用于太阳能硅片多线切割机的进料设备以及硅块进给方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏电池制造技术领域，尤其涉及用于太阳能硅片多线切割机的进料设备以及硅块进给方法。
背景技术
硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分，现有常用的是采用多线切割机将硅锭块切割成很薄的硅片。太阳能硅片的多线切割机理就是机器导轮在高速运转中带动多根并列的钢线，由钢线将聚乙二醇和碳化硅微粉混合的砂浆送到切割区，在钢线的高速运转中与压在线网上的工件连续发生摩擦完成切割的过程。
在整个多线切割过程中，对硅片的质量以及成品率起主要作用的是切割液的粘度、碳化硅微粉的粒型及粒度、砂浆的粘度、砂浆的流量、钢线的速度、钢线的张力以及工件的进给速度等。发明人关注到，以上工艺参数中，其中工件的进给速度与钢线速度、砂浆的切割能力以及工件形状在进给的不同位置等有关；工件进给速度在整个切割过程中，是由以上的相关因素决定的，也是最没有定量的一个要素；但控制不好，也可能会出现线痕片等不良效果，影响切割质量和成品率。
发明人在试验过程中发现，现有切割工艺过程中硅块是通过液压杆控制垂直向下进料的，对钢线施加垂直的下压张力，进料方向与钢线的往复方向垂直，起始阶段钢线与硅块的接触线较长，但该接触线两角位置钢线所受张力与接触线中间位置所受张力完全不同，从而容易造成硅块底面切割口产生毛边等缺陷；切割完成后，钢线随液压杆垂直拔出，易造成钢线张力的快速松弛，产生一定的弹性振动，当振动幅度过大时易造成硅片表面不规整；另外液压杆的升降速度是由油泵的液压力控制的，过程中容易受到钢线支撑力的影响，无法保证该进料过程是呈匀速或其他规律运行的，这也是现有切割工艺中工件进给速度不确定性的根本原因。
综上，发明人针对以上工件进给速度过于不确定性的问题，试图改变现有多线切割工艺中硅块的进料方法，以期增加硅片切割的可控性及成品质量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的用于太阳能硅片多线切割机的进料设备以及硅块进给方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
用于太阳能硅片多线切割机的进料设备，包括固定胶接在硅块一表面两边位置的支脚条块、固定胶接在支脚条块远离硅块一侧面的支撑板、设置在支撑板上表面的两组导向轴支座以及通过两组导向轴支座架设的摆动驱动轴，支脚条块靠近硅块的一侧面粘结有硅胶层，硅胶层表面通过高温胶与硅块表面密封胶接，支脚条块远离硅块的一侧面粘结有双面胶条，支撑板靠近硅块的一侧面均匀涂布有磨砂层，双面胶条与磨砂层紧密贴合，支撑板远离硅块的一侧面对称设置有两组导向轴支座，导向轴支座的上部开设有光滑孔，且两组导向轴支座分别设置在摆动驱动轴的两端位置，摆动驱动轴两端部的轴壁位置通过平键与导向轴支座的光滑孔固定套接；
摆动驱动轴的轴向与支脚条块的长度方向相平行，摆动驱动轴的中部穿接有减速箱，减速箱下部的两侧壁位置分别设有与摆动驱动轴活动套接的轴承孔，摆动驱动轴伸入减速箱内的轴壁部分固定套接有蜗杆段，蜗杆段的顶部啮合有蜗轮，蜗轮中心通过平键固定套接有电机轴，电机轴的轴向与摆动驱动轴的轴向相互垂直，减速箱上部的两侧壁位置分别设有电机轴活动套接的轴承孔，电机轴一端伸出减速箱外且连接有低速电机，减速箱顶部和低速电机外壳顶部位置分别通过支撑架固接在安装板底面上，安装板为水平固定设置，安装板通过螺栓固定在预设安装位置，具体要根据各个车间的空间及布局设计，减速箱与摆动驱动轴连接的两外侧壁分别固接有两个限位杆，摆动驱动轴摆动过程形成一个扇形区域，限位杆与摆动驱动轴平行，限位杆远离减速箱的一端穿过扇形区域，任一外侧壁上的其中一个限位杆设置在扇形区域的右上侧位置，任一外侧壁上的另一个限位杆设置在扇形区域的左侧位置；
