摘要：在综合分析国内外太阳能电池硅片切割加工技术总体状况的基础上，论述了多线切割加工的关键技术，并对陕西汉江机床有限公司研制的GK4620数控多线硅片切割机技术状况进行了分析。
1 引言
多线切割技术是目前世界上比较先进的加工技术，它的原理是通过金属丝的高速往复运动，把磨料带入加工区域对工件进行研磨，将棒料或锭件一次同时切割为数百片甚至数千片薄片的一种新型切割加工方法。在切割过程中，钢线通过导向轮的引导、换向，在导丝辊上形成一张线网，锭件慢速通过线网后，便可被切割为片件。多线切割技术与传统加工技术相比有效率高、产能高、精度高等优点，目前被广泛应用于单（多）晶硅、石英、水晶、陶瓷、人造宝石、磁性材料、化合物、氧化物等硬脆材料的切割加工。
2 国外多线切割机的发展状况
国外多线切割设备生产厂家主要有：瑞士的Meyer Burger公司、HCT公司，日本NTC、安永、高鸟公司、不二越机械工业株式会社等。瑞士HCT多线切割机大约2001年进入中国，是最早进入国内的多线切割机，当时每台机器近千万元的身价在单晶硅行业轰动一时。2003年世界光伏产业突然井喷式发展，中国光伏产业迅速崛起， Meyer Burger、安永、高鸟、NTC等公司的多线切割机也趁机打入中国市场。
目前多线切割机在国内的市场占有率及产品优势如表一所示
表一
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生产厂家 项目 |
Meyer Burger |
HCT |
NTC |
安永等 |
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中国市场占有率 |
20% |
10% |
65% |
5% |
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产品优势 |
软件功能 |
产能和制造工艺 |
灵活耐用 |
小机型 |
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主要产品 |
DS260、DS261、DS262、DS264、DS265、 DS271 |
E400SD、E500SD、E500ED－8、E400E－12 |
MNM444B、MWM454B、MWM442DM、PV600、 PV800 |
MWS－48SD，MWS－610，MWS－610SD、FSW－150、 TW－320 |
3 研发国产数控多线硅片切割机的意义
多线切割机制造技术难度大,其核心技术长期被瑞士、日本等国家的极少数公司所垄断, 因而国内使用的多线切割机全部依赖进口，严重制约了我国半导体照明、光伏、集成电路制造等产业的发展。我国每年进口多线切割机约200台以上，而且随着全球光伏产业的不断发展，随着我国光伏产业振兴计划的不断提升，切片机市场需求将会大幅提高，因而，开发具有自主知识产权的多线切割机及装备，已成为突破国外技术封锁和国内产业瓶颈的关键举措。
4 硅片切片加工工艺要求
硅片切片作为硅片加工工艺流程的关键工序，其加工效率和加工质量直接关系到整个硅片生产的全局。对于切片工艺技术的原则要求是：①切割精度高、表面平行度高和厚度误差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小钢丝切缝，降低原材料损耗。④提高切割速度，实现自动化切割。
5 多线切割机的关键技术
（1）高精度排线导轮（导丝辊）多辊同步驱动技术；
（2）恒张力控制技术。钢线保持相对恒定的张紧力，是保证切割表面质量的主要因素；
（3）高精度切割进给伺服控制系统。配合钢线张力自动控制进给系统，保证在不断线的条件下实现切割的高效性；
（4）高精度排线导轮系统的制造及耐用度技术；
（5）自动排线功能。以提高切割线的使用率，节约生产成本。
6 国内多线切割设备状况
国内多线切割设备起步较晚，硅片生产商目前使用的设备主要依靠进口，中国有远见和技术能力的厂家如陕西汉江、无锡开源、上海日进等公司纷纷投入巨资进行研发，经过几年的研制，已有产品投放市场，抵制垄断、替代进口已成现实。
7 国产GK4620数控多线硅片切割机简介
GK4620数控多线硅片切割机是由陕西汉江机床有限公司经过几年的市场调研，反复论证，突破并掌握关键技术而开发成功的大规格高效、高精多线硅片切割设备，加工最大工件横截面可达10″，最大工件长度可达820mm，最大存线量为800km,主驱动功率为2×67KW。
该机床采用工件垂直向下进给，钢线水平移动切割的形式。主要有工件进给机构、切割机构、收放丝机构、排丝机构、张力检测和调节系统、磨料浆液系统、冷却系统、气动系统和电气控制系统组成。
该机床主体全部采用铸铁件，提高了加工稳定性和切割精度；主轴轴承采用水冷气密封的结构形式，运行精度高，使用寿命长。
该机床技术规格参数如表二所示：
表二
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序号 |
名 称 |
参 数 |
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1 |
最大工件横截面 |
220×220mm |
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2 |
最大工件长度 |
820mm |
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3 |
最小晶片厚度 |
0.1mm |
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4 |
最大工作行程 |
300mm |
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5 |
工作进给速度 |
0～10mm/min |
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6 |
快进退速度 |
300mm/min |
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7 |
切割线直径 |
0.1～0.16mm |
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8 |
钢线张力 |
10～35N |
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9 |
主辊直径 |
φ320mm |
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10 |
最大切割线速度 |
15m/s |
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11 |
磨料浆液箱容量 |
360L |
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12 |
进给轴分辨率 |
0.001 |
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13 |
电源总容量 |
150KVA |
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14 |
机床外形（长x宽x高） |
4040×2600×3650mm |
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15 |
机床总重 |
18T |
该机床为SIEMENS SIMOSION控制，共有九个轴，其中有数控轴五个；采用多辊同步驱动及恒张力控制技术，张力控制精度±1N，具有断线报警功能；磨料浆液温度通过热交换器控制，温度控制精度±1°C；带触摸屏键盘的10.4″超大彩色平板监视器，开发友好人机界面，操作简便。
8 结束语
硅片是晶体硅光伏电池技术中成本最昂贵的部分之一。因此，减少硅料消耗、提高切割效率，提高切片质量和机床的可靠性，降低硅片切割生产成本是新一代多线切割机追求的目标。
通过国产数控多线硅片切割机的研制，掌握具有自主知识产权的太阳能光伏产业硅片加工设备制造技术；打破国外技术垄断, 解决晶体硅光伏电池加工中高端配套设备依赖进口的问题，实现硅片加工配套设备国产化生产，满足产业对设备高性能、高精度、高效率、低价位的要求，达到替代进口、节约外汇、降低硅片加工均摊成本，进而降低太阳能电池的造价，推进新能源应用，促进光伏产业快速发展的目的。
索比光伏网 https://news.solarbe.com/201007/13/11909.html
