周家美 龔 洋 王開佃

（1.山田新材料集團(tuán)有限公司，山東 臨沂 276700；2.金沂蒙集團(tuán)有限公司，山東 臨沂 276700）

0 引言

20 世紀(jì)90 年代，金剛石線鋸開始興起，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于光伏、電子和藍(lán)寶石等貴重超硬材料切割領(lǐng)域[1]。早期的金剛線加工技術(shù)采用的是裸露的金屬線和游離的磨料，在加工過程中將磨料加入金屬線和加工件之間以產(chǎn)生切削作用。為了進(jìn)一步縮短加工時(shí)間和對超硬材料和難以加工的陶瓷進(jìn)行加工，人們將金剛石微粉以一定的方式固定到金屬線上，進(jìn)而出現(xiàn)了固定金剛石線鋸[2]。金剛石線鋸也稱金剛線，是以鋼絲為基礎(chǔ)材料，以氨基磺酸鎳為鍍液主鹽，在合適的電鍍工藝下采用復(fù)合鍍的方法在鋼絲基體上沉積一層金屬鎳，同時(shí)在金屬鎳中包裹金剛石微粉顆粒而制得的一種超硬材料鋸切工具[2-3]。線鋸切割具有能切割大尺寸薄片、加工表面質(zhì)量高、鋸縫損失少、撓曲變形小以及切割效率高等優(yōu)點(diǎn)，在切割硬脆材料方面有廣泛應(yīng)用[1]。電鍍金剛石線鋸廣泛應(yīng)用于光伏、電子和藍(lán)寶石等貴重超硬材料切割領(lǐng)域，具有切割效率高、產(chǎn)品精度高、損耗小和工作環(huán)境清潔等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品[4-5]。

該文對金剛線生產(chǎn)線一種豎式上砂結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)深入研究，分析了其目前結(jié)構(gòu)的不足，對上砂裝備進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)，并在零件制作過程中嚴(yán)格控制加工精度。設(shè)計(jì)的上砂裝備已投入正常生產(chǎn)，保證了整個(gè)上砂系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性，解決了砂多砂少等質(zhì)量問題，實(shí)現(xiàn)了上砂的均勻一致。

1 電鍍金剛線豎式生產(chǎn)線工藝流程與說明

金剛線豎式生產(chǎn)線主要用于生產(chǎn)磁材線和光伏開方線，線徑在145μm～450μm，工藝流程為放線→除油脫脂→水洗→酸洗→水洗→預(yù)鍍鎳→上砂加固→鍍鎳→水洗→熱水洗→烘干→收線。

上砂是將金剛石磨料復(fù)合電沉積到鋸絲基體表面的過程，上砂鍍層的厚度一般為金剛石顆粒平均粒徑的10%左右[6]。電沉積過程中要求金剛石顆粒以一定的密度均勻分布于鍍層中，如何均勻地沉積金剛石磨料一直是研究的重點(diǎn)。豎式線的上砂方法是埋砂法，埋砂法是將鋸絲基體埋在金剛石磨料中來制備復(fù)合鍍層的方法[6]。

2 目前上砂加固設(shè)備的現(xiàn)狀與不足

電鍍金剛石線生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)是上砂技術(shù)[7]。例如電鍍金剛石線的上砂要求金剛石均勻固結(jié)在長度為30km、40km、50km 和60km 的母線機(jī)體上，上砂后金剛砂線的線徑變化要在一定幅度以內(nèi)且金剛石分布要均勻，砂多、過于密集，金剛石容易堆疊在一起，進(jìn)而導(dǎo)致切割過程中阻力過大而斷線，砂少、過于稀疏則會(huì)導(dǎo)致切割力不足。

金剛線的預(yù)鍍到上砂工序中，經(jīng)上砂加固的砂附著力較弱，極容易受振動(dòng)而掉落或被磨掉，經(jīng)常出現(xiàn)砂多砂少等質(zhì)量問題，所以上砂裝備的可靠穩(wěn)定性非常關(guān)鍵，將會(huì)直接影響上砂效果。

現(xiàn)有金剛線豎式生產(chǎn)線上砂加固設(shè)備存在很多不足，主要體現(xiàn)在以下方面：1）安裝機(jī)架為鋁型材搭接而成，強(qiáng)度較弱，在生產(chǎn)過程中導(dǎo)電輪、導(dǎo)電輪軸承座及加固桶等部件經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致掉砂、落砂等質(zhì)量問題。2）導(dǎo)電輪沒有限位結(jié)構(gòu)，受收線張力長期影響，導(dǎo)電輪位置會(huì)發(fā)生移動(dòng)，線體也隨之發(fā)生位移，進(jìn)而導(dǎo)致線體偏離上砂亞克力管孔中心，而偏離距離大時(shí)就會(huì)切入亞克力中，造成砂量急劇下降和異常下線。3）回液槽沒有密封結(jié)構(gòu)，鍍液濺出，工作環(huán)境較差，軸承及導(dǎo)電滑環(huán)因直接接觸鍍液而經(jīng)常發(fā)生損壞，平均每1～2 個(gè)月滑環(huán)就需要換一次，維修保養(yǎng)費(fèi)用較高。

3 新上砂裝備設(shè)計(jì)

市場上磁材切割機(jī)對金剛線的長度要求最短30km，因此不足30km 的就是廢線，如果設(shè)備穩(wěn)定性較差，金剛線異常下線比例較高，會(huì)造成產(chǎn)品成本急劇上升。因此提高設(shè)備可靠穩(wěn)定性、減少異常和降低成本迫在眉睫。該文經(jīng)過對現(xiàn)狀的長期研究，為保證整個(gè)上砂系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性，對上砂加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)化的全新設(shè)計(jì)，具體如下。

