La présente invention concerne un dispositif de sciage par fil comprenant des cylindres guide-fils supportant un fil maintenu en position grâce à des gorges prévues sur la surface desdits cylindres guide-fils qui définissent l'intervalle entre les fils d'une nappe de fils, le fil étant susceptible de se déplacer selon un mouvement alternatif ou continu en appui contre au moins une pièce à scier fixée sur au moins une table support.
On connaît de tels dispositifs pour la découpe en tranches fines d'une pièce à scier, dans lesquels le fil tendu est à la fois guidé et tracté par les cylindres guide-fils. Ces cylindres guide-fils généralement revêtus d'une couche synthétique sont gravés avec des gorges dont la géométrie et les dimensions doivent être d'une grande précision. Le fil est enroulé en spirale autour des cylindres guide-fils et forme entre deux cylindres guide-fils au moins une nappe de fils parallèles dont la distance entre deux fils consécutifs fixe l'épaisseur des tranches. En raison de l'enroulement en spirale, tous les fils de la nappe de fils se déplacent parallèlement générant un effort perpendiculaire à l'avance de la table support et induisant des efforts de cisaillement et de torsion sur le mécanisme de tenue de la pièce à scier.
Ces efforts sont fonction de la vitesse de sciage et des dimensions de la pièce à scier et peuvent aller jusqu'à l'arrachage de la pièce à scier de son support. Les tensions produites à la base de la pièce à scier induisent des déformations qui après sciage se retrouvent sous forme d'un voilage des tranches obtenues. De plus, le plan de la nappe de fils est dans les dispositifs connus généralement perpendiculaire à la direction de sciage, ce qui peut induire des ondulations sur la surface des tranches en cas de mouvement général de la nappe de fils résultant d'oscillations thermiques par exemple. Ces ondulations, même de quelques micromètres, suffisent à rendre les tranches inutilisables pour certaines applications telles que du silicium pour l'industrie des semi-conducteurs.
Le revêtement des cylindres guide-fils subit d'autre part une usure importante du fait de l'action des grains d'abrasifs, il est donc avantageux de pouvoir rationaliser au mieux le nombre de pièces sciées avant le changement et/ou le retaillage de ce revêtement. Dans les dispositifs connus, on utilise généralement au moins deux cylindres guide-fils pour une pièce à scier unique disposée entre deux guide-fils consécutifs, ce qui résulte dans un rapport élevé du nombre de cylindres guide-fils à changer ou à retailler sur le nombre de pièces sciées. Or, les arrêts de production pour changer ou retailler les cylindres guide-fils influencent considérablement la productivité et le coût de fabrication.
En outre, en utilisant uniquement une pièce à scier disposée entre deux guide-fils le rendement par machine est relativement bas.
Le but de la présente invention consiste à remédier aux inconvénients précités et le dispositif selon l'invention est caractérisé à cet effet par le fait qu'il comprend n cylindres guide-fils arrangés en série les uns à la suite des autres, n étant un nombre entier supérieur à 2, l'enroulement du fil autour des cylindres guide-fils étant agencé de façon à générer entre des cylindres guide-fils voisins deux nappes de fils qui se croisent selon une ligne avec un angle de croisement non nul et de façon à obtenir au moins (n-1) croisements de nappes de fils, au moins (n-1) pièces à scier étant susceptible d'être appliquées contre les nappes de fils croisés, sensiblement au voisinage de leur croisement, les nappes de fils croisées étant tendues en ligne directe entre deux cylindres guide-fils pour former une structure en X.
Par ces caractéristiques, on obtient un nombre considérable d'avantages simultanés. Au lieu d'avoir un rapport nombre de cylindres guide-fils sur nombre de pièces à scier égal à 2, ce rapport peut être réduit considérablement, à savoir à 1,5, 1,33, 1,25, resp. 1,2 pour 3, 4, 5, resp. 6 cylindres guide-fils, étant donné que les cylindres guide-fils non externes servent au sciage de deux pièces simultanément. On obtient donc un rapport usure du revêtement des cylindres guide-fils sur nombre de pièces sciées de plus en plus petit et avantageux. Il est bien entendu que le nombre de cylindres guide-fils ne peut être augmenté indéfiniment à cause des problèmes d'encombrement général. Etant donné que le dispositif est capable de scier plusieurs pièces simultanément, on obtient un gain de productivité considérable.
