用於硬脆材質棒體的磨削方法及硬脆材質棒體磨削機與流程
2024-04-13 22:46:05
1.本發明涉及針對高硬脆材質切割的技術領域，具體提供一種用於硬脆材質棒體的磨削方法及硬脆材質棒體磨削機。
背景技術：
2.由於高硬脆材質易損壞、不易加工的特性，現有技術當中，針對高硬脆材質切割一直是需要攻克的難點，特別是光伏產業的蓬勃發展，針對矽棒這類高硬脆材質的加工要求越來越高，並且矽料的價格持續上漲，所有光伏產業的加工基礎都是矽片，如何製造出合格的、更好的矽片，一直是行業內亟待解決的問題。
3.將原始的矽棒加工成合格的矽片，需要先將矽棒進行精細的磨削，然後才能將磨削好的規整的矽棒進行切割，最終得到合格的矽片，本發明正是針對矽棒的磨削方式進行的改進。
4.磨削前的矽棒整體呈橫截面為矩形的棒狀材質，其由於具備高硬脆的特性，在磨削過程中難免產生崩邊，隨著矽料的價格越來越貴，開方後尺寸精度控制越來越好，使得開方後的餘量越來越小，早期單邊加工餘量為1mm以上，即使產生細微的崩邊，也不會影響到最終加工的部分，但是，目前的單邊餘量越來越小，有些客戶的要求已經降到了0.35mm，這導致對粗坯的矽棒進行粗磨的過程中一旦產生較大的崩邊，在精磨後不能夠被完全覆蓋，使得磨削後的矽棒稜邊的崩邊率變高，因為崩邊是矽棒的質量缺陷，切割的矽片合格率也隨之降低，使得用戶產生額外的損失。
5.基於此，為了降低崩邊率，常見的有下述兩種方式：第一種是降低粗磨擺弧的移動速度，第二種是粗磨不用上邊緣擺弧，而是用砂輪中部進行擺磨。然而，上述兩種方式都延長了整體磨削的時長，對於產品的工作效率影響較大，應用在實際使用當中效果並不理想。
6.相應地，本領域需要一種新的用於硬脆材質棒體的磨削方法及硬脆材質棒體磨削機來解決現有技術當中的單邊餘量降低之後的崩邊率變高的技術問題。
技術實現要素：
7.本發明旨在解決上述技術問題，即，解決現有技術當中的單邊餘量降低之後的崩邊率變高的技術問題。
8.在第一方面，本發明提供了一種用於硬脆材質棒體的磨削方法，所述磨削方法包括：
9.s01、使用粗磨裝置對所述硬脆材質棒體的稜角進行粗磨倒角的步驟，以形成第一倒角，並且不使用所述粗磨裝置進行粗磨擺弧的步驟；
10.s02、使用精磨裝置對所述第一倒角進行精磨擺弧的步驟，以形成倒圓角；
11.優選地，所述粗磨裝置為粗磨砂輪，所述精磨裝置為精磨砂輪，更優選地，步驟s02中，使用精磨裝置對所述第一倒角進行精磨擺弧的步驟之前，所述控制方法還包括：使用精磨裝置對所述第一倒角進行精磨補償擺弧。
12.在面臨上述技術問題之後，發明人開始對現有技術當中的磨削方法進行逐步分析，現有磨削方法為：
13.上料啟動，並計算粗磨量；
14.開啟粗磨，粗磨45
°
角、粗磨135
°
角、粗磨135
°
擺弧、粗磨45
°
擺弧、粗磨0
°
面、粗磨90
°
面、粗磨完成；
15.計算粗磨後需要精磨的精磨量；
16.開啟精磨，精磨45
°
擺弧、精磨135
°
擺弧、精磨0
°
面、精磨90
°
面、精磨完成。
17.經過多次驗證，發明人發現崩邊多出現於粗磨當中的「粗磨135擺弧、粗磨45擺弧」的步驟當中，此處如果崩碎較小，在精磨當然仍然可以完全覆蓋，此時即使是有些崩碎也沒有問題，但是由於客戶要求越來越高，粗坯的加工餘量越來越小，相應地此處問題也就越來越凸出，導致崩邊率越來越不可控。基於此，發明人創造性地將粗磨擺弧的步驟取消，相應地在精磨擺弧部分進行了磨削量的補充，也即在步驟s01當中不設置粗磨擺弧，並在步驟s02中設置精磨擺弧的步驟，更優選地，還可以單獨設置精磨補償擺弧的步驟進行補償部分的磨削，精磨補償擺弧步驟的磨削次數可以是1次及以上，用於補償取消粗磨擺弧的磨削餘量。如此一來，針對擺弧的磨削在整個磨削工藝過程中就只使用到了精磨砂輪，而未使用粗磨砂輪，粗磨砂輪本身硬度要高於精磨砂輪，僅使用精磨砂輪實現對擺弧的磨削，相較於現有技術的先使用粗磨砂輪，再使用精磨砂輪的方案而言，由於磨削餘量都是非常小的，通過控制進給量，實際使用過程中兩者的加工時間相同，並且精磨砂輪本身質地較軟，產生崩邊的概率相應地大大減小，經過實驗，最終即使是單邊加工餘量由1mm降至0.35mm，也基本上杜絕了崩邊的產生，提升了硬脆材質棒體的良品率，也即能夠提升矽棒在切割矽片時候的良品率。
