金刚石线切割机的切割原理及分类

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，金刚石线被张紧轮所张紧，为增加切割的精度和切割面的平整度，会安装导向轮进行导向[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产生切割运动。

金刚石线锯切割优势

      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，电火花线切割机不再适用，此时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，特别适用于切割高硬度、高价值、易破碎的各种脆性材料[2-3] 。

金刚石线切割机常用的金刚石线主要为电镀型金刚石线

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有头的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。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，但是焊接接头的热处理技术要求比较高，使用寿命比较短。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，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[4]。

      沈阳科晶自动化设备有限公司制造的STX系列金刚石线切割机目前所使用的金刚石线主要是电镀型金刚石线，目前所使用的线径有φ0.125㎜、φ0.25㎜、φ0.35㎜、φ0.42㎜的几种金刚石线，也可根据客户的实际需求定制不同直径的金刚石线。其中φ0.125㎜和φ0.25㎜两种金刚石线的线径公差为±0.02㎜；φ0.35㎜和φ0.42㎜两种金刚石线的线径公差为±0.03㎜。在对样品进行切割时可根据样品的材质、形状、大小及切割实际要求来选择合适的线径，一般直径为0.35㎜的金刚石线适用于大多数材料的切割。

      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1用STX-202A金刚石线切割机切割后的玻璃柱的表面形貌图，在显微镜下放大200倍可见切割后的玻璃柱表面加工质量优良，切割面平面度极好，边缘无破边现象产生。金刚石线切割机特别适合如晶体、陶瓷、玻璃、蜂窝陶瓷（汽车尾气处理载体，薄壁，易碎）、金属、塑料、PCB、岩样、矿样、耐火材料、玉石、陨石、复合材料、建筑材料、牙科材料、生物及仿生复合材料等材料的切割。对于质地软的金属其韧性较大，切割时有粘滞性会发生粘刀的现象，因此在一定程度上会降低金刚石切割线的使用寿命，因此韧性较大的金属一般不用金刚石线切割机进行切割。沈阳科晶自动化设备有限公司制造的金刚石线切割机，机身采用铝型材结构，美观轻便，不易生锈。根据切割样品的尺寸的大小及形状等特性又将金刚石线切割机分为多种不同的型号，STX系列金刚石线切割机各机型既有共性又各自有其特点和优势，可根据所要切割样品的形态特性来选择合适的切割机。

沈阳科晶自动化设备有限公司制造的金刚石线切割机的分类：

1、STX-202A小型金刚石线切割机 

       STX-202A小型金刚石线切割机两张紧轮采用弹簧张紧的方式，操作简便，加工质量优良，可用于各种不同硬度材料的切割，特别是适用于脆性、易解理的晶体的精密切割，切割薄片厚可以达到0.08mm。

2、STX-603 精密金刚石线切割机 

      STX-603精密金刚石线切割机是一款经过CE认证的切割设备。所切割的样品直径更大，切割薄片时厚度最薄可以达到0.2mm。

3、STX-202AQ小型金刚石线切割机 

      STX-202AQ小型金刚石线切割机采用了气动张紧，张紧力可根据金刚石线径改变，力输出更均匀、调节更准确，所使用的金刚石线最细可达Ø0.08mm。

4、 STX-1202A全自动金刚石线切割机

      STX-1202A全自动金刚石线切割机特别适用于加工较大尺寸的贵重材料。该机使用进口气动元件装配气动张紧系统，使张紧力更加稳定可靠。进行材料切割时主电机带动金刚石切割线向下做定速移动，材料固定在工作台上不动，确保了切割的稳定性。工作台可手动或通过程控进行360˚旋转调整。

5、STX-2401全自动金刚石线切割机 

      STX-2401全自动金刚石线切割机可以用于硅、白宝石、蓝宝石等人工晶体的籽晶切割，以及硅晶体、蓝宝石晶体的开方切割。用在贵重宝石、生物塑化标本的切片时，不仅切缝细小，而且切割片质量优良，大幅度提高了材料的利用率。