硅块正下方设有切割钢丝，切割钢丝由四组呈矩形分布的线辊架设而成，四组线辊依次为放线辊、支撑辊I、支撑辊II和收线辊，切割钢丝的上部为水平线设置，硅块设置在切割钢丝水平线的中部位置，切割钢丝水平线的两端位置分别设有一个张紧辊，张紧辊的斜上方设有切割液滴浇头，两个切割液滴浇头的出口均朝向切割钢丝上部，两个切割液滴浇头沿切割钢丝水平线的中点呈对称分布。
优选地，导向轴支座的旋转方向为顺时针，起始位置为水平向下偏转10-15°，终止位置为竖直方向，即导向轴支座的总偏转角度为75-80°，任一侧的两个限位杆分别设置在导向轴支座的起始位置和终止位置，以限制导向轴支座的偏转角度，即限制了硅块的进料过程运动空间。
优选地，低速电机具体是转速为1-2r/min的正反转低速电机。
优选地，蜗轮与蜗杆段的传动比为200-300：1。本发明采用传动比较大的蜗轮蜗杆减速结构，使导向轴支座的摆动速度达到0.0033-0.01r/min左右，即每分钟旋转0.0033-0.01圈，每分钟偏转角度为1.2-3.6°，配合导向轴支座的总偏转角度75-80°，每块硅块的切割时间具体是20.8-66.7min，属于较快的切割过程，不同切割厚度的硅块需要调整，较厚的硅块应该适当降低硅块的摆动速度，较薄的硅块应该适当提高硅块的摆动速度。
优选地，硅块具体是棱边经过倒角处理后形成的八棱柱状结构，切割出的硅片为四角经过倒角处理的四边形片状，符合现有大部分现有硅片的标准形状。
本发明还提出用于太阳能硅片多线切割机的硅块进给方法，采用前述的用于太阳能硅片多线切割机的进料设备，包括以下步骤：
a.进料设备布置：根据现有常用多线切割机的布置，切割钢丝及线辊设置在一个支撑平台上，该支撑平台四脚通过液压杆升降，此是现有常规技术且不是本发明所要保护的主要结构，故不再赘述；
再通过涂胶并烘干的方式，将硅块、支脚条块及支撑板依次胶接低速电机，将低速电机和减速箱通过支撑架固接安装板，将安装板设置在切割钢丝水平线的正上方位置，将导向轴支座套接在摆动驱动轴两端， 使导向轴支座位于两组限位杆之间位置，限定导向轴支座的起始位置为右侧水平向下偏转10-15°，终止位置为竖直向下，即导向轴支座的总偏转角度为75-80°；
开启低速电机，使导向轴支座向右逆时针旋转至与右侧的限位杆接触，此为起始位置，再通过液压杆调整切割钢丝水平线的高度，使终止位置的硅块顶面高度比切割钢丝水平线高度小100μm，使切割钢丝能够全部切断硅块并有部分切到硅胶层一定深度，要避免损伤支脚条块；
b.调试及切割：调整张紧辊位置，打开切割液滴浇头通过阀门调整滴速，调整四组线辊包括放线辊、支撑辊I、支撑辊II和收线辊的转速，调整切割钢丝正向和反向的往复速度分布，开启低速电机，使导向轴支座向左顺时针旋转，至导向轴支座与左侧的限位杆接触，此为终止位置；
使切割钢丝静止，再改变低速电机转向，使导向轴支座向右逆时针旋转至起始位置，使切割钢丝从切口中滑出并对硅片表面进行打磨；
取出测试的硅块，观察硅片表面的平整度及四边的毛边程度，硅片表面的粗糙度达到0.1μm以下、且无明显毛边，即为合格产品，记录该合格产品的工艺参数，包括张紧辊位置、切割液滴浇头的滴速、放线辊、支撑辊I、支撑辊II、收线辊以及低速电机的转速，在此参数下进行其他硅块的切割；
c.多线切割后处理：通过低速电机使导向轴支座向右逆时针旋转至起始位置，降低切割钢丝水平线的高度，用切刀将已完成切割的硅块上的硅胶层划开，收集粘有硅胶层的硅片，将其在60℃温水中超声波浸泡5-10min，使硅胶自动脱落，使用吹风机常温下吹干，即得成品硅片；
采用100-150℃的热风机吹拂支脚条块表面5-10s，再用钢丝刷将支脚条块表面的硅胶层刮去，用湿布擦拭并吹干，得到较光滑表面，再通过高温胶在支脚条块表面粘结新的硅胶层，并通过高温胶将硅胶层与新的待切割硅块胶接，重复步骤b的操作，即完成硅片的多线切割后处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明首先提供了一种供硅块多线切割用的固定结构，即由硅胶层、支脚条块、双面胶条、磨砂层、支撑板、导向轴支座及摆动驱动轴组成的固定胶接结构，通过牺牲硅胶层的方式实现硅块较快速固定过程，且节约硅胶用量；