18.在上述磨削方法的優選方案中，本發明的方法在步驟s01與步驟s02之間還設置有：s03、使用粗磨砂輪對所述硬脆材質棒體的側面與所述第一倒角之間的稜角進行粗磨倒角的步驟，以形成第二倒角。
19.本發明當中的第一倒角即為45
°
角、135
°
角所對應的平面，相應地第二倒角為42
°
角、48
°
角、132
°
角、138
°
角，在調整了方案之後，如果在粗磨過程中不增加第二倒角，仍然會有一個尖角殘留，此時進行本發明的實施過程當中，尖角對於磨削而言，仍然是一個容易崩邊的部分，因此，本發明在粗磨和精磨當中設計了第二倒角，消除了尖角，使得整體磨削更加平整，從而更進一步地減小了崩邊率。
20.在上述磨削方法的優選方案中，步驟s02進一步包括：
21.s021、使用精磨裝置對所述第一倒角和所述第二倒角共同進行精磨擺弧的步驟，以形成倒圓角。
22.在增加第二倒角之後，由兩個較凸出的尖角變成了四個平緩的尖角，針對第一倒角和所述第二倒角所產生的四個尖角，共同進行精磨擺弧的步驟，以形成倒圓角。
23.在上述磨削方法的優選方案中，步驟s021進一步包括：
24.s0211、控制所述硬脆材質棒體往復旋轉；
25.s0212、使用所述精磨裝置對所述硬脆材質棒體的第一倒角和第二倒角所在的位置進行精磨擺弧，以形成倒圓角。
26.通過矽棒的往復旋轉，搭配精磨裝置實現倒圓角。
27.在上述磨削方法的優選方案中，步驟s0211中，往復旋轉的擺動角度的取值範圍是-15
°
至15
°
，更有選為往復旋轉的擺動角度的數值為-3
°
至3
°
。
28.本發明所提及的方案即為往復旋轉的擺動角度的數值為-3
°
至3
°
，例如，45
°
角則在42
°
至48
°
之間往復旋轉，以此實現倒圓角。
29.在上述磨削方法的優選方案中，在步驟s01之前、同時或之後，本發明的方法還包括：
30.步驟s04、粗磨所述硬脆材質棒體的側面。
31.在上述磨削方法的優選方案中，在步驟s02之前、同時或之後，本發明的方法還包括：
32.步驟s05、精磨所述硬脆材質棒體的側面。
33.矽棒的側面與倒圓角最終都經過精磨，從而獲得最終磨削完成的成品。
34.本發明還提供了一種硬脆材質棒體磨削機，所述硬脆材質棒體磨削機內設置有處理器，並且所述硬脆材質棒體磨削機設置成能夠執行上述技術方案中任一項所述的用於硬脆材質棒體的磨削方法。
附圖說明
35.下面結合附圖並參照硬脆材質棒體磨削機來描述本發明的優選實施方式，附圖中：
36.圖1是本發明的磨削方法的主要流程圖；
37.圖2是本發明的磨削方法的詳細流程圖；
38.圖3是圖2中步驟s021的一種具體實施方式的流程圖；
39.圖4是本發明的磨削方法中的粗磨倒角的示意圖；
40.圖5是本發明的磨削方法中的粗磨側面的示意圖；
41.圖6是本發明的磨削方法中的精磨擺弧的示意圖；
42.圖7是本發明的磨削方法中的精磨側面的示意圖；
43.圖8是本發明的棒體的磨削前後輪廓的示意圖；
44.圖9是圖8中a處的放大圖的實施例一；
45.圖10是圖8中a處的放大圖的實施例二。
46.附圖標記列表：
47.1-硬脆材質棒體；11-棒體外輪廓；12-棒體最終切削後輪廓；13-棒體側面；2-粗磨砂輪；3-第一倒角；4-第二倒角；5-精磨砂輪；