Simultanément on profite des avantages importants liés aux nappes de fils croisées. Le croisement des nappes améliorera le problème des ondulations puisque celles-ci ne seront plus parallèles mais seront angulairement différentes de part et d'autre des tranches obtenues, ce qui peut réduire, simplifier, voire supprimer les opérations subséquentes de lappage ou de rectification. Il est particulièrement important de relever que dans cette configuration, les efforts de cisaillement induits sur les supports par les deux nappes ayant des directions angulaires différentes de la direction de sciage, donc de l'avance des tables support, sont considérablement réduits.
De plus, la position angulaire des nappes de fils par rapport au déplacement des tables support, donc des pièces à scier, diminue la pression de coupe sur la surface des pièces à scier et permet ainsi une plus grande vitesse de découpe, augmentant du même coup la productivité du dispositif de sciage par fil. L'angle de croisement nécessaire entre les nappes doit être d'au moins 20 DEG si l'on veut obtenir un effet de croisement sensible. Toutefois, au-delà de 90 DEG le temps de découpe commence à diminuer l'intérêt économique des nappes croisées.
Du fait que les nappes de fils croisées sont tendues en ligne directe entre des cylindres guide-fils voisins pour former une structure en X, donc sans passer par un organe de guidage tel qu'un cylindre de guidage ou de déviation, on obtient un angle de croisement élevé des nappes et un très bon alignement et un parallélisme optimal des fils d'une nappe. L'invention permet donc de réaliser un dispositif de sciage par fil performant ayant une productivité élevée, une usure réduite, une précision moyenne accrue par la diminution des défauts géométriques et la diminution des tensions internes dans les pièces à scier en cours de sciage.
Selon un mode d'exécution avantageux, les cylindres guide-fils sont arrangés dans un plan et les tables support sont actionnées par un organe de commande commun.
Par ces caractéristiques, on obtient un arrangement particulièrement simple et efficace qui ne nécessite qu'un seul organe de commande.
Selon une variante, chaque table support est susceptible d'être déplacée individuellement vers les nappes de fils croisés ou en s'éloignant de celles-ci par des moyens d'actionnement électriques, pneumatiques, hydrauliques, magnétiques et/ou manuels.
Cette disposition permet le sciage précis de pièces à scier de différentes dimensions.
Dans ces variantes, les centres des axes des cylindres guide-fils peuvent être arrangés selon une disposition non rectiligne, y compris circulaire.
Ces caractéristiques permettent de réduire l'encombrement général en ce qui concerne la largeur du dispositif entier.
D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détail à l'aide de dessins qui représentent schématiquement et à titre d'exemple un mode d'exécution et des variantes.
La fig. 1 illustre en perspective un mode d'exécution de l'invention.
La fig. 2 illustre une variante avec quatre cylindres guide-fils.
La fig. 3 illustre une seconde variante.
Les fig. 4 et 5 sont des vues schématiques de l'arrangement des cylindres guide-fils dans deux autres variantes.
Le mode d'exécution illustré à la fig. 1 comprend trois cylindres guide-fils 4 d'une machine ou d'un dispositif de sciage par fil. De manière générale, le fil 2 est déroulé d'une bobine débitrice 7 entraînée par un moteur 8, agencé sur les cylindres guide-fils 4 et ensuite rembobiné sur une bobine réceptrice 9 entraînée par un moteur 10. Les cylindres guide-fils 4 supportent le fil 2 et le maintiennent grâce à des gorges prévues sur leur surface. Le fil est susceptible de se déplacer selon un mouvement alternatif ou continu.
L'enroulement du fil sur et autour des trois cylindres guide-fils est particulier et génère entre deux guide-fils voisins deux nappes de fils 12 qui se croisent selon une ligne 6 avec un angle de croisement beta non nul, supérieur à 20 DEG . On obtient ainsi pour n cylindres guide-fils, (n-1) croisements de nappes de fils 12, n étant un nombre entier supérieur à 2, dans le cas de la fig. 1, n est égal à 3. (n-1) = 2 pièces à scier sont susceptibles d'être appliquées par (n-1) tables support 3 contre les nappes de fils croisées au voisinage de leur croisement.
Il est à noter que les nappes de fils croisées 12 sont tendues en ligne droite et directe sans être déviées par un quelconque organe de guidage entre deux cylindres guide-fils 4 voisins pour former une structure en X dont l'angle de croisement 8 est supérieur à 20 DEG et est fixé de préférence entre 20 et 90 DEG .
