用于游離磨料切割的金屬絲及其制作裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具備自構(gòu)能力的金屬絲，尤其適用于游離磨料切割晶硅、碳化硅、水晶、藍(lán)寶石等硬質(zhì)材料。該金屬絲的外觀為圓截面直金屬絲，金屬絲表面沿軸線方向有規(guī)律地分布若干硬度高于其他區(qū)域的耐磨損區(qū)。還涉及金屬絲的制作裝置和方法。本發(fā)明制成的金屬絲參與多線游離磨料切割時(shí)，會(huì)沿切割進(jìn)給方向伴隨磨料帶來的對(duì)金屬絲的磨損逐漸自構(gòu)出表面凹陷或凸起，通過由此帶來的表面立體結(jié)構(gòu)增強(qiáng)磨料攜帶能力，補(bǔ)償因線切磨損導(dǎo)致線徑變細(xì)而帶來的磨料攜帶能力下降，從而大大增強(qiáng)了維持從切割起始端到切割尾端良品率一致性的能力。
【專利說明】用于游離磨料切割的金屬絲及其制作裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于游離磨料切割的金屬絲【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及用于多線游離磨料 切割晶體硅、碳化硅、藍(lán)寶石、水晶等硬質(zhì)材料的用于游離磨料切割的金屬絲及其制作裝置 和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 多線切割是以金屬絲作為載體，由金屬絲在高速運(yùn)動(dòng)中攜帶超硬磨料，通過磨料 對(duì)高硬材料(如晶體硅，碳化硅，藍(lán)寶石，水晶等）進(jìn)行滾挖研磨以實(shí)現(xiàn)切割。該方式以切割 效率高、切割鋸縫小、材料損失少、切割精度高、表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前的主要生產(chǎn)方 式。其中，金屬絲作為攜帶磨料的載體，在切割過程中的穩(wěn)定性以及攜帶磨料的能力，對(duì)于 切割效率及產(chǎn)品質(zhì)量均起到極其重要的作用。
[0003] 目前廣泛使用的金屬絲是表面光滑的圓形結(jié)構(gòu)(直線式金屬絲)，其突出優(yōu)點(diǎn)在于 金屬絲能夠在環(huán)繞其切割進(jìn)給的方向均勻攜帶磨料，從而帶來穩(wěn)定的切割表面質(zhì)量。通常 情況下，可以通過增加金屬絲的直徑增加金屬絲的表面積，從而增強(qiáng)金屬絲攜帶磨料的能 力以提高切割效率，代價(jià)是由此會(huì)引起鋸縫的寬度增加，從而帶來切割過程中材料損失的 增加。切割效率的提升亦可通過加大磨料的平均粒徑以及棱角尖銳度等方式實(shí)現(xiàn)。
[0004] 幾乎在多線切割誕生的同時(shí)，追求提高金屬絲("鋸線"）的磨料攜帶能力的努力即 已開始并且一直持續(xù)至今，典型地可分為三類： 第一類是試圖制造粗糙金屬絲，通過增加金屬絲表面的粗糙度增加金屬絲的磨料攜帶 能力。例如JP2007 196312提出了通過向金屬絲表面噴射電解液的方式，造成金屬絲表面 產(chǎn)生凹凸；W0 9/12670則提出了微凹腔金屬絲，軟表面金屬絲，以及橫截面沿長(zhǎng)度方向變 化的金屬絲等概念；KR 2001 002689則描述了一種圓鋸線，通過壓刻的方式在該圓鋸線上 形成凹腔。此類嘗試迄今尚未在多線切割領(lǐng)域獲得成功的工業(yè)化實(shí)施與應(yīng)用，核心原因在 于磨料本身具備強(qiáng)大的磨損能力，經(jīng)過上述處理的金屬絲表面，在進(jìn)入切割進(jìn)程中不久即 會(huì)被磨光，使得經(jīng)過表面處理的金屬絲與常規(guī)圓形表面光滑金屬絲不再有任何區(qū)別。
[0005] 第二類嘗試是以對(duì)金屬絲進(jìn)行螺旋處理為基礎(chǔ)。例如，JP 2007 044841提出了一 種基本為圓形的鋸線，具有圍繞鋸線的長(zhǎng)度方向成螺旋形延伸的扁平面，CN102380915A基 本為上述概念的自然延展；US 2860862則提出對(duì)預(yù)先做成扁平形狀的鋸線施加兩次螺旋 形變形：首先用短的捻距繞扁平鋸線的自身軸線加捻，然后用更長(zhǎng)的捻距以螺旋型對(duì)鋸線 加捻。FR 750081也描述了采用圓形或多邊形橫截面的螺旋形鋸線。CN102205563A以及 CN102765141A基本上均為前述思路的自然延展。JP4057666則描述了一種金屬鋸線，同樣 是采用加捻的方式將直鋼絲先行變成螺旋型，之后再通過拉模進(jìn)行拉伸。迄今為止，上述努 力在多線切割領(lǐng)域同樣未見成功的工業(yè)化實(shí)施與應(yīng)用，核心原因在于，金屬絲的螺旋化無 可避免地需要對(duì)金屬絲進(jìn)行加捻，從而給金屬絲帶來很高的扭轉(zhuǎn)內(nèi)應(yīng)力，且金屬絲越長(zhǎng)，扭 轉(zhuǎn)內(nèi)應(yīng)力越高，從而導(dǎo)致成品金屬絲產(chǎn)生強(qiáng)烈的自我打卷傾向，無法實(shí)際應(yīng)用于多線切割， 突出表現(xiàn)在很難完成均勻的長(zhǎng)距離卷繞收線，在切割線網(wǎng)上無法或很難布線，即使勉強(qiáng)用 于短距離切割，也會(huì)因?yàn)榻饘俳z自身攜帶的高扭轉(zhuǎn)內(nèi)應(yīng)力造成線網(wǎng)無規(guī)律抖動(dòng)，導(dǎo)致無法 接受的切割效果(突出體現(xiàn)為表面線痕與TTV不良)。