具體實施方式
48.下面參照附圖來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用於解釋本發明的技術原理，並非旨在限制本發明的保護範圍。本領域技術人員可以根據需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。
49.參照圖1-10，對本發明的硬脆材質棒體1的磨削方法進行描述，如圖1所示，為解決現有技術當中的單邊餘量降低之後的崩邊率變高的技術問題，在一種可能的實施方式中，如圖所示，本發明的硬脆材質棒體1的磨削方法具體包括：
50.s01、使用粗磨裝置對硬脆材質棒體1的稜角進行粗磨倒角的步驟，以形成第一倒角，並且不使用粗磨裝置進行粗磨擺弧的步驟；
51.s02、使用精磨裝置對第一倒角進行精磨擺弧的步驟，以形成倒圓角；
52.優選地，粗磨裝置為粗磨砂輪2，精磨裝置為精磨砂輪5，更優選地，步驟s02中，使用精磨裝置對第一倒角3進行精磨擺弧的步驟之前，控制方法還包括：使用精磨裝置對所述第一倒角3進行精磨補償擺弧。
53.通過上述設置，本發明將粗磨砂輪2進行粗磨擺弧的步驟去除，然後設置有精磨擺弧的步驟，針對擺弧的磨削在整個磨削工藝過程中就只使用到了精磨砂輪5，而未使用粗磨砂輪2，粗磨砂輪2本身硬度要高於精磨砂輪5，僅使用精磨砂輪5實現對擺弧的磨削，相較於現有技術的先使用粗磨砂輪2，再使用精磨砂輪5的方案而言，由於磨削餘量都是非常小的，通過控制進給量，實際使用過程中兩者的加工時間相同，並且精磨砂輪5本身質地較軟，產生崩邊的概率相應地大大減小，經過實驗，最終即使是加工餘量由1mm降至0.35mm，也基本上杜絕了崩邊的產生，提升了硬脆材質棒體1的良品率，也即能夠提升矽棒在切割矽片時候的良品率。
54.下面結合圖2-10，對上述圖1的一種具體的優選實施方式進行詳細展開。
55.如圖2所示，在本發明的一種具體的優選實施方式當中，磨削方法包括下述步驟：
56.s01、使用粗磨裝置對硬脆材質棒體的稜角進行粗磨倒角的步驟，以形成第一倒角，並且不使用粗磨裝置進行粗磨擺弧的步驟；
57.如圖4、圖8-10所示，通過使用粗磨砂輪2能夠對矽棒的稜角進行粗磨倒角，形成第一倒角3，在粗磨過程中不增加粗磨擺弧的步驟，也即不針對圖9中的第一倒角3與棒體側面13的尖角進行倒圓，從而避免了粗磨砂輪2與尖角的直接接觸，降低了崩邊的概率。
58.s03、使用粗磨裝置對硬脆材質棒體的側面與第一倒角之間的稜角進行粗磨倒角的步驟，以形成第二倒角；
59.如圖10所示，在另一種實施方式中，在粗磨階段，還可以將第一倒角3與側面的尖角繼續進行磨削，形成第二倒角4，此時圖10中的棒體外輪廓11上的尖角距離棒體最終切削後輪廓12的距離相較於圖9中的方案更小，整體更加平緩，精磨砂輪5針對具有第二倒角4的尖角處進行倒角時的崩邊概率將更低。
60.s04、粗磨硬脆材質棒體的側面；
61.如圖5所示，在粗磨倒角之後，針對矽棒的側面也進行磨削，方便後續精磨更加精準。
62.s021、使用精磨裝置對第一倒角和第二倒角共同進行精磨擺弧的步驟，以形成倒圓角；
63.更進一步地，步驟s021具體包括：
64.s0211、控制硬脆材質棒體往復旋轉；
65.s0212、使用精磨裝置對硬脆材質棒體的第一倒角和第二倒角所在的位置進行精磨擺弧，以形成倒圓角。
66.如圖6所示，在進行倒圓角的過程中，需要控制矽棒往復旋轉，此時再控制精磨砂輪5進行磨削，從而形成平緩的圓弧面，在此過程中，矽棒往復旋轉的擺動角度的取值範圍是-15
°
至15
°
，優選為-3
°
至3
°
。