3.1 設(shè)計(jì)不銹鋼方管機(jī)架

不銹鋼方管焊接機(jī)架設(shè)計(jì)如圖1 所示。在方管上激光切割多組固定孔，加固桶、上下導(dǎo)電輪及亞克力件均固定于機(jī)架上，保證了上砂系統(tǒng)整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。方管采用四維激光切管機(jī)下料，公差及形位精度保證在0.1mm 之內(nèi)，并在鑄鐵平臺(tái)上焊接，以保證安裝面的平面度，如圖2 所示。

圖1 不銹鋼焊接機(jī)架

圖2 鑄鐵平臺(tái)焊接

3.2 設(shè)計(jì)回液主槽與小副槽

回液主槽及密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3 所示。密封住鍍液蒸汽，在導(dǎo)電輪底部最近距離安裝小副槽以防止鍍液濺出，如圖4 所示，避免鍍液對導(dǎo)電滑環(huán)及軸承的腐蝕，減少因軸承卡死和滑環(huán)損壞而引起的異常。小副槽內(nèi)設(shè)有隔板，用于沉淀砂，兩側(cè)設(shè)有溢流口，使鍍液溢流到主槽中。

圖3 回液密封主槽

圖4 接液小副槽

3.3 設(shè)計(jì)保證同軸度的各種亞克力零件

為便于觀察砂量和剛線狀態(tài)，上砂零件均采用透明亞克力制作。在亞克力大椎體、上砂管、小椎體和三通上設(shè)計(jì)軸肩定位結(jié)構(gòu)，如圖5 所示，以確保各零件在裝配后同軸，在維修保養(yǎng)過程中可較方便地將剛線調(diào)整到亞克力各件中心，避免亞克力磨剛線的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 法蘭連接

選取截面較大的O 型圈，增加密封效果，并設(shè)計(jì)法蘭式結(jié)構(gòu)，使連接強(qiáng)度高，緊固方便，如圖6 所示。

圖6 定位結(jié)構(gòu)

3.4 設(shè)計(jì)亞克力過線螺塞

產(chǎn)線使用的黑色橡膠過線皮塞如圖7 所示，不利于觀察線體狀態(tài)，只能通過觀察剛線在各亞克力件的內(nèi)孔位置來判斷剛線是否在中心，維修調(diào)整非常困難。

圖7 橡膠皮塞

該文設(shè)計(jì)的亞克力螺塞如圖8 所示，能清晰觀察到線體狀態(tài)，維修調(diào)整非常方便，避免了磨線異常，提高了工作效率。

圖8 亞克力螺塞

3.5 設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)

為保證剛線電流的穩(wěn)定性，在3 處關(guān)鍵部位安裝絕緣膠木，在加固桶固定面也安裝絕緣膠木，如圖9 所示。在上下導(dǎo)電輪支架連接面安裝膠木板，連接螺釘增加尼龍墊，如圖10 所示。

圖9 加固桶絕緣

圖10 導(dǎo)電輪絕緣

3.6 設(shè)計(jì)加強(qiáng)導(dǎo)電輪組件及限位結(jié)構(gòu)

為保證調(diào)試好后剛線在亞克力螺塞中心能長時(shí)間不發(fā)生位移現(xiàn)象，該文設(shè)計(jì)了加強(qiáng)導(dǎo)電輪組件，如圖11 所示，設(shè)計(jì)限位結(jié)構(gòu)如圖12 所示。主要結(jié)構(gòu)如下：1）設(shè)計(jì)了加強(qiáng)導(dǎo)電輪軸，兩端選用高強(qiáng)度軸承，滑環(huán)通過左右旋螺紋裝到采軸兩端，以保證連接可靠。2）設(shè)計(jì)的組合鋁板軸承座強(qiáng)度高，兩側(cè)板通過圓柱銷定位可方便拆卸，維修保養(yǎng)方便。3）軸承外端安裝尼龍封蓋，避免鍍液及砂旋轉(zhuǎn)進(jìn)入軸承，造成軸承卡死。4）設(shè)計(jì)限位結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電輪上、下、左、右、前、后6 個(gè)方向的位置限位。

圖11 加強(qiáng)導(dǎo)電輪組件

圖12 導(dǎo)電輪限位

4 結(jié)論

生產(chǎn)車間已完成6 臺(tái)生產(chǎn)線上砂設(shè)備的安裝和調(diào)試，現(xiàn)已投入批量生產(chǎn)，此次系統(tǒng)化設(shè)計(jì)取得的顯著效果具體如下：1）通過亞克力螺塞可以清晰地觀察到剛線運(yùn)行狀態(tài)，維修保養(yǎng)非常方便，加強(qiáng)巡檢可有效避免磨線鍍液斜呲等異常現(xiàn)象。2）安裝小副槽及回液密封結(jié)構(gòu)，避免了導(dǎo)電滑環(huán)和軸承直接接觸鍍液，保證了滑環(huán)良好的工作環(huán)境，避免了軸承及滑環(huán)受腐蝕引發(fā)的生產(chǎn)線異常。3）安裝加強(qiáng)導(dǎo)電輪組件及限位結(jié)構(gòu)，能保證在長時(shí)間的生產(chǎn)過程中導(dǎo)電輪位置固定不變，剛線不發(fā)生位移現(xiàn)象，較好地使線體保持在螺塞中心，避免磨線異常。4）上砂裝備強(qiáng)度可靠穩(wěn)定性得到了較大提升，運(yùn)行平穩(wěn)且沒有發(fā)生異常下線，成本大幅度降低。5）避免了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差引發(fā)的掉砂磨砂偏砂現(xiàn)象，解決了砂多砂少等質(zhì)量問題，實(shí)現(xiàn)了上砂的均勻一致。