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Diamond tools for wire sawing metal components
金刚石线锯锯切金属组件
摘要
在过去的几年中，锯切过程线已经为许多应用领域的天然石材和施工材料，尤其是很厚的材料或难以接近的组件。金刚石线切割只限于小-碳钢形状，如输送气体或海底石油管道。尤其是，切削纯钢构件的任务提供新的应用程序，例如核电或离岸组件的治疗领域。线锯为这些特定的切削操作过程的应用程序需要适应切削过程的金刚石工具的发展。在本文中，绳锯的基本原则解释和讨论的金刚石线切割加工的钢构件的背景。详细介绍了该工具与工件之间的相互作用。结果的一个项目上的金刚石串珠绳锯技术，强调对金属零部件应用的进一步发展。
关键字︰ 金刚石性能及应用;线锯切割;金刚石和钢;工具设计
1.介绍
中的金刚石刀具切削奥氏体钢的特别任务应用仅限于非铁磁性材料的加工。钢的加工，金刚石工具已被视为不适合因为铁与碳的化学亲和力。作为铁催化剂，graphitisation 的钻石可以发生在接触区温度超出 500 8 时石墨金刚石转变导致高磨损，并因而加工过程变得不合算 w1x .
无视这些问题在 1980 年代后期，有几家公司已经开始钢丝锯钢铁材料的金刚石工具 w 2 x 。此项目工作重点中的这些材料在水下切割应用。研究工作的主要点是基本的调查和分析的工具和材料，关于刀具磨损、 切削力和由此产生的切割能力之间相互作用的切削过程。因此，最重要的要点是优化工具配置和线锯切过程本身。
2.切削机理的金属磨过程
材料
钢丝锯是磨矿流程浸渍或电镀钻石，并可以与磨削作为磨料的过程。切削机理在磨，或在此案例绳锯、 金属材料可以减少对发生的每个切割珠或每一颗钻石的细节部分。如图 1 所示，在单颗金刚石磨粒切削点行动工具订婚期间有切削过程的三个主要部分。
在磨削过程开始，磨粒切削刃影响工件表面与角 h。第一个主要地区 (我)，这种材料发生弹性变形。工件和金刚石颗粒和接触区与随后的增加温度增加之间的摩擦。在区域 II 中，塑料材料的变形也会发生，引起进一步侵彻的砂砾材料。因此，切削力增加。摩擦和弹性的切削过程介绍了导致工件表面附近地区温度进一步升高。因此，减少了材料的弹性极限和促进了材料的塑性变形。随后，材料表面地形发生很大变化，即作为材料
屈曲。磨削过程的主要部分发生在区第三，在那里产生的切屑。剪切过程产生的热量在建设过程中，塑性位移发生在同一时间与芯片 w3，4x .
3.线锯工艺的发展状态
分片化的金刚石工具介绍了天然石材，如大理石和花岗岩，大约 30 年前的处理 w 5，6 x ' 。他们有，没有任何的怀疑，彻底改变了整个石材加工部门，通过允许增加的材料去除率与常规锯切技术相比 w7x。软的石材，如大理石，以及硬和紧密的石头，如花岗岩，目前应用工具与金刚石节块 w8，9x .
旁边的通告和岗锯切技术，金刚石线锯已作为一种硬而脆的材料，例如采石和标注的天然石材的加工技术 w 10,11,18 x 。在过去的几年中，线锯技术已被越来越多地应用在不同的工业部门，即建设和筑路工业w12，13x 和用于重建同时切割混凝土和钢筋混凝土 w14x。金刚石串珠绳锯切工具 (直径约dbs 8.5-11 毫米) w15x 由烧结或电镀技术，如图 2 中所述。
4.线锯切割的金属部件
在实验过程中，生产力的工具具有最高优先级。去除率在电线
锯切过程是线锯切过程评估的主要数量。几个工艺参数，如切削力、 进给率、 切削速度、 配置受切削能力 (钻石大小、 浓度及键合) 金刚石节块锯切工具的电线上。进一步的标准，为生产力的工具是耐磨性的金刚石磨粒，了蒜末、 钻石、 粘接、 和当然的工具组件行为的投影之间的间隙 (即钢丝弹簧和夹).
在以下，线锯切工具，详细介绍了加工金属材料时穿的微观和宏观。
5.磨损的电线锯切工具
除了切割能力，磨损机制给机会比较不同的刀具和工艺参数。刀具磨损可分为微观和宏观的珠子和电线磨损 w20x .
5.1.微观磨损
微观磨损是在加工过程中的机械和热负荷对磨粒的影响。研磨材料在切削小珠可以穿，原因是，他们暴露在磨削过程中的应力。谷物和粘结磨损的发生。可以确定以下的磨损特性的谷物 w8,6,16x .