67.特別地，由於將粗磨擺弧的步驟一併加入到精磨擺弧的步驟當中，因此，可以通過增加精磨補償擺弧來實現粗磨的減少量的補充，也可以直接重複兩次或以上次數的精磨擺弧，或者根據需要調整合理的進給數據，實現精磨的合理性與時效性。
68.s05、精磨硬脆材質棒體的側面。
69.如圖6、圖7、圖8、圖10所示，最終能夠使得矽棒的坯子被磨削成預設的方案，整體磨削均較為平滑，並且避免了粗磨砂輪2與尖角磨削時產生的崩邊，從而解決了本發明所提及的技術問題。
70.特別地，磨削方法還包括一些其它的公知步驟，例如上料前檢測尺寸、上料後計算粗磨尺寸、粗磨進給量、粗磨次數等，粗磨完成後測量計算精磨進給量、精磨次數等，為了避免贅述，發明人並未針對這些常規步驟進行展開，本領域技術人員可以根據需要補充上述步驟，以使本發明所提出的磨削方案更為完整，但是本發明的核心點並不在此，任何具備本發明的通過去除粗磨擺弧步驟，僅使用精磨擺弧的方案，即使其增加了上述公知步驟，仍然在本發明的保護範圍之內。
71.綜上所述，本發明將粗磨擺弧的步驟取消，相應地在精磨擺弧部分進行了磨削量的補充，也即在步驟s01當中不設置粗磨擺弧，並在步驟s02中設置精磨擺弧的步驟，針對擺弧的磨削在整個磨削工藝過程中就只使用到了精磨砂輪5，而未使用粗磨砂輪2，粗磨砂輪2本身硬度要高於精磨砂輪5，僅使用精磨砂輪5實現對擺弧的磨削，相較於現有技術的先使用粗磨砂輪2，再使用精磨砂輪5的方案而言，由於磨削餘量都是非常小的，通過控制進給量，實際使用過程中兩者的加工時間相同，並且精磨砂輪5本身質地較軟，產生崩邊的概率相應地大大減小，經過實驗，最終即使是加工餘量由1mm降至0.35mm，也基本上杜絕了崩邊的產生，提升了硬脆材質棒體1的良品率，也即能夠提升矽棒在切割矽片時候的良品率。
72.需要說明的是，上述實施方式僅僅用來闡述本發明的原理，並非旨在與限制本發明的保護範圍，在不偏離本發明原理的條件下，本領域技術人員能夠對上述結構進行調整，以便本發明能夠應用於更加具體的應用場景。
73.例如，在一種可替換的實施方式中，硬脆材質棒體1不僅限於矽棒，也可以是其它需要切削的硬脆材質棒體1，例如碳棒等，這些都不偏離本發明的原理，因此都將落入本發明的保護範圍之內。
74.例如，在另一種可替換的實施方式中，粗磨裝置、精磨裝置也不僅限於粗磨砂輪2、精磨砂輪5，例如其它的磨砂塊、砂紙等都不偏離本發明的原理，因此都將落入本發明的保護範圍之內。
75.此外，本發明還提供了一種硬脆材質棒體磨削機，該硬脆材質棒體磨削機內設置有處理器，並且該硬脆材質棒體磨削機設置成能夠執行上述技術方案中任一項的用於硬脆材質棒體的磨削方法。
76.本領域技術人員可以理解，上述硬脆材質棒體磨削機還包括一些其他公知結構，例如控制器、存儲器等，其中，存儲器包括但不限於隨機存儲器、快閃記憶體、只讀存儲器、可編程只讀存儲器、易失性存儲器、非易失性存儲器、串行存儲器、並行存儲器或寄存器等，處理器包括但不限於cpld/fpga、dsp、arm處理器、mips處理器等。為了不必要地模糊本公開的實施例，這些公知的結構未在附圖中示出。
77.上述實施例中雖然將各個步驟按照上述先後次序的方式進行了描述，但是本領域
技術人員可以理解，為了實現本實施例的效果，不同的步驟之間不必按照這樣的次序執行，其可以同時(並行)執行或以顛倒的次序執行，例如步驟s04是針對粗磨側面的步驟，其與步驟s01的粗磨倒角的步驟可以顛倒或並行，這些簡單的變化都在本發明的保護範圍之內。
78.至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護範圍顯然不局限於這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特徵作出等同的更改或替換，這些更改或替換之後的技術方案都將落入本發明的保護範圍之內。