[0006] 第三類嘗試，是通過對(duì)金屬絲在一個(gè)或多個(gè)平面內(nèi)進(jìn)行彎曲的方式，制造所謂的 "結(jié)構(gòu)金屬絲"。例如JP 2004 276207在描述了一種具有螺旋形的變形單線或絞線之外，還 描述了上述單線或絞線被引導(dǎo)通過一對(duì)嵌齒輪，從而在單一平面內(nèi)形成'Z'字形的雙皺褶。 在Z字形皺褶中，鋸線先在第一方向上彎曲，然后在第二方向上進(jìn)行第二次彎曲且與第一 方向相反(反向彎曲)，然后再通過絞線并捻將較短長(zhǎng)度的Z字形皺褶被疊加到長(zhǎng)波螺旋形 上。該種嘗試的明顯缺陷，在于絞線結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致鋸線的實(shí)用包絡(luò)外徑顯著加大，帶來難以接 受的鋸縫加寬和相應(yīng)額外材料損失。
[0007] 第三類嘗試中取得了一定應(yīng)用成功的，是安塞爾米塔爾公司通過中國專利 CN100475398C公開的一種單絲型金屬鋸線，其在兩個(gè)或兩個(gè)以上的平面內(nèi)對(duì)金屬絲進(jìn)行了 彎曲，從而在一定程度增強(qiáng)了金屬絲攜帶磨料的能力在一些特定應(yīng)用環(huán)境下能夠取得良好 效果。其缺陷在于，該鋸線的彎曲以一個(gè)平面為主導(dǎo)，其他平面的彎曲在切割過程中會(huì)被 逐漸轉(zhuǎn)向到該主導(dǎo)平面，最終形成基本上僅在一個(gè)平面內(nèi)變形的鋸線，從而導(dǎo)致切割良率 波動(dòng)，同時(shí)由于該鋸線的結(jié)構(gòu)保持能力有限，在切割路徑較長(zhǎng)的情況下，切割線到達(dá)切割尾 端時(shí)彎曲結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本或大部消失，導(dǎo)致切割尾端的良率較切割起始端的良率大幅下降。 為嘗試解決上述缺陷，貝卡爾特公司通過CN102528940A提出了一種相當(dāng)于第二類（"螺旋 金屬絲"）與第三類("結(jié)構(gòu)金屬絲"）思路混合的產(chǎn)品概念，基本做法是在單一平面上利用 嵌咬的齒輪(或其他變形裝置）對(duì)金屬絲制成彎曲，通過對(duì)金屬絲進(jìn)行加捻(環(huán)繞金屬絲的 軸線旋轉(zhuǎn)變形裝置所在平面，或保持變形裝置所在平面不動(dòng)但同步旋轉(zhuǎn)收、放線軸)，形成 螺旋形金屬絲，之后再對(duì)金屬絲進(jìn)行退捻(與加捻方向反向旋轉(zhuǎn)變形裝置所在平面，或保 持變形裝置所在平面不動(dòng)但反向同步旋轉(zhuǎn)收、放線軸）以部分或全部釋放掉由于加捻帶給 金屬絲的扭轉(zhuǎn)內(nèi)應(yīng)力。實(shí)施中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楸仨毜耐四恚瑢?dǎo)致制成的金屬絲無論在環(huán)繞軸線 的各向均勻性上，還是在結(jié)構(gòu)保持能力方面，均未較CN100475398C提供的方法產(chǎn)生提高。 CN102962901A 及 CN102310489A 則均為在 CN100475398C 與 CN102528940A 概念上的自然延 展，未見獨(dú)立技術(shù)貢獻(xiàn)。
[0008] 除了因?yàn)橹髯冃纹矫娴拇嬖趯?dǎo)致切割良率波動(dòng)，以及結(jié)構(gòu)保持能力有限導(dǎo)致切割 尾部良率較切割起始部大幅下降外，上述結(jié)構(gòu)金屬絲的另一顯著弱點(diǎn)，是金屬絲的外包絡(luò) 直徑大于金屬絲母線，從而導(dǎo)致鋸縫加寬，帶來切割過程中材料損失的增加。
[0009] 尤其尷尬的是，以鋸縫加寬為代價(jià)使用結(jié)構(gòu)金屬絲，經(jīng)常不能帶來想象中的切割 速度提高--因?yàn)槎嗑€切割的速度短板，在于在切割尾部的切割速度： a) 切割起始時(shí)金屬絲尚未磨損，線徑最大，攜帶磨料的能力本身就強(qiáng)，此時(shí)結(jié)構(gòu)金屬 絲帶來的表面立體結(jié)構(gòu)更多屬于錦上添花； b) 到達(dá)切割尾端時(shí)，金屬絲經(jīng)過磨損，線徑變?。ó?dāng)前行業(yè)晶硅線切水平下，金屬絲到 達(dá)切割尾部時(shí)的磨損量一般接近10%)，導(dǎo)致磨料攜帶能力同比下降，偏偏在這急迫需要結(jié) 構(gòu)金屬絲表面立體結(jié)構(gòu)為磨料攜帶雪中送炭的階段，結(jié)構(gòu)金屬絲的表面結(jié)構(gòu)卻常已基本消 失（尤其在長(zhǎng)切割路徑的情況下）。