Chaque table support 3 est susceptible d'être déplacée individuellement suivant deux directions opposées 5 grâce à un moteur d'actionnement électrique 14. D'autres moteurs ou moyens d'actionnement pneumatiques, hydrauliques, magnétiques ou manuels pourront également être prévus.
Les cylindres guide-fils 4 sont arrangés dans ce mode d'exécution parallèlement les uns aux autres dans un plan.
La variante illustrée à la fig. 2 diffère du précédent mode d'exécution par le fait qu'elle comprend quatre cylindres guide-fils 4 et trois pièces à scier 1 appliquées contre trois croisements de nappes par trois tables support 3. Ces dernières sont entraînées individuellement suivant les directions 5 par des mécanismes à vis et crémaillère 15 actionnés par des moteurs 16.
La variante représentée à la fig. 3 diffère de la précédente par le fait que les tables support 3 sont actionnées simultanément par un organe de commande commun 18. Ce dernier comprend une barre de liaison 19 reliant les trois tables support 3. Un moteur 20 entraîne cette barre de liaison et les trois tables support 3 suivant les directions opposées 5 grâce à un seul mécanisme à vis et crémaillère 21.
Les variantes schématiquement et partiellement montrées aux fig. 4 et 5 présentent des cylindres guide-fils 4 qui ne sont pas arrangés dans un plan, mais dont le centre 22 des faces des cylindres guide-fils 4 sont disposés selon une configuration non rectiligne, y compris circulaire.
Dans le cas de la variante de la fig. 4, les trois cylindres guide-fils 4 occupent une configuration triangulaire. En outre, le cylindre guide-fils central 4a est monté de façon mobile sur une plaquette 24. Ainsi, par déplacement de ce cylindre central 4a suivant la direction 25, il est possible de varier l'angle de croisement beta entre les nappes de fils croisées 12. Ce déplacement pourra être effectué par tous moyens manuels, électriques, pneumatiques ou hydrauliques.
La variante illustrée à la fig. 5 comprend cinq cylindres guide-fils 4 arrangés de façon équidistante suivant une disposition circulaire. Il est à noter que dans toutes les variantes décrites le sens de rotation de tous les cylindres guide-fils 4 est choisi de façon que les fils de deux nappes associées 12 sont déplacés suivant des directions sensiblement opposées. Les forces agissant sur les pièces à scier se compensent donc en grande partie.
Le fil de sciage formant les nappes croisées de fils 2 entre les cylindres guide-fils 4 est constitué d'acier à ressort d'un diamètre compris entre 0,1 et 0,2 mm afin de scier des blocs de matériaux durs ou de composition plus particulière, tels que silicium, céramique, composés des éléments des groupes III-V, GGG (Grenat à Gadolinium-Gallium), saphir, etc., en tranches de 0,1 à 5 mm d'épaisseur environ. L'agent abrasif est un produit du commerce et peut être du diamant, du carbure de silicium, de l'alumine, etc., sous forme fixée au fil ou sous forme libre en barbotine.
Le concept de nappes de fils à croisement multiple permet d'obtenir un nombre étonnant d'avantages conjoints et simultanés:
- usure réduite des cylindres guide-fils pour un nombre donné de pièces à scier;
- gain de productivité;
- meilleure qualité des tranches obtenues;
- amélioration du problème des ondulations;
- efforts de cisaillement diminués;
- vitesse de découpe plus grande.
Il est bien entendu que les modes de réalisation décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils peuvent recevoir toutes modifications désirables à l'intérieur du cadre tel que défini par la revendication 1. En particulier, d'autres types d'arrangements géométriques des cylindres guide-fils peuvent être envisagés, telles des dispositions en carré, en polygones, etc.
The present invention relates to a wire sawing device comprising wire guide cylinders supporting a wire held in position by means of grooves provided on the surface of said wire guide cylinders which define the interval between the wires of a web of wires, the wire being capable of moving in an alternating or continuous movement in abutment against at least one part to be sawn fixed on at least one support table.
Such devices are known for cutting into thin slices of a workpiece, in which the tensioned wire is both guided and pulled by the wire guide cylinders. These wire guide cylinders generally coated with a synthetic layer are engraved with grooves whose geometry and dimensions must be of great precision. The wire is wound in a spiral around the wire guide cylinders and forms between two wire guide cylinders at least one layer of parallel wires whose distance between two consecutive wires fixes the thickness of the slices. Due to the spiral winding, all the wires in the wire layer move in parallel generating a force perpendicular to the advance of the support table and inducing shearing and twisting forces on the workpiece holding mechanism. cut.