6、STX-4001金刚石线切割机 

      STX-4001型金刚石线切割机是专为大型、贵重样品的省料切割而设计。最大切割直径可达1米，工作台最大载重1.5吨。

7、STX-402台式金刚石线切割机

      STX-402台式金刚石线切割机能实现高效率、高质量的切割。特别适于如ZnO、BTO、YAG、BBO等高价值、易碎裂晶体的切割，切片成功率高达99%以上。配备的二维可调夹具可确保切割晶向的精度，其水平、垂直转角精度都为±10′。采用80m长的金刚石线进行往复式切割，线速度在0-2m/s间可调。采用步进电机驱动，自动进刀切割，切割速度可调，提高切割质量，延长金刚石线使用寿命。

8、STX-201循环式精密金刚石线切割机 

      STX-201循环式精密金刚石线切割机是切割易损、脆性、小体积等材料的理想工具。嵌有金刚石的线锯丝尤其适用于各类晶体和基片的无损伤切割，如氧化镁晶体、页岩切片、蜂窝陶瓷（汽车尾气处理载体，薄壁，易碎）。本机工作台可水平方向360°旋转，Y轴方向可倾斜±15°，并配有十字夹具（90°定位模）。此外，设有切割线张力调整装置，工作过程中可实现精确切割。

如何根据样品类型选择金刚石线切割机

由于沈阳科晶自动化设备有限公司金刚石线切割机种类繁多，应针对不同的需求选择正确的切割机，因此为指导客户正确的根据试样材质、尺寸、加工要求来选择线切割机，现将切割机的设备能力进行如下总结：

具体步骤如下：

一、可根据试样尺寸对照上表选择设备

要保证试样能够放在设备的有效工作范围内。筛选时注意切割方向

二、根据平行精度选择设备

高精密切割设备：STX-201、STX-202A、STX-402、STX-603A、STX-1202A、STX-2401 切割精度因设备而定，最小切割精度±0.01mm

三、根据转角精度选择设备

刻度线转角：STX-201、STX-202A、STX-603A该转角方式应属于精确转角，360°转盘上标记详细刻度，游标卡尺式读数方式，但由于人眼观看角度问题会造成转角误差，误差大小因观看角度而定。其中STX-201和STX-202A配备标准90°工装夹具，如只切割90°角，可在这两款设备中进行选择。

精确自动转角：STX-1202A、STX-2401程序控制精确转角，转角精度为±0.01°（0.6′）

以下几种情况都可以用金刚石线切割机（STX系列）对样品进行切割：

1.高度较高的正方体、长方体、圆柱体等试样切割薄片

2.易碎裂的晶体、页岩等试样切割

3.不能加冷却液（水、乳化液、油等）试样的切割

    选择设备后进入公司网站输入相应设备型号查询该设备的具体信息。

二、根据平行精度选择设备

高精密切割设备：STX-201、STX-202A、STX-402、STX-603A、STX-1202A、STX-2401 切割精度因设备而定，最小切割精度±0.01mm

三、根据转角精度选择设备

刻度线转角：STX-201、STX-202A、STX-603A该转角方式应属于精确转角，360°转盘上标记详细刻度，游标卡尺式读数方式，但由于人眼观看角度问题会造成转角误差，误差大小因观看角度而定。其中STX-201和STX-202A配备标准90°工装夹具，如只切割90°角，可在这两款设备中进行选择。

精确自动转角：STX-1202A、STX-2401程序控制精确转角，转角精度为±0.01°（0.6′）

以下几种情况都可以用金刚石线切割机（STX系列）对样品进行切割：

1.高度较高的正方体、长方体、圆柱体等试样切割薄片

2.易碎裂的晶体、页岩等试样切割

3.不能加冷却液（水、乳化液、油等）试样的切割

    选择设备后进入公司网站输入相应设备型号查询该设备的具体信息。

参考文献：

1、高玉飞，葛培琪，李绍杰.往复式电镀金刚石线锯切割单晶硅片特性研究[J].人工晶体学报，38（2）：373

2、周世威，郑超，刘莹，等.金刚石线锯切割设备现状分析[J].超硬材料工程，2012,24（3）:50

3、向波，贺跃辉，谢志刚，黄艳华.电镀金刚石线锯的研究现状[J].材料导报，2007,21（8）：26-28

4、高伟, 张景涛, 吴平,等. 电镀金刚石切割线的种类及制造工艺的研究概述[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2012, 32(3):35-40.