.3.3锯丝张紧机构模块设计 16

2.3.4控制模块设计 17

2.4金刚石线锯床制造关键技术 18

2.4.1锯床精度对切割精度的影响 18

2.4.2加工及装配关键技术 18

2.4.3导轮主轴及导轮加工 19

2.4.4轴承孔研磨加工 19

2.4.5导轮主轴轮轴承装配 20

第三章结论 22

参考文献 24

致谢 25

附录

附录A外文翻译附录B任务书附录C设计方案附录D总装配图附录E各零件图

-III-

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第一章前言

1.1课题研究背景

石材制品以其天然华丽的色彩和稳定的物理化学性能使其在建筑装饰、精密机械、生活用具、工艺制品等方面得到大量应用。

我国石材资源储量大，品种多，分布广，遍及全国各地。

据统计，全国已经发现和利用的天然石材品种达1542种，其中大理石663种，花岗石829种，板岩和砂岩约50种。

经过二十多年的快速发展，中国石材工业取得了可喜的成绩，国际地位日趋提高，国际交流更加活跃，竞争力日益增强。

2005年我国石材规模以上企业生产花岗石、大理石、板材超过1.5亿平方米，石材的产量、用量及进出口贸易量等多项指标连续多年位居世界第一位。

尤其随着“中国石材之乡”、“中国石都”、“中国石材城”、“中国石雕工艺城”、“中国石材基地中心”等集资源开采、产品加工、展览及进出口贸易于一体的大型石材基地的功建设，石材产业集群的水平得到进一步提升，集群规模进一步壮大，石材产业链进一步完善。

中国特色的“石头哥”更加响亮，中国正在由石材大国向石材强国快速迈进。

随着建筑装饰业和科学技术的发展，以及人们审美情趣的提高，石材制品及其工程日益呈现艺术化、高档化、个性化、规模化使用的发展趋势。

同时，石材矿山资源管理的规范化和石材行业生产链的不断完善，使石材行业普遍认识到只有通过创新才能提高石材制品和加工机具的质量，只有创新才能提升行业的整体水平和综合竞争力。

当今石材行业发展的形式对行业从业人员、生产技术、工具、装备等提出了更高的要求。

近几年，石材加工产业发展太猛，石材工程领域的科学研究、工具、设备制造等有了很大的发展，大量石材专用、高效加工技术与设备涌现出来，石材工程施工技术和防护养护技术也有了长足的进步。

这些新技术、新装备需要总结，需要推广，以更好的促进石材行业的发展。

1.2国内金刚石线锯发展状况

1.2.1国内金刚石线锯的概况

用金刚石线锯切割脆性半导体材料的工艺最早由Mech于20纪 70代提出。

W.Ebner 进行了早期线锯加工实验，由一个主动轮鼓和一个从动滑轮组成的往复式试验机床，金刚石锯丝的两端绕过滑轮分别固定在轮鼓径向的两端，电机驱动轮鼓带动锯丝往复运动。

W.Ebner用之进行切割，得到了小于0.4mm的切片厚度。

20世纪80年代，出现了可用于石材切割的金刚石多线锯。

进入20世纪90年代，尤其是近几年来，金刚石线锯得到了快速发展，对其研究也更为深入。

-15-

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金刚石线锯是近十几年来获得快速发展的一种硬脆材料切割设备，包括使用游离磨料和固结磨料两类。

根据锯丝的运动方式和机床结构，也可分为往复式和单向线锯。

目前在光电子工业中使用最为广泛的是往复式多线锯。

金刚石线锯使用高硬度的金刚石作为磨料，其典型磨粒尺寸为数十个微米，同时具备线锯切割的特点，能够对硬脆材料进行精密、窄锯缝切割，且可实现成形加工。

随着在大尺寸半导体和光电池薄片切割中的应用和发展，金刚石线锯逐渐显现出一系列无可比拟的优点：

加工表面损伤小、挠曲变形小，切片薄、片厚一致性好，能切割大尺寸硅锭，省材料、效益高，产量大，效率高等。

目前，硬脆材料切割工程中主要采用游离磨粒式多线锯，加工液使用由油或水与磨料混合而成的悬浮液。

如图1.1所示，多线锯的工作方式是切割的同时向做高往复运动的琴丝供应悬浮液。

但是，近年来，从环保角度出发，由于多线锯用悬浮液废弃间题和作业环境等的缘故，使用金刚石线锯的固结磨粒方式引人关注。

图1.1多线锯的加工模型

如图1.2所示，金刚石线锯的特点是金刚石磨粒固结在琴丝表面，只靠水或油就能进行加工。

另外，由于金刚石磨粒直接固结在芯线上，切割速度可远远高于游离磨粒式。

但是，金刚石线锯由于金刚石磨粒固结在琴丝的表面，存在线锯直径增大、工件的切割余量增加等间题，加上线锯生产成本较高，其应用目前只局限于一定范围。

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图1.2普通金刚石线锯的模型

鉴于上述情况，为了谋求金刚石线锯的进一步发展，本研究拟新开发金刚石细线锯，减少切割余量。

金刚石细线锯的开发既要注意减小线锯的径，又要注意保持金刚石线锯的高切割性能。

结果，试制成图1.3所示的金刚石细线锯，芯线由两根

F58μm的琴丝扭纹而成，在其表面固结F30-40μm的金刚石磨粒。

本文就金刚石细线锯的最佳电沉积条件以及改变扭纹节距长度引起的线锯形状差异对切割加工性能的影响进行了探讨。

图1.3金刚石细线锯的模型

1.2.2金刚石细线锯的制作与加工装置

图1.4为金刚石细线锯制作装置与金刚石磨粒电沉积装置的示意图。

首先，将线轴安装在纹线器①的臂部，经纹线器扭纹而成的芯线④通过供电部分⑤，由丙酮槽⑥脱脂，经盐酸槽⑦进行表面活化，然后被引入电镀槽。

该镀槽分为3个槽，前镀槽⑧进行预备镀，以提高镀镍层的附着强度。

金刚石磨粒电沉积槽⑨填充有金刚石磨粒，将金刚石磨粒固结在芯线表面。

后镀槽⑩在电沉积金刚石磨粒间进行镀镍，既可调整磨粒的突出量，也能防止金刚石磨粒的脱落。

随后，将金刚石线锯在清洗槽11中进行清洗，由卷线器卷绕。

金刚石细线锯的芯线采用的是纹合线，纹合线的节距长度通过设定纹线器的臂转速和卷线器的绕线速度加以调整，可以制作出任意节距长度的绞

线金刚石线锯。

图1.5为金刚石细线锯的主要制作条件。