2.本发明其次通过简单的蜗轮蜗杆减速结构来大幅降低导向轴支座的匀速摆动角度，使摆动进料适用于多线切割机；
3.现有垂直进料方法产生进料不均匀无法控制的结果，有时为了保证硅片表面光滑度及消除毛边，甚至切割时需要停机调整进料速度，而本发明采用摆动式进料方法来取代现有的垂直进料方法，由于摆动式进料方法由电机传动控制，保证匀速摆动，易于控制，可通过有限的试验得出较合理的进料速度参数值，提高产品质量的可控性；
4.现有进料过程起始位置硅块与切割钢丝的接触为线接触，有打滑偏转过程，造成硅块底面的切割口处有大量毛边，需要后续小心打磨，降低硅片产品质量；而本发明采用摆动式进料方法，起始位置硅块与切割钢丝的接触为点接触，一方面降低打滑可能，降低切割钢丝的切入难度；另一方面硅块的摆动轨迹圆与切割钢丝的水平线相交，由于扭矩力的存在，使切割时硅块切割口靠近减速箱一侧的钢丝所受下压张力小于另一侧位置，进一步降低钢丝在切割口内的切割难度。
5.本发明构思主要来源于现有方木锯切工序中，从边角切割要比从表面切割更顺畅，并随着切割深度的增加，从边角切割顺畅度更高，切割面也较平滑，因此本发明首次在硅片多线切割领域提出一种新型的摆动式进料方法，用来提高硅片切割的可控性并提高硅片产品的质量。
附图说明
图1为本发明提出的用于太阳能硅片多线切割机的进料设备的切割结构示意图一（切割的起始位置）；
图2为本发明提出的用于太阳能硅片多线切割机的进料设备的切割结构示意图二（切割的终止位置）；
图3为本发明提出的用于太阳能硅片多线切割机的进料设备的侧视图；
图中：硅块1、支脚条块2、硅胶层201、双面胶条202、支撑板3、磨砂层301、导向轴支座4、摆动驱动轴5、减速箱6、蜗杆段7、蜗轮8、电机轴9、低速电机10、支撑架11、安装板12、限位杆13、切割钢丝14、线辊15、张紧辊16、切割液滴浇头17。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-3，用于太阳能硅片多线切割机的进料设备，包括固定胶接在硅块1一表面两边位置的支脚条块2、固定胶接在支脚条块2远离硅块1一侧面的支撑板3、设置在支撑板3上表面的两组导向轴支座4以及通过两组导向轴支座4架设的摆动驱动轴5，支脚条块2靠近硅块1的一侧面粘结有硅胶层201，硅胶层201表面通过高温胶与硅块1表面密封胶接，支脚条块2远离硅块1的一侧面粘结有双面胶条202，支撑板3靠近硅块1的一侧面均匀涂布有磨砂层301，双面胶条202与磨砂层301紧密贴合，支撑板3远离硅块1的一侧面对称设置有两组导向轴支座4，导向轴支座4的上部开设有光滑孔，且两组导向轴支座4分别设置在摆动驱动轴5的两端位置，摆动驱动轴5两端部的轴壁位置通过平键与导向轴支座4的光滑孔固定套接；摆动驱动轴5的轴向与支脚条块2的长度方向相平行，摆动驱动轴5的中部穿接有减速箱6，减速箱6下部的两侧壁位置分别设有与摆动驱动轴5活动套接的轴承孔，摆动驱动轴5伸入减速箱6内的轴壁部分固定套接有蜗杆段7，蜗杆段7的顶部啮合有蜗轮8，蜗轮8中心通过平键固定套接有电机轴9，电机轴9的轴向与摆动驱动轴5的轴向相互垂直，减速箱6上部的两侧壁位置分别设有电机轴9活动套接的轴承孔，电机轴9一端伸出减速箱6外且连接有低速电机10，减速箱6顶部和低速电机10外壳顶部位置分别通过支撑架11固接在安装板12底面上，安装板12为水平固定设置，安装板12通过螺栓固定在预设安装位置，具体要根据各个车间的空间及布局设计，减速箱6与摆动驱动轴5连接的两外侧壁分别固接有两个限位杆13，摆动驱动轴5摆动过程形成一个扇形区域，限位杆13与摆动驱动轴5平行，限位杆13远离减速箱6的一端穿过扇形区域，任一外侧壁上的其中一个限位杆13设置在扇形区域的右上侧位置，任一外侧壁上的另一个限位杆13设置在扇形区域的左侧位置；硅块1正下方设有切割钢丝14，切割钢丝14由四组呈矩形分布的线辊15架设而成，四组线辊15依次为放线辊、支撑辊I、支撑辊II和收线辊，切割钢丝14的上部为水平线设置，硅块1设置在切割钢丝14水平线的中部位置，切割钢丝14水平线的两端位置分别设有一个张紧辊16，张紧辊16的斜上方设有切割液滴浇头17，两个切割液滴浇头17的出口均朝向切割钢丝14上部，两个切割液滴浇头17沿切割钢丝14水平线的中点呈对称分布。
