在弯折处具有受控曲率的成形锯丝制造技术

公开了一种切割硬而脆的材料的锯丝，其包括设置有在其间具有节段的弯折的钢丝。弯折的平均弯折度在0.5％与5％之间。与具有传统的较高平均弯折度的锯丝相比这样的锯丝具有较高的断裂负载。描述了测量曲率的方法以及制作本发明专利技术的锯丝的过程。本发明专利技术适用于任何成形锯丝，例如单个卷曲的锯丝、具有在不同平面中的至少两个卷曲的锯丝、具有在平面中旋转的卷曲的锯丝。

Formed saw wire with controlled curvature at bending

Disclosed is a saw wire for cutting hard brittle material, comprising a bent steel wire provided with segments therebetween. The average bending deflection is between 0.5% and 5%. Compared with conventional saw wires with higher average bending, such saw wires have higher breaking load. A method of measuring curvature and the process of making the saw wire of the present invention are described. The invention is applicable to any shaped saw wire, such as a single crimped saw wire, at least two crimped saw wires in different planes, and a crimped saw wire having a rotation in the plane.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在弯折处具有受控曲率的成形锯丝
本专利技术涉及用于锯割诸如石英、硅、砷化镓、稀土磁性合金等的硬而脆的材料的锯丝。该丝适用于松散磨料锯割以及固定磨料锯割。
技术介绍
从多丝锯首次被探索以锯割硬而脆的材料时开始，就一直尝试着改善丝的锯割性能。在多丝锯中，单个丝被布置成多个跨一系列的两个至四个绞盘上的环(使名称“多丝锯”成为误称，因为机器中仅存在单个一段长度的丝)。绞盘被开槽以使相互平行布置的丝环保持在称作丝网的单个平面中。在通过绞盘使丝网以单向方式或以往复方式移动的同时，将包含了在其中分散有磨料颗粒(通常是碳化硅粉)的液体载体(正常情况下是诸如油或聚乙二醇(PEG)的粘性液体)的浆料倾倒在丝网上。丝的作用是将液体载体和磨料颗粒夹带、牵引进入切割。颗粒在工件与丝之间粘附并滚动，由此将工件材料磨蚀掉(三体磨蚀)。经过必要的修改，丝的材料还是被磨损，并且必须向丝网不断地给送新的丝以更换磨损的丝。如果不是排他性的，用作锯丝的丝主要是圆且直的、远拉延出的、高拉伸的高碳钢丝。这样的丝原始可以以诸如200μm或180μm等的非常精细的规格制成，而现在120μm的丝是标准的。正在取得使用诸如110μm、100μm或甚至90μm至80μm等的更细规格的丝的进展。由于丝在锯割期间必须被张紧，所以拉伸强度也必须相应地增加。对于120μm的丝，现在通常是4000N/mm2以上的拉伸强度。新丝的表面非常光滑且是圆柱形的，这使得随着丝在切割从进入到退出的进程中工件与丝之间的浆料界面层中的磨料颗粒的消耗。虽然对于少于例如200mm的短切割长度来说这不是问题，但对于例如多于300mm的较长锯割长度来说这成了问题。因而早期想法是提供具有表面纹理像例如凹坑、脊(rigs)、凹陷或直径变化(WO90/12670)的锯丝，以便改善进入切割的浆料的牵引。一种替代的更现实的途径是保持利用光滑且圆的丝，但是使直的丝以受控的方式变形，以使其成为“成形丝”。示例是使丝以螺旋变形(JP4057666，1992)或者将规则波浪形状的卷曲引入到丝中(JP1289527，1989)。在进一步的目前普及的替代方案中，丝在基本上彼此垂直的两个不同平面中被卷曲成波浪形状(WO2006/067062)。这样的双卷曲稍微减轻了可能导致切割中的丝的优先取向的单个卷曲锯丝的平面性质。但是，如WO2012/069314中所说明的，即使双重卷曲也可能导致优先取向，因为难以实现在两个方向上的相等变形。后一出版物中建议的对该取向问题的解决方案是使丝变形成基本上螺旋形状，其中直的部分与向外取向的弯折相间。降低单个卷曲的丝的平面性质的又一另外的备选方案是将单个卷曲的丝围绕其轴线绞捻(CN102205563A)。虽然钢细丝的卷曲一般从钢帘线领域已知(参见例如EP1141477B1、JP7189148A、JP6073674A)，但卷曲中的弯折度总是以所引入的波浪的波长或节距和幅度或高度为单位来表达，并且这大多数相对于丝的直径“d”来表达。然而，这样的参数不允许在丝上引入的实际弯折的充分控制。事实上，锯丝的最重要的属性之一，其断裂负载，受到丝的卷曲或弯折的严重影响。并且由于锯割期间丝的使用是对丝的长度的100％质量控制，所以丝中的任何弱连接都可能导致破裂和时间与材料的损失。
技术实现思路
因而本专利技术的目的是通过将受控的局部弯折度赋予到丝中来改善现有类型的成形锯丝。本专利技术的进一步的目的是提供如何能够在生产期间控制该弯折度的方法。本专利技术的另一目的是提供用以确定该局部弯折度的测量方法。成形锯丝是微分几何中称为空间曲线的现实生活示例。参考微分几何或诸如“http://mathworld.wolfram.com”等的网站上的标准教科书。将遵循后者的表示法(参见例如条目“曲率”)。为了使得能够实现空间曲线的一些几何原理在成形锯丝上的应用，会将丝的中心线认为是代表空间曲线。中心线是穿过丝将横截面的中心点连接的那条线。中心点是在横截面上的坐标的几何平均值。空间曲线的基本定理阐明，当局部曲率“κ(s)”和局部扭曲“τ(s)”沿着沿曲线的长度“s”已知时，可以重建任何空间曲线。曲率和扭曲必须是单值连续函数。曲线除了起始点和起始取向之外是唯一的。曲率和扭曲描述了曲线的改变的角速率如何沿着曲线长度变化：其中“θ”是曲线“s”的切向向量的角度并且“α”是曲线的密切平面的角度，两者都相对于任何选定但固定的参考系在曲线长度“s”处。密切平面是由曲线的切向单位向量和法向单位向量所跨越的平面。曲率“κ(s)”的符号总是正的，而扭曲“τ(s)”的符号对于右旋曲线是正的并且对于左旋曲线是负的。有时借助于在曲线长度“s”处的“曲率半径ρ(s)”表达曲率可能更方便。该“曲率半径”是曲线的密切圆的半径。“密切圆”是与空间曲线的二阶相切的密切平面内的圆。根据本专利技术的第一方面，要求保护一种成形锯丝，用于切割硬而脆的材料。锯丝包括钢丝。钢丝是高碳、高拉伸型的。典型地使用普通碳钢。很可能钢丝被涂覆有诸如锌或黄铜涂层等的金属涂层。一般地，钢丝的横截面可以是多边形的，但是优选地丝具有有着直径“d”的圆形横截面。中心线遵循丝的圆形横截面的中心。锯丝具有在其间带有节段的弯折。弯折是丝的其中中心线基本上从紧邻的部分在一方向上偏离的那部分。弯折可以通过在包括至少“N”个弯折的长度上从1向上的索引“i”来计数。“N”不小于50，即必须考虑至少50个或更多的连续弯折。已发现50个或更多的弯折是有代表性的测度，以便获得良好的统计信息。实际上这实质上是至少50mm至最多250mm的测量长度。节段将弯折彼此连接。因此沿着丝的点或者在弯折中或者在节段中，但是不可能同时在节段和弯折中。在弯折处在一方向上的改变率通过沿着曲线长度的曲率来量化。在弯折中的每个弯折处，曲率“κ(s)”将达到对于最大值，其中对于索引“i”的弯折的曲率“κ(s)”将被称作“顶部曲率ki”(拉丁字母而不是希腊字母用于将曲率的实际测量值与数学虚构值分开)。重要的是-由于测量张力影响丝的形状-在伸展期间施加在锯丝上的测量张力保持有限。已发现为了不使丝的形状变形，大约一个牛顿的值是足够的。为了使顶部曲率的程度与钢丝直径“d”关联，曲率乘以丝直径的一半：“kid/2”。该量是无量纲的，并且将称作弯折度。在物理上，它等于在弯折部外的已在钢丝的外纤维施加的最大永久伸长。该数字也可以表达为百分数。由于弯折度对丝的确切形状非常敏感，所以弯折的规律最好通过统计手段像平均值和标准偏差进行评估。专利技术人已发现：通过采样超过50个或更多个弯折(N≥50)获得了足够的精度。专利技术人的经验是，新的未使用的丝上的平均弯折度最好在0.5％至5％之间，或者如果用数学公式表达，当施加这个“平均弯折度”时，在断裂负载保持和锯割性能方面获得了最佳结果。低于0.5％的弯折度不再有益，因为弯折于是几乎不能从直的丝上辨别出来。这样的锯丝失去了其将具有磨料的浆料牵引到切割内的能力。当平均弯折度多于5％时，锯丝的断裂负载劣化到不再可用的程度，因为其在锯割过程中倾向于断裂得更多。对于较粗的丝，例如直径在200μm与300μm之间的丝，所获得的断裂负载与在锯割期间所施加的负载相比足够地高，可以接受一些断裂负载损失。因而，对于这个范围的丝直径来说，可容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于切割硬而脆的材料的锯丝，包括具有直径“d”和中心线的钢丝，所述锯丝具有在其间带有节段的弯折，所述中心线在所述弯折中的每个弯折处具有当在所述锯丝上用大约一牛顿的负载测量时的顶部曲率“k