These forces are a function of the sawing speed and the dimensions of the workpiece to be sawn and can go as far as tearing off the workpiece from its support. The tensions produced at the base of the workpiece induce deformations which after sawing are found in the form of a veiling of the slices obtained. In addition, the plane of the ply of wires is in known devices generally perpendicular to the sawing direction, which can induce undulations on the surface of the wafers in the event of general movement of the ply of wires resulting from thermal oscillations by example. These undulations, even a few micrometers, are enough to make the wafers unusable for certain applications such as silicon for the semiconductor industry.
The coating of the thread guide cylinders is also subject to significant wear due to the action of the abrasive grains, it is therefore advantageous to be able to rationalize as best as possible the number of sawn parts before the change and / or the resizing of this coating. In known devices, at least two wire guide cylinders are generally used for a single sawing piece disposed between two consecutive wire guides, which results in a high ratio of the number of wire guide cylinders to be changed or resized on the number of pieces sawn. However, production stoppages to change or resize the wire guide cylinders considerably influence productivity and manufacturing cost.
In addition, using only a sawing piece arranged between two wire guides the efficiency per machine is relatively low.
The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks and the device according to the invention is characterized for this purpose by the fact that it comprises n wire guide cylinders arranged in series one after the other, n being a whole number greater than 2, the winding of the wire around the wire guide cylinders being arranged so as to generate between adjacent wire guide cylinders two plies of wire which cross along a line with a non-zero crossing angle and so to obtain at least (n-1) crosses of plies of wires, at least (n-1) pieces to be sawed being capable of being applied against the plies of crossed wires, substantially in the vicinity of their crossing, the plies of crossed wires being stretched in a direct line between two wire guide cylinders to form an X-shaped structure.
By these characteristics, a considerable number of simultaneous advantages are obtained. Instead of having a ratio of number of wire guide cylinders to number of pieces to be sawed equal to 2, this ratio can be reduced considerably, namely to 1.5, 1.33, 1.25, resp. 1.2 for 3, 4, 5, resp. 6 wire guide cylinders, since the non-external wire guide cylinders are used for sawing two pieces simultaneously. There is therefore obtained a wear ratio of the coating of the wire guide cylinders on the number of sawn parts that is smaller and more advantageous. It is understood that the number of wire guide cylinders cannot be increased indefinitely because of the problems of general bulk. Since the device is capable of sawing several pieces simultaneously, a considerable productivity gain is obtained.
At the same time, we take advantage of the significant advantages linked to the crossed plies of wires. The crossing of the sheets will improve the problem of corrugations since they will no longer be parallel but will be angularly different on either side of the slices obtained, which can reduce, simplify, even eliminate the subsequent operations of picking or rectification. It is particularly important to note that in this configuration, the shearing forces induced on the supports by the two plies having angular directions different from the sawing direction, therefore the advance of the support tables, are considerably reduced.
In addition, the angular position of the plies of wire with respect to the movement of the support tables, therefore of the workpieces, decreases the cutting pressure on the surface of the workpieces and thus allows greater cutting speed, increasing at the same time the productivity of the wire sawing device. The crossing angle required between the layers must be at least 20 DEG if a sensitive crossing effect is to be obtained. However, beyond 90 DEG the cutting time begins to decrease the economic interest of the cross webs.
Because the crossed plies of wires are stretched in a direct line between neighboring wire guide cylinders to form an X-shaped structure, therefore without passing through a guide member such as a guide or deflection cylinder, an angle is obtained high crossover of the sheets and very good alignment and optimal parallelism of the threads of a sheet. The invention therefore makes it possible to produce a high-performance wire sawing device having high productivity, reduced wear, average precision increased by the reduction in geometric defects and the reduction in internal stresses in the parts to be sawed during sawing.
According to an advantageous embodiment, the wire guide cylinders are arranged in a plane and the support tables are actuated by a common control member.
By these characteristics, a particularly simple and effective arrangement is obtained which requires only one control member.
According to a variant, each support table can be moved individually towards the plies of crossed wires or away from them by electrical, pneumatic, hydraulic, magnetic and / or manual actuation means.
This arrangement allows the precise sawing of workpieces of different dimensions.
In these variants, the centers of the axes of the wire guide cylinders can be arranged in a non-rectilinear arrangement, including circular.
These characteristics make it possible to reduce the overall size as regards the width of the entire device.
