導電輪的改進試驗與實施

謝燕琴

摘要：本文介紹了導電輪的研究背景和結構。針對單片單槽聚氨酯片的構成的導電輪加工難度大，裝配要求高，易導致導電桿彎曲，造成鋼線與導電桿接觸不良等原因，本文通過改進聚氨酯部的結構，降低加工難度和裝配要求，經過應用驗證，大大降低了加工成本，保證了金屬線的張力和穩定性，金剛線質量明顯提升。

Abstract： This paper introduces the research background and structure of conductive wheels. Because of the processing difficulties and high assembly requirements of conductive wheels composed of monolithic monocolpate polyurethanes and conducting rods，vulnerabilities to bending that lead to poor contact between steel wires and conducting rods， this paper puts forward improvement schemes and technical processes of polyurethane to greatly reduce the manufacturing cost， ensure the wire tension and stability， and significantly upgrade the quality of diamond wires.

關鍵詞：金剛;導電輪;改進與實施;聚氨酯片

Key words： diamond;conductive wheels;improvement and implementation;polyurethanes

1 ?研究背景

金剛線，金剛石線鋸的簡稱，就是在超細（直徑50-300um）的金屬母線（鋼線）上，通過混合電鍍的方式，將鎳和金剛石磨粒一起均勻的沉積在母線上[1][2]。其中鎳金屬層是結合劑，金剛石磨料是鋸齒，如圖1。金剛線主要應用于硅晶體、水晶、藍寶石等脆硬材料的切割加工[3]。

賀躍輝研究了將粒度為5～150微米的金剛石微粉置于濃度為1克/升的十六烷基三甲基氯化銨溶液中，對溶液施加0.1V的正電位，通過電場作用，十六烷基三甲基氯化銨陽離子電泳至金剛石微粉表面，形成一層帶正電荷的薄膜，然后將陽離子化的微粉至于瓦特鍍液中，進行復合電鍍從而制得線鋸。

段志明等設計了一種使用懸浮法（落砂法）制造線鋸的上沙槽。將基體金屬線呈螺旋狀繞在第一轉軸和第二轉軸之間，第一轉軸轉動，帶動基體金屬線和第二轉軸轉動，與此同時電鍍液從第一、二轉軸同向布置的進液管進入電鍍槽，懸浮在電鍍液中的金剛石微粉隨鍍液上涌，與基體金屬線接觸、碰撞、完成上砂。

長沙泰維超硬材料有限公司的技術人員發明了一種制備金剛石線鋸的電鍍槽。這種電鍍槽包括槽體、進線轉軸、出現轉軸，鍍液內轉軸、鍍液內刻凹槽轉軸。鍍液內轉軸與鍍液內刻凹槽轉軸在水平方向平行，鍍液內轉軸與進線轉軸在豎直方向平行。鍍液內轉軸刻有螺旋紋凹槽，鍍液內刻凹槽轉軸排布有凹槽。從進線端到出線端刻槽位置的轉軸內直徑呈等差數列。

上述國內外研究只是從溶液的成分、比例、上砂槽的設計著手，改進了上砂效果，但沒有一個是從導電輪的改進來上砂。

在電鍍金剛線生產中，導電輪是電鍍金剛線中陰陽極導通最重要的環節。生產金剛石線的過程中有多處需要導電輪進行導電（導電輪的作用是使鋼線獲得電），設計不合理的導電輪會造成導電輪損壞、需要頻繁更換，另外由于導電性能的快速劣化造成鍍層不良，再者金屬母線的擺動導致金剛石磨粒分布不均勻或者磨粒團聚嚴重等不良現象，直接影響金剛線的質量和切割效率[4]。針對上述情況，本課題設計對原有的導電輪裝置進行了改進。

2 ?導電輪的總體結構

導電輪包括兩端的導電壓板5、7和夾在其中的聚氨酯部6以及穿過導電壓板軸孔與聚氨酯部軸孔的24個導電桿軸4，左右兩端定位套3、8固定導電壓板和聚氨酯部徑向位置，并用鎖緊螺母2、9鎖緊，如圖2、圖3。

導電壓板和聚氨酯部邊緣均勻開設了通槽，導電桿插入該通槽與主軸軸線平行。聚氨酯部呈圓柱體，側壁開設多個與圓柱體同軸的環形凹槽，環形凹槽的深度為使導電桿暴露于聚氨酯部側壁，以便導電桿的電流流經金屬線，如圖4、圖5。

在上砂過程中，主軸1傳遞電流至壓板、導電桿，使纏繞在聚氨酯部的的金屬線導電，達到金剛石磨粒共沉積。

3 ?改進前的聚氨酯部

目前，聚氨酯部采用單片單槽聚氨酯片拼裝而成。在此種情況下，如果生產6根金剛線，每根線至少需要在導電輪上纏繞10圈，這就意味聚氨酯部需要60片單片單槽聚氨酯片構成的導電輪。單片單槽聚氨酯片的加工工藝是在10mm厚的PPH板上利用雕刻機切割出減重扇形孔，直徑385mm左右的圓板，然后利用工裝夾具加工出外圓和外形線槽，最后在加工中心上加工導電桿的孔、定位孔、主軸孔等。利用上述的工藝流程加工聚氨酯片加工難度大，安裝過程中很難保證兩片之間的無縫結合，導電桿軸孔與主軸軸線的平行等等。從而造成金屬線與導電桿接觸不良，容易燒斷線;同時這種結構的導電輪的陰極導電性能差，影響上砂質量和金剛線的物理性能。

4 ?改進后的聚氨酯部

單片單槽聚氨酯片的加工難度大，需要專用工裝夾具，裝配精度要求高，需經過多次調試才能保證上砂質量，針對這種情況本文對聚氨酯部進行了改進。將原來7個單片單槽的聚氨酯片設計成一個聚氨酯部，設計圖如圖4。

一個聚氨酯部的加工工藝是利用PPH棒料在數控車床上進行加工，設計的專用夾具如圖5，裝夾效果如圖6。

數控車床上加工時，粗加工出直徑385mm，高為80mm圓柱材料，然后利用加工中心加工出減重扇形孔、導電桿軸孔、主軸孔，最后在數控車床加工出外形線槽，工藝簡單，工時減少三分之一。這樣加工生產6根金剛線時，只需要9個聚氨酯部構成的導電輪，加工簡化，安裝簡便，保證了導電桿軸孔與主軸軸孔的平行度，減少了工裝夾具，減少了成本。

5 ?實施及結論

改進后的導電輪，降低了聚氨酯部的加工難度，經過多種線型測試，保證聚氨酯部的強度，減少了圓跳動和端面跳動，保證了金屬線的張力和穩定性，提高了導電性能的穩定性，金屬線上磨粒分布均勻，出刃率高，上砂質量明顯提升，金剛線的延伸率、破斷拉力、扭轉圈數等物理性能得到大大的提升。

參考文獻：

[1]周世威，鄭超，劉瑩.金剛石線鋸切割設備現狀分析[J].超硬材料工程，2012，24（03）：49-52.

[2]邱明波，黃因慧，劉志東，等.太陽能硅片制造方法研究現狀[J].機械科學與技術，2008，27（8）：1017-1020.

[3]徐偉，王英民，等.金剛石多線切割設備在SiC晶片加工中的應用[J].電子工藝技術，2012，12（4）：60-63.

[4]李志宏，孫兆達，李利娟.2017年超硬材料行業經濟運行情況解析[J].金剛石與磨料磨具工程，2019，39（01）：1-8.