[0010] 隨著行業(yè)上持續(xù)不斷的降本增效努力，多線切割正越來越采用更長(zhǎng)的工件(硅棒 等)，更細(xì)的切割金屬絲（〇. 08mm-0. 115mm)，導(dǎo)致切割路徑不斷加長(zhǎng)，進(jìn)一步局限了上述傳 統(tǒng)結(jié)構(gòu)線的適用范圍。
[0011]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了化解傳統(tǒng)直線式金屬絲和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)金屬絲共有 的普遍性缺陷一越臨近切割尾端，金屬絲攜帶磨料的能力越差，切割良率下降越嚴(yán)重的 問題，本發(fā)明提供一種用于游離磨料切割的金屬絲及其制作裝置和方法。
[0013] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種具備自構(gòu)能力的用于游離磨料 切割的金屬絲， a) 其軸線呈直線或近似直線，截面為圓形或近似圓形，線徑一致或均勻變化； b) 金屬絲表面沿軸線方向有規(guī)律地分布若干耐磨損區(qū)； c) 所述耐磨損區(qū)的硬度高于其他區(qū)域。
[0014] 本發(fā)明所說的金屬絲其軸線近似直線，截面近似圓形，線徑均勻變化均指金屬絲 在加工過程產(chǎn)生的偏差。
[0015] 本發(fā)明所述的"自構(gòu)能力"和"自構(gòu)凹陷或凸起"中的"自構(gòu)"是指使用高速運(yùn)動(dòng)的 游離磨料沿平行于本發(fā)明的金屬絲軸線的方向?qū)ζ溥M(jìn)行持續(xù)剪切侵蝕，該金屬絲表面沿軸 線方向?qū)⑸砂枷莼蛲蛊稹?br> [0016] 在應(yīng)用于游離磨料切割環(huán)境時(shí)，在磨料的作用下非耐磨區(qū)域磨損較耐磨區(qū)更加快 速，導(dǎo)致金屬絲表面產(chǎn)生自構(gòu)凹陷或凸起，通過這種新生表面立體結(jié)構(gòu)增強(qiáng)金屬絲的磨料 攜帶能力，補(bǔ)償因磨損導(dǎo)致線徑減小而帶來的磨料攜帶能力損失。為保證金屬絲的自構(gòu)能 夠帶來合理的磨料攜帶能力增強(qiáng)，一般控制每個(gè)所述耐磨損區(qū)的最大寬度小于所述金屬絲 直徑的100倍。
[0017] 進(jìn)一步，作為優(yōu)選，每個(gè)所述耐磨損區(qū)的最大寬度小于所述金屬絲直徑的10倍， 以在不影響金屬絲其他方面性能的同時(shí)，取得更佳的磨料攜帶能力補(bǔ)償。
[0018] 所述耐磨損區(qū)分布在環(huán)繞軸線同一部位的全部周向，此種情況下，金屬絲磨損后 產(chǎn)生的自構(gòu)表面以近似環(huán)形的凹凸交疊為主。
[0019] 所述耐磨損區(qū)亦可僅分布在環(huán)繞軸線的同一部位的部分周向。此種情況下，金屬 絲磨損后產(chǎn)生的自構(gòu)表面更加復(fù)雜多維，通常情況下對(duì)提升攜帶磨料能力更加有益。
[0020] 本發(fā)明所述金屬絲的應(yīng)用對(duì)象，是多線游離磨料精密切割，一般線徑在0.08mm -〇. 80 mm 之間。
[0021] 本發(fā)明所述金屬絲，尤其適用于對(duì)鋸縫損失較敏感的多線游離磨料精密切割，此 種情況下線徑一般會(huì)優(yōu)選在0. 09mm-0. 14_之間，以盡可能降低鋸縫損失。
[0022] 第一種制作所述的金屬絲的制作裝置，至少包括依次設(shè)置的過線輪、對(duì)金屬絲母 線實(shí)施塑性扭曲或?qū)ζ浔砻鎸?shí)施凹凸變形的預(yù)變形機(jī)構(gòu)、對(duì)預(yù)變形后金屬絲實(shí)施形變強(qiáng)化 的形變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)、為拉動(dòng)金屬絲通過形變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)提供足夠拉拔張力的拉拔驅(qū)動(dòng)輪、收線 恒張力系統(tǒng)和收線裝置；所述的形變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)為筒狀拉拔模具，所述的筒狀拉拔模具至少 包括錐形入口和筒狀的定徑帶，錐形入口的內(nèi)徑由外至內(nèi)逐漸縮小，定徑帶的內(nèi)徑與錐形 入口的最小內(nèi)徑一致，定徑帶內(nèi)徑小于或等于預(yù)變形前金屬絲母線的線徑。