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.31 CN PCT/CN2014/0899631.一种用于切割硬而脆的材料的锯丝，包括具有直径“d”和中心线的钢丝，所述锯丝具有在其间带有节段的弯折，所述中心线在所述弯折中的每个弯折处具有当在所述锯丝上用大约一牛顿的负载测量时的顶部曲率“ki”，其特征在于，在包括至少“N”个弯折的锯丝的长度上，其中“N”不少于50，所述顶部曲率与所述直径的一半的乘积的平均值在0.5％与5％之间或者以公式表示：2.根据权利要求1所述的锯丝，其中所述平均值在0.5％与1.5％之间。3.根据权利要求1或2中的任一项所述的锯丝，其中所述节段具有大于100×d的曲率半径。4.根据权利要求3所述的锯丝，其中所述节段的总长度低于所述钢丝的总中心线长度的85％。5.根据权利要求2至3中的任一项所述的锯丝，其中所述乘积ki×d/2的最大值不超过0.05、即5％。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的锯丝，其中在包括至少50个弯折的锯丝的长度上所述乘积ki×d/2的标准偏差低于0.005、即0.5％。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的锯丝，其中在直径“d”的100倍的轴向长度上，弯折的数目为至少10个。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的锯丝，其中所述锯丝具有围绕轴线的螺旋形状并且其中所述弯折被朝向所述轴线的径向向外取向。9.根据权利要求1至7中的任一项所述的锯丝，其中所述锯丝包括在...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·西蒙纳尔特，黄文现，
申请(专利权)人：江阴贝卡尔特合金材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32