参照图1-2，导向轴支座4的旋转方向为顺时针，起始位置为水平向下偏转10-15°，终止位置为竖直方向，即导向轴支座4的总偏转角度为75-80°，任一侧的两个限位杆13分别设置在导向轴支座4的起始位置和终止位置，以限制导向轴支座4的偏转角度，即限制了硅块1的进料过程运动空间。
参照图1-2，低速电机10具体是转速为1-2r/min的正反转低速电机。
参照图1-2，蜗轮8与蜗杆段7的传动比为200-300：1。本发明采用传动比较大的蜗轮蜗杆减速结构，使导向轴支座4的摆动速度达到0.0033-0.01r/min左右，即每分钟旋转0.0033-0.01圈，每分钟偏转角度为1.2-3.6°，配合导向轴支座4的总偏转角度75-80°，每块硅块1的切割时间具体是20.8-66.7min，属于较快的切割过程，不同切割厚度的硅块1需要调整，较厚的硅块1应该适当降低硅块1的摆动速度，较薄的硅块1应该适当提高硅块1的摆动速度。
参照图1-2，硅块1具体是棱边经过倒角处理后形成的八棱柱状结构，切割出的硅片为四角经过倒角处理的四边形片状，符合现有大部分现有硅片的标准形状。
本发明还提出用于太阳能硅片多线切割机的硅块进给方法，采用前述的用于太阳能硅片多线切割机的进料设备，包括以下步骤：
a.进料设备布置：根据现有常用多线切割机的布置，切割钢丝14及线辊15设置在一个支撑平台上，该支撑平台四脚通过液压杆升降，此是现有常规技术且不是本发明所要保护的主要结构，故不再赘述；
再通过涂胶并烘干的方式，将硅块1、支脚条块2及支撑板3依次胶接低速电机10，将低速电机10和减速箱6通过支撑架11固接安装板12，将安装板12设置在切割钢丝14水平线的正上方位置，将导向轴支座4套接在摆动驱动轴5两端， 使导向轴支座4位于两组限位杆13之间位置，限定导向轴支座4的起始位置为右侧水平向下偏转10-15°，终止位置为竖直向下，即导向轴支座4的总偏转角度为75-80°；
开启低速电机10，使导向轴支座4向右逆时针旋转至与右侧的限位杆13接触，此为起始位置，再通过液压杆调整切割钢丝14水平线的高度，使终止位置的硅块1顶面高度比切割钢丝14水平线高度小100μm，使切割钢丝14能够全部切断硅块1并有部分切到硅胶层201一定深度，要避免损伤支脚条块2；
b.调试及切割：调整张紧辊16位置，打开切割液滴浇头17通过阀门调整滴速，调整四组线辊15包括放线辊、支撑辊I、支撑辊II和收线辊的转速，调整切割钢丝14正向和反向的往复速度分布，开启低速电机10，使导向轴支座4向左顺时针旋转，至导向轴支座4与左侧的限位杆13接触，此为终止位置；
使切割钢丝14静止，再改变低速电机10转向，使导向轴支座4向右逆时针旋转至起始位置，使切割钢丝14从切口中滑出并对硅片表面进行打磨；
取出测试的硅块1，观察硅片表面的平整度及四边的毛边程度，硅片表面的粗糙度达到0.1μm以下、且无明显毛边，即为合格产品，记录该合格产品的工艺参数，包括张紧辊16位置、切割液滴浇头17的滴速、放线辊、支撑辊I、支撑辊II、收线辊以及低速电机10的转速，在此参数下进行其他硅块1的切割；
c.多线切割后处理：通过低速电机10使导向轴支座4向右逆时针旋转至起始位置，降低切割钢丝14水平线的高度，用切刀将已完成切割的硅块1上的硅胶层201划开，收集粘有硅胶层201的硅片，将其在60℃温水中超声波浸泡5-10min，使硅胶自动脱落，使用吹风机常温下吹干，即得成品硅片；
采用100-150℃的热风机吹拂支脚条块2表面5-10s，再用钢丝刷将支脚条块2表面的硅胶层201刮去，用湿布擦拭并吹干，得到较光滑表面，再通过高温胶在支脚条块2表面粘结新的硅胶层201，并通过高温胶将硅胶层201与新的待切割硅块1胶接，重复步骤b的操作，即完成硅片的多线切割后处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