[0023] -種所述的第一種金屬絲制作裝置的制備方法，至少包括以下步驟： a) 預(yù)變形：將直金屬絲母線經(jīng)過過線輪，再進(jìn)入預(yù)變形機(jī)構(gòu)進(jìn)行至少一次金屬絲的預(yù) 變形加工，加工出包含塑性扭曲或表面凹凸形變的預(yù)變形金屬絲； b) 形變強(qiáng)化：拉拔驅(qū)動(dòng)輪拉動(dòng)預(yù)變形后的金屬絲通過形變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)，通過定徑帶后形 成具備自構(gòu)能力的金屬絲；因?yàn)樾巫儚?qiáng)化機(jī)構(gòu)的定徑帶內(nèi)徑小于或等于預(yù)變形金屬絲的母 線線徑，預(yù)變形金屬絲經(jīng)過后被拉拔為線徑更細(xì)的直線金屬絲，之前因預(yù)變形而帶來的沿 軸線方向的不均勻性在形變強(qiáng)化的過程中被固化，體現(xiàn)為表面硬度沿金屬絲軸線方向呈不 均勻分布，且該分布沿金屬絲軸線方向周期性重復(fù)，從而形成具備自構(gòu)能力的金屬絲； c) 收線：具備自構(gòu)能力的金屬絲依次通過收線恒張力系統(tǒng)、收線裝置進(jìn)行纏繞收線。
[0024] 第二種制作所述的金屬絲的制作裝置，至少包括依次設(shè)置的過線輪、表面硬度異 構(gòu)裝置、收線恒張力系統(tǒng)和收線裝置；所述的表面硬度異構(gòu)裝置包括至少一個(gè)在時(shí)間上間 歇工作的、對(duì)經(jīng)過其中的金屬絲進(jìn)行表面加熱的金屬絲表面加熱裝置，其對(duì)金屬絲表面的 加熱的溫度環(huán)繞金屬絲軸線各向全部相同或各向部分相同。
[0025] 表面硬度異構(gòu)裝置還包括置于金屬絲表面加熱裝置后的，用于控速或快速冷卻金 屬絲表面的金屬絲表面冷卻裝置。
[0026] -種所述的第二種金屬絲制作裝置的制備方法，至少包括以下步驟： a) 對(duì)直金屬絲母線進(jìn)行表面硬度異構(gòu)：將金屬絲母線經(jīng)過過線輪，再進(jìn)入表面硬度異 構(gòu)裝置進(jìn)行至少一次表面硬度異構(gòu)處理，形成具備自構(gòu)能力的金屬絲； 表面硬度異構(gòu)處理為由所述的金屬絲表面加熱裝置間歇地將經(jīng)過的金屬絲的部分表 面升溫至金屬絲的回火臨界溫度或回火臨界溫度以上，保溫若干時(shí)間，然后對(duì)其控速或快 速冷卻；其中，控速冷卻包括自然冷卻，即自然冷卻是本發(fā)明所述的控速冷卻的一種特例； b) 收線：具備自構(gòu)能力的金屬絲依次通過收線恒張力系統(tǒng)、收線裝置進(jìn)行纏繞收線。
[0027] 對(duì)于表面升溫至回火臨界溫度或以上并保溫若干時(shí)間后，金屬絲采用何種冷卻速 度，取決原始金屬絲本身的金相組成、臨界溫度的選擇和對(duì)回火后金屬絲表面性能的要求。 一般而言，自然冷卻或緩慢冷卻會(huì)帶來金屬絲表面的金相組織向更為細(xì)小的等軸晶粒方向 發(fā)展，體現(xiàn)為塑性和形變能力增強(qiáng)。但硬度連同耐磨性共同降低；對(duì)高溫表面進(jìn)行快速冷 卻，則一般會(huì)導(dǎo)致表面發(fā)生淬火，體現(xiàn)為硬度、脆性和耐磨性能同時(shí)提高。具體到制造本發(fā) 明所述具備自構(gòu)能力的金屬絲，可由技術(shù)人員根據(jù)具體的產(chǎn)品規(guī)格設(shè)計(jì)和相應(yīng)制造設(shè)備環(huán) 境酌情選?。哼x取自然或緩慢冷卻，一般相當(dāng)于將高溫表面區(qū)引導(dǎo)成為低耐磨區(qū)，選取快速 冷卻，一般相當(dāng)于將高溫表面引導(dǎo)成為高耐磨區(qū)。
[0028] 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的具備自構(gòu)能力的金屬絲用于游離磨料切割時(shí)，由 于金屬絲表面沿軸線方向有規(guī)律地分布若干耐磨損區(qū)，導(dǎo)致磨料對(duì)金屬絲表面的磨損程度 不同，從而在金屬絲表面沿切割進(jìn)給方向逐漸自構(gòu)出表面凹陷或凸起，通過由此帶來的表 面立體結(jié)構(gòu)增強(qiáng)磨料攜帶能力，補(bǔ)償因線切磨損導(dǎo)致線徑變細(xì)而帶來的磨料攜帶能力下 降，從而大大增強(qiáng)了維持從切割起始端到切割尾端良品率一致性的能力。
[0029]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0031] 圖1是預(yù)變形前的金屬絲母線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖la是圖1中金屬絲軸線X軸向視圖。
