液壓技術在多線切割機收線輪裝置中的應用

摘 要：介紹了液壓技術在多線切割機錐形收線輪系統中的應用，對液壓油缸以及滿足液壓要求的收線輪主軸系統的主要結構和性能特點做了說明。

關鍵詞：多線切割 收線輪 錐輪 油缸

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0011-02

多線切割機是近年來發展非常迅速的一種高效率切割設備，在半導體領域應用廣泛。多線切割技術是硅加工行業、太陽能光伏行業內的標志性革新，它替代了原有的內圓切割設備，所切晶片與內圓切片工藝相比具有彎曲度（BOW）、翹曲度（WARP）小，平行度（TAPER）好，總厚度公差（TTA）離散性小，刃口切割損耗小，表面損傷層淺，晶片表面粗糙度小等諸多優點。

1 多線切割機工作原理

多線切割方式，由鋼絲線作為載體帶動高硬度的研磨砂粒對材料進行研磨去除，實現對材料的切片。在整個切割過程中，鋼線通過十幾個導線輪的引導，在主線輥上形成一張線網，而待加工工件通過工作臺的下降實現工件的進給，如圖1所示。

2 收線輪結構

2.1 直輪

多線切割設備的收線輪系統大多采用圓柱形線輪，線輪的母線為直線，稱其為直輪。如圖2所示，直輪結構簡單，繞線方便。但直輪收線輪的拆線過程復雜且費時。當一道切割工序完成后，先把線輪從設備上拆下，然后用砂輪將鋼線切斷，從而將使用過的切割鋼線取下。

2.2 錐輪

為了方便拆線，設計了錐形收線輪。如圖3所示，當完成一次切割后，通過一些簡單的操作，鋼線會從錐輪的大端向小端自行滑落。

3 錐形收線輪液壓系統

為了確保拆線鋼線能夠從錐輪的大端向小端自行滑落，鋼線在錐輪上的排列不能過密過緊。因此采用液壓系統，當鋼線的排列過緊的時候，鋼線能克服液壓力自動疏松。密集排列的鋼線對鎖緊裝置較大的壓力也使得純機械的的鎖緊方式實現起來更加困難，而采用液壓的鎖緊結構能夠使操作變得簡單。

3.1 液壓油缸

錐形收線輪液壓油缸的結構如圖4所示。為方便和主軸的連接，油缸的活塞在工作時沿軸向是固定的，油缸的缸筒做軸向運動。鎖緊法蘭和缸筒采用螺紋連接，將壓線盤壓緊在缸筒上，工作時缸筒向右作用，使壓線盤緊壓在錐輪上。鎖緊法蘭和壓線盤隨缸筒和錐輪一起旋轉，實現收線功能。

完成一道收線后，在液壓的作用下，缸筒向左運動，推動鎖緊法蘭和壓線盤離開錐輪。這時取下鎖緊法蘭和壓線盤，鋼線即可自行從錐輪脫落。

3.2 軸承箱

由上可知，收線輪油缸共有向右和向左兩個運動，實現壓線盤的壓緊和釋放兩個功能。因此主軸及軸承箱的油路共有兩路，軸承箱結構如圖5所示。沿軸承座圓周加工有兩個油孔，從液壓站流出的兩路液壓油由此進入軸承箱內腔，經油路分配器進入主軸。一路油經油管進入油缸；另一路油順油管外壁進入油缸，通過電磁閥的切換，實現對油缸的運動控制。

4 液壓系統

4.1 壓力計算

一道多晶硅棒的切割工序大約需要長度l=450 km的鋼線，線徑d=0.12 mm，鋼材料的密度為ρ=7.9 g/cm3，切割過程中每根鋼線的張力為8 N，錐輪截面中徑大小為280 mm。

鋼線的重量為：

4.2 液壓原理

如果直接供給21.19 Mp的液壓，將會給軸承箱的密封帶來困難，增加不必要的成本，因此系統壓力設計為3.5 Mp，在油缸內部放置一個七倍的液壓放大器，系統的液壓原理圖如圖6。

5 結論

綜上所述，多線切割機設備收線輪液壓系統和液壓技術的引進，能夠極大地方便收線輪拆線過程的操作，提高設備整體切割效率，為用戶創造更大的效益。

參考文獻

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