Other advantages emerge from the characteristics expressed in the dependent claims and from the description setting out the invention below in more detail with the aid of drawings which schematically represent, by way of example, an embodiment and variants.
Fig. 1 illustrates in perspective an embodiment of the invention.
Fig. 2 illustrates a variant with four wire guide cylinders.
Fig. 3 illustrates a second variant.
Figs. 4 and 5 are schematic views of the arrangement of the wire guide cylinders in two other variants.
The embodiment illustrated in FIG. 1 comprises three wire guide cylinders 4 of a machine or a wire sawing device. Generally, the wire 2 is unwound from a supply reel 7 driven by a motor 8, arranged on the thread guide cylinders 4 and then rewound on a take-up reel 9 driven by a motor 10. The thread guide cylinders 4 support the wire 2 and maintain it by means of grooves provided on their surface. The wire is liable to move in an alternating or continuous movement.
The winding of the wire on and around the three wire guide cylinders is particular and generates between two adjacent wire guides two plies of wires 12 which intersect along a line 6 with a non-zero beta crossing angle, greater than 20 DEG. We thus obtain for n wire guide cylinders, (n-1) crosses of plies of wires 12, n being an integer greater than 2, in the case of FIG. 1, n is equal to 3. (n-1) = 2 pieces to be sawed are likely to be applied by (n-1) support tables 3 against the plies of crossed wires in the vicinity of their crossing.
It should be noted that the plies of crossed wires 12 are stretched in a straight and direct line without being deflected by any guide member between two neighboring wire guide cylinders 4 to form an X-shaped structure whose crossing angle 8 is greater at 20 DEG and is preferably set between 20 and 90 DEG.
Each support table 3 can be moved individually in two opposite directions 5 thanks to an electric actuation motor 14. Other pneumatic, hydraulic, magnetic or manual motors or actuation means may also be provided.
The wire guide cylinders 4 are arranged in this embodiment parallel to each other in a plane.
The variant illustrated in FIG. 2 differs from the previous embodiment by the fact that it comprises four wire guide cylinders 4 and three sawing pieces 1 applied against three crosses of plies by three support tables 3. The latter are driven individually in the directions 5 by screw and rack mechanisms 15 powered by motors 16.
The variant shown in fig. 3 differs from the previous one by the fact that the support tables 3 are actuated simultaneously by a common control member 18. The latter comprises a link bar 19 connecting the three support tables 3. A motor 20 drives this link bar and the three support tables 3 in opposite directions 5 thanks to a single screw and rack mechanism 21.
The variants schematically and partially shown in FIGS. 4 and 5 have wire guide cylinders 4 which are not arranged in a plane, but the center 22 of the faces of the wire guide cylinders 4 are arranged in a non-rectilinear configuration, including circular.
In the case of the variant of FIG. 4, the three wire guide cylinders 4 occupy a triangular configuration. In addition, the central wire guide cylinder 4a is movably mounted on a plate 24. Thus, by displacement of this central cylinder 4a in the direction 25, it is possible to vary the angle of beta crossing between the plies of wires 12. This movement may be carried out by any manual, electrical, pneumatic or hydraulic means.
The variant illustrated in FIG. 5 comprises five wire guide cylinders 4 equidistantly arranged in a circular arrangement. It should be noted that in all the variants described the direction of rotation of all the thread guide cylinders 4 is chosen so that the threads of two associated plies 12 are moved in substantially opposite directions. The forces acting on the workpieces therefore largely offset each other.
The saw wire forming the crossed plies of wires 2 between the wire guide cylinders 4 is made of spring steel with a diameter of between 0.1 and 0.2 mm in order to saw blocks of hard materials or of composition more particular, such as silicon, ceramic, compounds of the elements of groups III-V, GGG (Garnet with Gadolinium-Gallium), sapphire, etc., in slices of 0.1 to 5 mm thick approximately. The abrasive agent is a commercial product and can be diamond, silicon carbide, alumina, etc., in a form fixed to the wire or in free form in a slip.
The concept of multiple crossover plies of wire provides an astonishing number of joint and simultaneous advantages:
- reduced wear of the wire guide cylinders for a given number of parts to be sawed;
- productivity gain;
- better quality of the slices obtained;
- improvement of the ripple problem;
- reduced shear forces;
- higher cutting speed.
It is understood that the embodiments described above are in no way limiting and that they can receive any desirable modifications within the framework as defined by claim 1. In particular, other types of geometric arrangements of the wire guide cylinders can be envisaged, such as arrangements in a square, in polygons, etc.