[0033] 圖lb是圖1中金屬絲軸線Y軸向視圖。
[0034] 圖lc是圖1中金屬絲軸線Z軸向視圖，圖中黑圓點(diǎn)表示金屬絲自身軸線。
[0035] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1中經(jīng)過預(yù)變形后的金屬絲的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖2a是圖2中金屬絲軸線X軸向視圖。
[0037] 圖2b是圖2中金屬絲軸線Y軸向視圖。
[0038] 圖2c是圖2中金屬絲軸線Z軸向視圖，圖中中間的直線為金屬絲自身軸線投影形 成的。
[0039] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例2中經(jīng)過預(yù)變形后的金屬絲的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖3a是圖3中金屬絲軸線X軸向視圖。
[0041] 圖3b是圖3中金屬絲軸線Y軸向視圖。
[0042] 圖3c是圖3中金屬絲軸線Z軸向視圖，圖中中心類似麻花的線型為金屬絲自身軸 線投影形成的。
[0043] 圖4是圖3的金屬絲帶有軸向投影面和法向面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖5是本發(fā)明的實(shí)施例1中金屬絲制作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045] 圖6是本發(fā)明的實(shí)施例2中金屬絲制作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046] 圖7是本發(fā)明的實(shí)施例3中金屬絲制作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖8是本發(fā)明的實(shí)施例4中金屬絲制作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048] 圖9是本發(fā)明金屬絲的制作裝置中拉拔筒狀模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049] 圖10是本發(fā)明最終制備得到的金屬絲立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050] 圖11是本發(fā)明實(shí)施例1最終制備得到的金屬絲表面被磨料磨損后形成自構(gòu)凹陷 和凸起的金屬絲的其中一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051] 圖12是本發(fā)明實(shí)施例1最終制備得到的金屬絲表面被磨料磨損后形成自構(gòu)凹陷 和凸起的金屬絲的其中一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052] 圖13是本發(fā)明實(shí)施例1最終制備得到的金屬絲表面被磨料磨損后形成自構(gòu)凹陷 和凸起的金屬絲的其中一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0053] 圖14是本發(fā)明實(shí)施例5的金屬絲制作裝置中回火裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054] 圖15是本發(fā)明實(shí)施例6的金屬絲制作裝置中回火裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055] 圖中：1a、預(yù)變形后的金屬絲，lb、被磨料磨損后形成自構(gòu)凹陷和凸起的金屬絲， 100、耐磨損區(qū)，11、扭曲部，13、變形部，2、過線輪，3、預(yù)變形機(jī)構(gòu)，4、形變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)，41、錐 形入口，42、定徑帶，5、收線恒張力系統(tǒng)，6、收線裝置，72、拉拔驅(qū)動(dòng)輪，8、表面硬度異構(gòu)裝 置，81、驅(qū)動(dòng)裝置，I、軸向投影面，II、法向面，d、金屬絲自身直徑。
[0056]

【具體實(shí)施方式】
[0057] 現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以 示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0058] 本發(fā)明的一種具備自構(gòu)能力的用于游離磨料切割的金屬絲，如圖10所示， a)其軸線呈直線或近似直線，截面為圓形或近似圓形，線徑一致或均勻變化； b)金屬絲表面沿軸線方向有規(guī)律地分布若干耐磨損區(qū)100 ; C)所述耐磨損區(qū)100的硬度高于其他區(qū)域。