● 新的谷物︰ 新钻石是仍然能够良好的切削行为。还有没有损害在粮食，因而是对切削过程有利。
● 性断开谷物︰ 热应力和随后的快速冷却，结合机械负荷，导致部分粮食分裂掉和窗体的新的切削刃。这种磨损特点是新，锋利的切削刃，形成有利。
● 磨损︰ 机械磨损发生由于粮食和材料之间的摩擦。粮食不断清除和形式为圆形或扁平切割的边缘，导致高摩擦和不利于切削过程。
● 打破了︰ 这种磨损特性描述爆发全谷物从债券。Grainretaining 部队的债券并不足够太软粘结系统中。在大多数情况下，这由于大量的磨损，在多层粘接系统。切割珠，然而，保留其截割能力。
在试验期间，钻石被描绘为分成四个小组的磨损状态后切削过程的某些国家。远程测试进行了定性的钻石在切割珠线锯切工具的磨损行为。在这些测试中，在某些时候审查在显微镜下的钻石。是这些实验的结果是代表整个侦查和图 3 所示。
在对加工钢构件测试中，大部分钻石开始断裂，在切割过程中引起的振动在导线。由于振动和随后关于钻石的机械负荷，谷物分裂出去，和形成新的切削刃。在大多数情况下，这发生在切削过程的第一部分。当平稳磨线锯切工具的行为发生时，金刚石磨损达到一个恒定的水平。平面和拔出的钻石率应为良好的切削过程不断低。
在调查期间到 graphitisation 的钻石，REM 的影像显示钻石没有变换谷物成石墨由于铁与碳的化学亲和力。因此，加工用金刚石工具在水之下的钢构件是合适的。接触区的温度是下方 500 8，在测试中与热电偶的接触带中得到验证。
5.2.宏观磨损
减少刀具的直径和圆锥形状的切割珠代观察作为宏观磨损。研磨材料的影响芯片粘接材料将被删除。因此，粘结磨损会影响保留键合中的谷物的能力。
在试验期间，径向磨损的电线锯切工具已被绳锯锯切钢构件一样重要。在绳锯的奥氏体钢烧结的切割珠直径减少是远远高于使用电镀的珠 w17x。这取决于孕镶工具厚、 多层珠。用线锯工具工具寿命结束浸渍和电镀工具进行了测试。用浸渍工具测试还表明，珠充满了弥散奥氏体钢 w17x .
5.3.根据工作压力的结果
调整后的工作压力是结果在测试过程中使用的液压电机功率。资格线锯切过程的过程力量取决于调整后的工作压力。工作压力是负责正常力组件Fn和进给速度。切削力Fc是切割珠或切削速度半径的函数。当正常的部队太高时，切削行程结束 w19x。锯切过程与高切削能力线表示与高切削力和轴力的平衡的过程。
通过调整恒定的工作压力进行了测试。线锯工具实现的切割能力在不同工作压力的记录。在太高的工作压力 (2.7 和 3.0 m p a)，导致处理停止使用电镀的工具切割和正常的部队。在低工作压力 (2.2 和 2.4 m p a)，实现了连续流程周期，如图 4 所示。在其他测试中，孕镶的工具切削能力为工作压力的函数进行了测试。结果类似于电镀金刚石工具的效果。然而，结果还取决于粘接系统和浓度的切割珠子。
Wire-sawing processes: parametrical study and modeling
线锯过程的参数研究及建模
关键字︰ 绳锯 硅 硅片
摘要：没有硅片厚度变化和锯切薄的晶片，而维持恒定的破损率有两种可能，以降低太阳能电池的成本降低晶片破损率。他们是相似的在意义上，都需要更强的晶片。为了实现这一目标，是重要的是获得洞察线锯加工过程，其基本缺陷产生机理和锯切参数对硅片强度的影响。因此，一系列的砖被锯与浆体不同密度，线的紧张局势和进给率，和对结果进行分析的硅片强度测定弯曲试验。此外测量了粗糙度和硅片厚度。它是发现利用浆、 低电极丝张力和缓慢的进给的速度低的磨料体积分数进行最强的晶片。从分析，我们提供在从事基于浆的硅片解释说，例如，硅片厚度和粗糙度变化过程的影响的定性解释。基于物理参数关于电线、 碳化硅颗粒和硅晶片之间的相互作用，建立了有关缺陷创建到锯切参数半经验模型。使用此模型，可以预测硅片强度分布，从而简化锯切工艺的优化。
1.介绍
线锯加工是最常用的方法来生产硅片的光伏产业。绳锯机组成的细钢丝绕线指南，形成平行导线 web (图 1)。即使涂有金刚石颗粒的电线已经开始用于工业上锯单晶硅片，大多数晶圆切割磨料浆。而线驱动通过 web 浆，通常悬浮碳化硅 (SiC) 粒子在聚乙二醇 (PEG)，倒在钢丝网。要切割的硅块然后推通过 web。SiC 颗粒由电线磨损硅带走，因此将其锯成硅片。过去十年降低成本的压力，硅片厚度 300 多家下降到约 180 mm 如今 [1，2]，虽然钢丝直径也有所下降。这使得锯切过程更棘手，更薄的晶片和电线都更容易被破解，以及更重要的是硅砖锯成更多晶片，磨损的电线。因此，研究一直侧重于提供更强的晶片，允许薄圆片锯与减少后续破损，从而减少硅消费 [3，4].
