金刚石线切割机的选用

金刚石线切割机的选用

一、金刚石线切割机

金刚石线切割机原理

金刚石线切割机装有一个绕丝筒。绕丝筒在高速旋转的同时进行往复回转运动进而带动金刚石线做往复运动，金刚石线被两个张紧轮所张紧，为增加切割的精度和面型，在张紧轮下面安装两个导向轮。[1] 通过自动控制工作台向金刚石线方向不断地进给，或是控制金刚石线向工作台方向不断进给，从而使金刚石线与被切割物件间不断产生磨削进而切割。

金刚石线锯切割优势

电火花线切割加工要求被加工材料必须导电，其工作原理是在绝缘油介质中，靠金属切割盘与试样之间产生的电弧起切割作用。将工件接入脉冲电源正极，采用钼丝或铜丝作为切割金属丝，将金属丝接高频脉冲电源负极作为工具电极，利用火花放电对加工零件进行切割。脉冲电源提供加工能量，加工过程中应用专用的线切割工作液清除加工中产生的碎屑[2]。切割过程中若工件材料过厚时，工作液较难进入和充满放电间隙，会对加工精度和表面粗糙度造成影响。有时某些工件可能会在表面出现裂纹、变形等问题。切割后的金属表面没有裸露最原始的金属，而是覆盖一层氧化皮，若想观察原始金属层，需先将金属表面的氧化皮磨掉，否则影响整个样品表面的形态。对于一些熔点特别高的金属，如钨合金，切割时接触点放电的热量所提供的温度达不到其熔点，因此难以对其进行切割。当被加工材料不导电且需要采用线切割的方式进行加工时，此时电火花线切割机不再适用。而金刚石线切割机的加工优势便显现出来，金刚石线切割机同时适用于导电材料和不导电材料（硬度要比金刚石线小）的切割。因此，金刚石线切割机被广泛用于各种金属和非金属及复合材料的切割，如陶瓷、玻璃、岩石、宝石、玉石、陨石、单晶硅、碳化硅、多晶硅、耐火砖、环氧板、铁氧体、PCB 以及建筑材料、牙科材料、生物材料及仿生复合材料等，特别适用于切割各种高硬度、高价值、易破碎的脆性材料。[3-4]

金刚石线切割机常用的金刚石线有电镀型和树脂型两种。

1、电镀型：用电镀的方法在金属丝上沉积一层金属（一般为镍和镍钴合金），并在金属内固结金刚石磨料制成的一种线性超硬材料工具。金属镀层是结合剂，金刚石磨料则用于切削加工。

目前人们研究和应用较多的是截面为圆形的单根钢丝的金刚石长切割线和环形电镀金刚石切割线。电镀金刚石长切割线是指采用电镀的方法将金刚石磨料固结到金属基体上形成的切割线，常用基体截面形状为圆形，一般为0.12～0.5mm，主要用于硅晶体、蓝宝石的切割加工。环形电镀金刚石切割线是指将金刚石磨料电镀到环形金属基体上形成的切割线。该类切割线使用时一般缠绕到几个导轮上进行单向循环切割，切割过程中无需换向，因此切割速度高。但环形金刚石线的焊接接头处在旋转过程中容易受向外的张力而断裂，因此实际切割过程中为延长环形金刚石线的使用寿命会适当降低切割速度来缓解接头处所承受的张力，因而实际使用速度达不到理想速度。环形电镀金刚石切割线中的由单根钢丝焊接成环形的切割线的线径一般不大于1 mm，因此切缝较小，适合于硅晶体和蓝宝石等比较贵重的硬脆材料的切割。虽然有很多优点，但环形金刚石焊接接头处的焊接和热处理技术要求都比较高，生产成本高而使用寿命却比较短，因而得不到普遍的应用。另外，通过缠绕的方法将单根钢丝编织成环形钢绞线或环形钢丝绳。这类环形切割线的线径一般难做到1 mm以下，因此切缝较宽，且使用多根金刚石线的设备在设置切割间距时程序较复杂，但切割线不易断裂，使用寿命较长，适合石墨、复合非金属材料等的切割[5]。相比之下将单根金刚石线缠绕在绕丝筒上，通过绕丝筒高速往复旋转来带动单根金刚石线往复旋转来切割样品，不仅不会出现接头断裂的情况，而且保留了单根金刚石线直径较小的优点，可以根据切割材料的不同来选择不同的线径，使切割缝隙宽度得到控制，在切割样品时，切割间距可随意设置，设置程序非常简单，因此这种切割方式有明显的优势，且单根金刚石线与环形金刚石线相比造价较低，因而现在得到了普遍的应用。

2,、树脂型：树脂金刚石线是在原有镀铜超细钢丝线上喷涂一种增强耐磨合金、特种树脂和金刚石超微粉的切割线，主要应用于单晶硅、多晶硅、蓝宝石、水晶、陶瓷和半导体材料的切割上，能取代目前碳化硅砂浆法，解决了环境污染。树脂金刚石线的特点是高强度树脂及金刚石相结合带来的强的切割能力，线径及金刚石粒度的配合及控制表现出了更好的硅

片表面质量及切割表现，高耐扭曲能力的母线带来了非常低的断线率。但树脂金刚石线的工艺复杂，目前主要依靠进口，其成本较高，因此还得不到广泛的应用。

沈阳科晶自动化设备有限公司生产的STX 系列金刚石线切割机属于高精密柔性切割，操作简单，金刚石线锯切割精度高，加工质量优良，切割面平整（Ra ≤1.6μm ），边缘无破边（如图4利用STX-202A 小型金刚石线切割机切割玻璃柱放大200倍可以观察到切割后的玻璃柱平面度极好，边缘无破边现象）。机身采用铝型材结构，美观轻便，不易生锈。STX 系列金刚石线切割机各机型各有其特点和优势，可根据所要切割样品的特性来选择合适的切割机。

图4 STX-202A 金刚石线切割机切割玻璃柱的截面图

金刚石线切割机的选择：

1、当切割样品较小，切割深度≦50㎜时通常可选用：STX-202A 和STX-202AQ 两种型号的小型金刚石线切割机。这两种机器都是专为材料研究人员而设计，用于脆性材料样品的精密切割。且都具有：可用于各种不同硬度材料的切割，特别是适用于脆性、易解理的晶体切割；操作简便，加工质量优良；设备小巧，无需占用大面积位置放置。两种切割机的区别是STX-202A 型金刚石线切割机采用弹簧对张紧轮进行张紧，无需额外的配套设备；STX-202AQ 型金刚石线切割机采用气动张紧，张紧力输出均匀、气压可调整，最小可以使用φ0.08mm 金刚石线，但须额外配备一台空气压缩机。若不要求使用特别细的金刚石线两种设备都可以应用。

图5 STX-202A 小型金刚石线切割机 图6 STX-202AQ 小型金刚石线切割机

2、当切割的样品相对较大且切割深度≥50㎜时，可根据样品尺寸在以下5种型号的设备中进行选择。

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