[0059] 實(shí)施例1 如圖5是本實(shí)施例的金屬絲的制作裝置，包括依次設(shè)置的過線輪2、對(duì)在金屬絲母線的 一個(gè)平面內(nèi)實(shí)施凹凸變形的預(yù)變形機(jī)構(gòu)3、對(duì)預(yù)變形后金屬絲la實(shí)施形變強(qiáng)化的形變強(qiáng)化 機(jī)構(gòu)4、為拉動(dòng)金屬絲通過形變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)提供足夠拉拔張力的拉拔驅(qū)動(dòng)輪72、收線恒張力 系統(tǒng)5和收線裝置6 ;所述的形變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)4為筒狀拉拔模具，如圖9所示，所述的筒狀拉 拔模具包括錐形入口 41和筒狀的定徑帶42,錐形入口 41的內(nèi)徑由外至內(nèi)逐漸縮小，定徑帶 42的內(nèi)徑與錐形入口 41的最小內(nèi)徑一致，定徑帶42內(nèi)徑小于或等于預(yù)變形前金屬絲母線 的線徑，本實(shí)施例中，定徑帶內(nèi)徑為〇. 〇8mm。
[0060] 本實(shí)施例的金屬絲的制作裝置的制備方法，包括以下步驟： a) 預(yù)變形：將0. 09mm直金屬絲母線經(jīng)過過線輪2,再進(jìn)入預(yù)變形機(jī)構(gòu)3進(jìn)行一次金屬 絲的預(yù)變形加工，加工出在一個(gè)平面的預(yù)變形金屬絲la ;金屬絲母線的結(jié)構(gòu)如圖1、圖la、 圖lb和圖lc中所不； b) 形變強(qiáng)化：拉拔驅(qū)動(dòng)輪72拉動(dòng)預(yù)變形后的金屬絲la通過形變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)4,通過定 徑帶后形成具備自構(gòu)能力，直徑為0. 08mm的金屬絲，該金屬絲的結(jié)構(gòu)如圖10所示； c) 收線：具備自構(gòu)能力的金屬絲再依次通過收線恒張力系統(tǒng)5、收線裝置6進(jìn)行纏繞 收線。
[0061] 如圖2、2a、2b和2c所示是本實(shí)施例中直金屬絲母線經(jīng)過預(yù)變形機(jī)構(gòu)3后的結(jié)構(gòu) 示意圖，本實(shí)施例的預(yù)變形機(jī)構(gòu)3的變形方法如下： 直金屬絲依次經(jīng)過過線輪2,再進(jìn)入預(yù)變形機(jī)構(gòu)3進(jìn)行一次金屬絲的預(yù)變形加工，加工 出在一個(gè)平面內(nèi)變形的金屬絲la，該變形部13如圖2所示呈對(duì)稱均勻的波浪形。
[0062] 圖11-13給出了本發(fā)明最終制備得到的金屬絲表面被磨料磨損后形成自構(gòu)凹陷 和凸起的金屬絲的三種結(jié)構(gòu)的概念示意圖，其中，圖11中的結(jié)構(gòu)與采用本實(shí)施例的方法獲 得的金屬絲相對(duì)應(yīng)。圖11-13中未給出三維視圖，但是本發(fā)明包含沿金屬絲軸線和/或環(huán) 繞軸線形成凸起或凹陷的各種情況，并且所述自構(gòu)凸起和凹陷可以是均勻分布，也可以是 非均勻分布的。
[0063] 實(shí)施例2 如圖6是本實(shí)施例的金屬絲的制作裝置，與實(shí)施例1不同的是，預(yù)變形機(jī)構(gòu)3除了包括 對(duì)金屬絲母線的一個(gè)平面內(nèi)實(shí)施凹凸變形的機(jī)構(gòu)外，還包括對(duì)凹凸變形后的金屬絲在前進(jìn) 方向和環(huán)繞前進(jìn)的方向同步實(shí)施塑性扭曲的機(jī)構(gòu)，該實(shí)施例可以理解為對(duì)金屬絲母線的塑 性扭曲變形。
[0064] 本實(shí)施例的制備方法與實(shí)施例1不同的是，凹凸變形后還經(jīng)過塑性扭曲機(jī)構(gòu)，拉 拔驅(qū)動(dòng)輪72拉動(dòng)金屬絲通過塑性扭曲機(jī)構(gòu)，由于在預(yù)變形前金屬絲經(jīng)過若干個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線 之間存在夾角，且不斷轉(zhuǎn)換金屬絲前進(jìn)方向的過線輪2而積累的扭曲內(nèi)應(yīng)力，凹凸變形后 的金屬絲在前進(jìn)方向和環(huán)繞前進(jìn)的方向同步遭遇塑性變形，使得凹凸變形后的金屬絲的波 浪形變形部13發(fā)生扭曲，形成如圖3所示的帶有扭曲部11的金屬絲la。