线锯加工阶段，机械和几何参数是有用来表征这一进程。而电气性能和析出相的存在主要取决于固化fi阳离子步，绳锯确定硅片厚度、 硅片厚度变化、 粗糙度和断裂应力。绳锯的另一个重要方面是晶圆的破损率期间或右后伤口。如果给定的锯食谱，许多晶片打破之前被加工成太阳能电池，这种食谱不能被视为 effi系数为大量的高质量的材料都将丢失。虽然这方面容易无法评估在研究环境中，因为它需要锯许多满负荷成批的酥饼与同样的配方，它是合理的假设如果硅片机械强，较少会打破工业生产过程中。为提高硅片质量，更好地了解锯切过程至关重要。一些群体依靠 fi洞察电线与硅块磨料颗粒的相互作用的有限元模拟 [5，6]。这种模拟只专注很小区域 (少于 200 mm 的长度)，但仍然产生有趣的结果。然而，这些结果很大程度上依赖建模所作的假定︰ 瓦格纳和 Mouml;ller [5] 应用高的接触力 (5 锰每毫米的导线，据称重新fl长垣适度表速度) 线上和表明，可以达到高的接触力，即使硅线距离是大于磨料颗粒的直径，而 Bierwisch 等人[6] 表明，在所谓的非接触式政权，磨料颗粒对硅砖的压力低 （在电线上，即 0.15 N/mm2所施加的压力范围内），均匀分布在导线周围。与此相反的是，他们发现，在所谓的 semicontact 制度，力主要位于顶部的凹槽。其他研究人员已用于检测的钢丝锯分析目前在锯切过程中的宏观力量 [7-9]。我们接触过的问题，从另一个角度来看︰ 由硅片特性从摩擦学的角度分析，我们了解到材料去除机理和目前在硅片缺陷被创造的方式 [10]。锯槽研究 [11] 表明，锯切条件是完全不同的锯槽和两侧顶部 (后来硅片表面形成，看到镶嵌在图 1)。它还表明，作为锯槽是薄和长，锯切条件改为从线入口硅砖其退出。同样，它是已证明的粗糙度和厚度变化是依赖的 SiC 颗粒大小。较大粒径、 更大的粗糙度和厚度变化。硅碎片 con 的疗效研究fi购股这些意见，作为锯标志 （突然厚度变化发生在形式的线方向平行的线） first 出现在晶片时达到浓度阈值线出口侧 [10，12]。此外，研究表明，小锯痕不影响硅片弯曲强度，而大锯痕大大降低它。它论证了粗糙度测量是一种很好的检测方法锯痕，随着粗糙度的增加当看到标志。但这增加的粗糙度时小于粗糙度在电线入口侧的晶片，晶片并没有出现弯曲强度下降。
在这一贡献，分析 （磨料的体积分数，钢丝张力和进给速度） 的锯切参数对硅片弯曲强度、 表面粗糙度和硅片厚度的影响。这些结果与锯切过程微观模型。它是与我们以前发表的论文中提出的意见 [11，12] ，并允许更好地了解锯切过程。从这个参数的研究，发现最强的晶片锯低研磨体积分数、 低电极丝张力与进给的速度慢。此外，通过对硅片硅片厚度变化、 粗糙度变化和断裂应力特征看锯切参数的影响，得到了深入的锯切过程。这次调查还可以更好地了解粒子的运动轨迹，通过锯槽。
2.材料和试验程序
莫迪fied HCT 线锯，专用于研究和发展，用来看到 125 125 毫米2单晶 {100} 硅锭与他们的边缘沿 o1004 方向。线有 140 直径 mm 和其音高是 380 米米。锯丝速度是 11.5 m/s 给 230 总配线长度-250 公里。使用了三个大小分布的碳化硅磨料︰ F600 (中等大小的 9.3 mm)，F800
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