固结磨料多线切割技术作为一种硬脆材料加工技术,使得硬脆材料的加工变得更为高效。随着光伏太阳能产业的高速发展,平价上网正在成为可能。作为光伏产业的核心原料,硅片切割成为硅材料降低的必由之路。细线切割,薄片化正在成为趋势。而早期的设备在细线化切割中存在的断线高,品质差的现象成为行业发展的障碍。探究固结磨料多线切割机理,确立设备的布局结构,以及设备的关键部件的结构设计,满足60金刚线切割160 μ m片厚的薄硅片。固结磨料细线切割设备的研究具有重大的意义。先进的多线切割设备结构,将有助于细线切割超薄硅片,从而使得整体硅片切割硅耗降低。使得我们资源利用率提高,生产成本降低。其次在当前固结磨料多线切割技术中,我国具有广大的使用市场,通过新设备的研发,打破国外在多线切割技术行业的垄断地位。硬脆材料切割机理的研究,以及金刚线切割主效应的实验研究,明确了钢线跨度、线速度等影响切割的关键因子。从设备结构布局着手,阐述了多线切割设备选取对称布局的原因。通过对切割机架建模,使用Abaqus对建模的机架进行模态分析,对低阶的固有振型与电机频率存在干涉的问题,进行了结构优化,将机架的低阶固有频率从74.47Hz提高到265.88Hz。通过分散功能的设计,设计了大小导轮的结构,小导轮将金刚线支点跨度缩小到280mm,完成了整体机架结构设计。研究设备关键部件导轮的功能,确立了轻量化、小惯量的需求。通过材料比较、受力分析,建立大小导轮结构模型,并对大小导轮进行了有限元分析,完成了0.96kg.m2低惯量的导轮设计。对轴承箱与导轮之间联接方式的研究,确立了需要高定位精度及高刚度的联结方式需求,通过理论分析以及有限元分析,设计完成了具有过定位的锥形轴瓦结构,切割实验表明,过定位的锥形轴瓦结构使得切割良率提高了0.8%,锥形轴瓦在使用260刀后没有出线磨损现象,其使用寿命获得极大提高。通过对绕线系统原理、绕线轮受力分析,设计完成了绕线系统的布局结构及绕线轮设计。对绕线系统中排线机构摆动方案进行比较,设计了以滑轮槽中心为摆动中心的结构设计。通过滑轮的张力损失、使用经济性、钢线的弯曲半径以及对钢线扭转圈数的综合评价,选取160mm直径的滑轮结构。完成了整体的绕线系统结构模型设计。使用60 μ m的细线进行160 μ m片厚的薄片切片试验表明,切割硅片的良率达到94%以上,在薄硅片的关键参数TTV表现优异,其TTV的95%均值置信区间达到11.14-11.29 μ m,过程能力指数PP值达到1.64。高性能固结磨料多线切割设备是多线切割技术的关键,随着对光伏电池成本持续降低的需求,细线化切割薄片技术已是可预见的未来。本文通过对固结磨料切割机理的研究,独创性的提出了分散功能结构设计的大小导轮结构,满足了细线切割小跨度的需求。通过使用60μm的细线进行160 μ m片厚的薄片切片试验及对所切样片进行的电子扫描显微镜微观形貌观察,表明设备切割效果良好,切片表面质量达到预期要求。同时对设备的制程能力进行了分析,在硅片切割中关键控制指标TTV均值为11.2μm,远远优于同类设备的13.8μm。由此确立了设备设计方案的合理性,对光伏电池制造成本降低意义重大。