[0065] 實(shí)施例3 如圖7是本實(shí)施例的金屬絲的制作裝置，與實(shí)施例1不同的是，預(yù)變形機(jī)構(gòu)3包括對(duì)金 屬絲母線的兩個(gè)平面實(shí)施凹凸變形的機(jī)構(gòu)，所述兩個(gè)平面相互垂直。相應(yīng)地，本實(shí)施例的制 備方法與實(shí)施例1不同的是預(yù)變形的過程。
[0066] 實(shí)施例4 如圖8是本實(shí)施例的金屬絲的制作裝置，與實(shí)施例1不同的是，預(yù)變形機(jī)構(gòu)3包括對(duì)金 屬絲母線的實(shí)施塑性扭曲的機(jī)構(gòu)。相應(yīng)地，本實(shí)施例的制備方法與實(shí)施例1不同的是預(yù)變 形的過程。
[0067] 實(shí)施例5 如圖14所示的本實(shí)施例的金屬絲的制作裝置，至少包括依次設(shè)置的過線輪2、表面硬 度異構(gòu)裝置8、收線恒張力系統(tǒng)5和收線裝置6 ;所述的表面硬度異構(gòu)裝置8包括至少一個(gè) 在時(shí)間上間歇工作的、對(duì)經(jīng)過其中的金屬絲進(jìn)行表面加熱的環(huán)形金屬絲表面加熱裝置，其 對(duì)金屬絲表面的加熱的溫度環(huán)繞金屬絲軸線各向相同。
[0068] 表面硬度異構(gòu)裝置8還包括置于金屬絲表面加熱裝置后的，用于快速冷卻金屬絲 表面的金屬絲表面冷卻裝置。
[0069] 制作本實(shí)施例自構(gòu)能力的金屬絲的制備方法，包括以下步驟： a)對(duì)金屬絲進(jìn)行表面硬度異構(gòu)：使普通直金屬絲以一定速度經(jīng)過過線輪，進(jìn)入表面異 構(gòu)裝置，該裝置的第一部分為一個(gè)間歇工作的環(huán)形金屬表面加熱裝置，利用中高頻交流電 的趨膚效應(yīng)對(duì)通過其中的金屬絲表面快速加熱。加熱開啟時(shí)，正在通過其中的一部分金屬 絲表面溫度被升高至回火臨界溫度或更高，并因加熱裝置沿軸線具備一定寬度而獲得一定 保溫時(shí)間，加熱停歇時(shí)，正在通過其中的金屬絲表面溫度基本不變，如此產(chǎn)生高溫低溫交替 的金屬絲表面；表面異構(gòu)裝置的第二部分為冷卻裝置，前述表面高溫與低溫交替的金屬絲 進(jìn)入冷卻區(qū)后，表面溫度超過臨界溫度或更高的部分發(fā)生淬火，表面硬度大大升高，表面溫 度未曾達(dá)到臨界溫度的部分表面硬度則保持不變，從而完成了對(duì)金屬絲表面的硬度異構(gòu)。
[0070] b)收線：具備自構(gòu)能力的金屬絲依次通過收線恒張力系統(tǒng)5、收線裝置6進(jìn)行纏繞 收線。
[0071] 本實(shí)施例最終制備得到的金屬絲表面被磨料磨損后也同樣可以形成如圖11-13 所示的帶有自構(gòu)凹陷和凸起的金屬絲。
[0072] 本實(shí)施例也可以制得與實(shí)施例1-5類似效果的金屬絲，金屬絲表面被磨料磨損后 的結(jié)構(gòu)包括圖11-13給出的三種結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，也包含沿金屬絲軸線和/或環(huán)繞軸線形成凸 起或凹陷的各種情況，并且所述自構(gòu)凸起和凹陷可以是均勻分布，也可以是非均勻分布的。
[0073] 實(shí)施例6 如圖15是本實(shí)施例的金屬絲的制作裝置，與實(shí)施例5不同的是，金屬絲表面加熱裝置 不是環(huán)形的，而是由一個(gè)對(duì)金屬絲兩側(cè)表面同時(shí)加熱的裝置連同驅(qū)動(dòng)其整體旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝 置81組成，對(duì)金屬絲兩側(cè)表面同時(shí)加熱的裝置的旋轉(zhuǎn)軸線為金屬絲前進(jìn)方向。本實(shí)施例的 金屬絲的制作裝置的制備方法與實(shí)施例5相同。
[0074] 以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完 全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù) 性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種具備自構(gòu)能力的用于游離磨料切割的金屬絲，其特征在于： a) 其軸線呈直線或近似直線，截面為圓形或近似圓形，線徑一致或均勻變化； b) 金屬絲表面沿軸線方向有規(guī)律地分布若干耐磨損區(qū)（100); c) 所述耐磨損區(qū)（100)的硬度高于其他區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的具備自構(gòu)能力的用于游離磨料切割的金屬絲，其特征在于：每 個(gè)所述耐磨損區(qū)的最大寬度小于所述金屬絲直徑的100倍。
3. 如權(quán)利要求2所述的具備自構(gòu)能力的用于游離磨料切割的金屬絲，其特征在于：每 個(gè)所述耐磨損區(qū)的最大寬度小于所述金屬絲直徑的10倍。
