石英晶体多线切割机罗拉转轴轴承密封设计

摘要：为防止油砂进入罗拉转轴轴承，针对石英晶体多线切割机的工作特点，对轴承密封问题进行分析，并创造性地运用组合密封方案，设计了一种有效防止油砂进入轴承的防砂装置，并通过实际操作论证，有效地解决了石英晶体多线切割机轴承进砂的问题。

关键词：罗拉　轴承　防砂　密封

一、引言

由于罗拉轴在切割过程中连续受到油砂的喷洒，如果高硬度的细金刚砂进入轴承内部，轴承则很快磨损。因此，轴承的密封问题较为突出，防止砂液进入轴承内部是罗拉轴结构设计的关键技术之一。如果采用一般的动密封装置进行密封，不但会产生大量的摩擦热，最大的缺点是在金刚砂的研磨下，密封处会很快磨损。传统单一的密封技术难以有效地实现密封效果。笔者在多线切割机的研发过程中，通过对其工作特性的分析，综合利用各种机械密封技术，较好地解决了这一问题。实践证明，组合密封的设计方案结构简单、效果良好，满足了设备的使用要求。

二、石英晶体多线切割机的切割原理及其构造

本文仅以本公司自行研发的　X2118石英晶体多线切割机为例对其原理和构造进行介绍。

1.切割原理

根据上述所述：多线切割机是以高速运动的钢线为载体，以　SiC颗粒（砂浆）为切割刃，通过石英晶体与钢线的相对运动实现对石英晶体的切割加工，以获得一定几何形状的石英晶片。

砂浆是按一定比例的SiC颗粒和悬浮液充分搅拌而配置的。SiC形状为多菱体，颗粒度为　1000～1500目。悬浮液为油性介质。喷淋装置将砂浆喷淋到切割钢线上，并通过过滤系统重复使用。

2.设备构造

X2118多线切割机主要有罗拉切割系统、工作台进给系统、收放线系统、排线装置、风冷水冷机组和控制柜等所组成。

三、轴承座密封的特点和要求

1.运转速度时间

2.罗拉轴工艺系统的刚性必需满足要求

可以看出，前、主轴承座在工作时无轴向载荷。但系统要承受几百根张力大于　20N钢线的拉紧和大面积切割力的作用，还有槽轮本身的重量　M；槽轮不平衡引起的离心力　F；因此，在设计时要考虑主轴、轴承、罗拉架等相关零部件的承载能力，防止由于在张力和切割力的作用下，使罗拉轴工艺系统产生微小变形，影响切割精度。

3.轴承的防砂技术

前、主轴承座面临的问题除了必须考虑连续工作引起的温升以外，还存在一个防止砂浆侵入、减少轴承寿命，并随时可能终止切割的问题——即密封的问题。多线切割必须使用切割砂浆工艺辅料。切割砂浆是用极细的SiC颗粒（　1000～1500目）和油性悬浮液充分搅拌配置而成。进一步分析石英晶体的切割过程我们可以发现，石英晶体的切割过程实际上一个集　SiC颗粒对石英晶体的切削、磨削、研磨的一个复合过程。切割形成的片屑是一种比SiC颗粒更为细小的颗粒，它们混合到切割液中。这种由SiC、悬浮液和片屑组成的切割液极易渗入轴承等各个运动部件中，并对相应部位发生研磨作用，加速该运动部件的失效。

3.实验结果表明，设备在切割一段时间以后，拆卸轴承座时发现以下问题：

3.1在轴承座与前后端盖结合面处有砂浆侵入，致使更换槽轮拆卸轴承座时困难，每次拆卸都要花一定的时间清洗。说明用　O形密封圈不能起到良好的密封效果。

3.2轴承座内部均有砂浆侵入，致使轴承和前轴磨损，造成槽轮安装后径向跳动超差，轴承报废，切割不能进行。砂浆侵入的主通道是后端盖与轴之间的间隙处。说明采用气压密封和迷宫式组合密封方案不能达到良好的密封效果。密封效果差的根本原因还是在切割过程中，飞溅的砂浆（细小的　SiC颗粒）和片屑渗透能力强，上述密封方案不能满足要求。

4.前轴承座密封的改进型设计

4.1气压密封

气体从轴承座与罗拉架的结合面处通过气孔进入，通过环形槽将气体输送到后端盖4的气孔处，与防砂环5之间形成气压密封。这样就形成一个有一定压力的气腔，再次，对后端盖4稍作修改，增加一个甩油环，与迷宫密封形成双重防护，砂浆更不易侵入。在工作时压缩空气的不间断供给，气腔将砂浆阻挡。气体从左右两侧的泻出，也有助于对砂浆的阻碍。

4.2轴承密封

旋转密封圈至于后端盖4与挡板8之间，由于前轴承3采用圆柱滚子轴承，能进行轴向移动，所以当拧紧拉杆6时，旋转密封圈正好处于合适的位置，VD形橡胶密封圈的唇舌部分与端盖紧密结合，该处形成有一定压力的气腔。端盖与轴承座径向之间毕竟存在间隙，工作时压缩气体从该处排出并阻碍砂浆的侵入，从而达到密封的目的。

5.密封效果的验证

通过样机实际使用效果来看，前、主轴承箱均采用上述改进型的组合密封方案后，实现了结构简单、密封效果好、拆卸方便的设计效果。

6.密封的工艺性设计

石英晶片多线切割机前主轴承的组合密封设计，一是要合理地确定迷宫槽的结构尺寸，二是要保证气道的畅通，三是利用旋转密封圈良好的密封特性。气道布局在罗拉架和轴承座上，采用电火花加工其通道，工艺口在电火花加工后用工艺螺钉和密封胶将其工艺端部密封。气嘴采用管螺纹联接形式。

五、结束语

本文所介绍的石英晶体多线切割机前、主轴承箱组合密封方式，综合利用了密封元件、迷宫和气压密封技术，结构简单，密封效果好，维修方便，完全满足产品使用要求。

参考文献

[1]欧阳桥桢，周木林，胡根平.硅片多线切割机轴承箱组合密封设计[J].机械工程师　2012.10

[2]金建华，林海波，数控多线切割机床高精度罗拉轴的关键技术研究[J].制造业自动化.2012.2.

[3]　金建华，林海波，蔡文辉.高精度石英晶体多线切割机的研制[J].组合机床与自动化加工技术.2010.8.

[4]靳永吉.D　X　Q-601型多线切割机关键技术研究[J].电子工业专用设备.2008.8.

[5]靳永吉.线锯切割失效机理的研究[J].电子工业专用设备.　2006，24.

[6]多线切割机的现状及发展[J].电子工业专用设备.2008.10.