4. 如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的具備自構(gòu)能力的用于游離磨料切割的金屬絲，其特 征在于：所述耐磨損區(qū)分布在環(huán)繞軸線同一部位的全部周向。
5. 如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的具備自構(gòu)能力的用于游離磨料切割的金屬絲，其特 征在于：所述耐磨損區(qū)僅分布在環(huán)繞軸線的同一部位的部分周向。
6. 如權(quán)利要求1所述的具備自構(gòu)能力的用于游離磨料切割的金屬絲，其特征在于：線 徑在 0· 08mm -〇. 80 mm 之間。
7. 如權(quán)利要求6所述的具備自構(gòu)能力的用于游離磨料切割的金屬絲，其特征在于：線 徑在 0. 09mm-〇. 14mm 之間。
8. -種制作如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的金屬絲的制作裝置，特征在于：至少包括 依次設(shè)置的過線輪（2)、對(duì)金屬絲母線實(shí)施塑性扭曲或?qū)ζ浔砻鎸?shí)施凹凸變形的預(yù)變形機(jī) 構(gòu)（3)、對(duì)預(yù)變形后金屬絲實(shí)施形變強(qiáng)化的形變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)（4)、為拉動(dòng)金屬絲通過形變強(qiáng)化 機(jī)構(gòu)提供足夠拉拔張力的拉拔驅(qū)動(dòng)輪（72)、收線恒張力系統(tǒng)（5)和收線裝置（6);所述的形 變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)（4)為筒狀拉拔模具，所述的筒狀拉拔模具至少包括錐形入口（41)和筒狀的定 徑帶（42)，錐形入口（41)的內(nèi)徑由外至內(nèi)逐漸縮小，定徑帶（42)的內(nèi)徑與錐形入口（41)的 最小內(nèi)徑一致，定徑帶（42)內(nèi)徑小于或等于預(yù)變形前金屬絲母線的線徑。
9. 一種如權(quán)利要求8所述的金屬絲制作裝置的制備方法，其特征在于，至少包括以下 步驟： a) 預(yù)變形：將直金屬絲母線經(jīng)過過線輪（2)，再進(jìn)入預(yù)變形機(jī)構(gòu)（3)進(jìn)行至少一次金屬 絲的預(yù)變形加工，加工出包含塑性扭曲或表面凹凸形變的預(yù)變形金屬絲； b) 形變強(qiáng)化：拉拔驅(qū)動(dòng)輪（72)拉動(dòng)預(yù)變形后的金屬絲通過形變強(qiáng)化機(jī)構(gòu)（4)，通過定 徑帶后形成具備自構(gòu)能力的金屬絲； c) 收線：具備自構(gòu)能力的金屬絲依次通過收線恒張力系統(tǒng)（5)、收線裝置（6)進(jìn)行纏繞 收線。
10. -種制作如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的金屬絲的制作裝置，特征在于：至少包括 依次設(shè)置的過線輪（2)、表面硬度異構(gòu)裝置（8)、收線恒張力系統(tǒng)（5)和收線裝置（6);所述 的表面硬度異構(gòu)裝置（8)包括至少一個(gè)在時(shí)間上間歇工作的、對(duì)經(jīng)過其中的金屬絲進(jìn)行表 面加熱的金屬絲表面加熱裝置，其對(duì)金屬絲表面的加熱的溫度環(huán)繞金屬絲軸線各向全部相 同或各向部分相同。
11. 如權(quán)利要求10所述的金屬絲的制作裝置，特征在于：表面硬度異構(gòu)裝置還包括置 于金屬絲表面加熱裝置后的，用于控速或快速冷卻金屬絲表面的金屬絲表面冷卻裝置。
12. -種如權(quán)利要求10或11所述的金屬絲制作裝置的制備方法，其特征在于，至少包 括以下步驟： a) 對(duì)直金屬絲母線進(jìn)行表面硬度異構(gòu)：將金屬絲母線經(jīng)過過線輪（2)，再進(jìn)入表面硬 度異構(gòu)裝置（8)進(jìn)行至少一次表面硬度異構(gòu)處理，形成具備自構(gòu)能力的金屬絲；表面硬度 異構(gòu)處理為由所述的金屬絲表面加熱裝置間歇地將經(jīng)過的金屬絲的部分表面升溫至金屬 絲的回火臨界溫度或回火臨界溫度以上，保溫若干時(shí)間，然后對(duì)其控速或快速冷卻； b) 收線：具備自構(gòu)能力的金屬絲依次通過收線恒張力系統(tǒng)（5)、收線裝置（6)進(jìn)行纏 繞收線。
【文檔編號(hào)】B21C37/04GK104085050SQ201310430403
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:凡登（常州）新型金屬材料技術(shù)有限公司