CH694182A5 - Dispositif de sciage par fil. - Google Patents

Description

  



   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 de ces cylindres guide-fils qui  définissent l'intervalle entre des portions du fil formant au moins  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. 



   Lors de la découpe en tranches fines de la pièce à scier, le fil  tendu est à la fois guidé et tracté par les cylindres guide-fils.  Ces cylindres guide-fils généralement revêtus d'une couche de matériau  synthé-tique sont gravés avec des gorges dont la géométrie et les  dimensions doivent être de 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 portions de fils parallèles dont  la distance entre deux portions de fil consécutif fixe l'épaisseur  des tranches.

   De plus le plan de la nappe de fils forme, dans des  dispositifs connus, un angle fixe généralement perpendiculaire à  la direction de sciage, ce qui peut induire des ondulations et des  stries sur la surface des tranches en cas de mouvement général latéral  de la nappe de fils résultant d'oscillations thermiques par exemple.  Ces ondulations, même de quelques micromètres d'amplitude, suffisent  à rendre inutilisables les tranches pour certaines applications telles  que du silicium pour l'industrie des semi-conducteurs. Les variations  thermiques proviennent de deux causes principales à savoir l'énergie  utilisée pour le sciage proprement dit et l'énergie dissipée dans  les éléments mécaniques telles que les roulements de paliers et notamment  dans les paliers supportant les cylindres guide-fils.

   Or la demande  de l'industrie de produire des machines de plus en plus performantes,  que ce soit en productivité ou en dimensions des pièces à scier,  nécessite des puissances de plus en plus grandes pour le sciage proprement  dit et des éléments mécaniques de plus en plus gros, donc qui dissipent  plus d'énergie. Si donc il n'est pas possible d'éliminer la    dissipation  d'énergie dans l'ensemble de la machine, l'énergie de coupe peut  être contrôlée et récupérée par un système de refroidissement. Par  contre celle générée dans les éléments mécaniques n'est souvent contrôlée  et récupérée que de manière indirecte en raison de la complexité  mécanique des éléments les plus sensibles. Une des causes de réchauffement  des paliers supports des cylindres guide-fils est la grande charge  sur ceux-ci due à la tension de la nappe.

   Celle-ci peut aller jusqu'à  plusieurs tonnes, pour les dispositifs de sciage de grande capacité.  De l'échauffement ainsi provoqué, il en résulte des variations thermiques  et des oscillations thermiques génératrices d'ondulations ou de voilage  des tranches sciées. 



   Des dispositifs de sciage par fil du type précité avec oscillation  de la nappe de fil ou de la pièce à scier sont déjà connus, spécialement  dans l'industrie des composants électroniques des ferrites, des quartz  et silices, pour l'obtention en tranches fines de matériaux tels  que le silicium poly- ou monocristallin ou des nouveaux matériaux  tels que GaAs, InP, GGG ou également le quartz, le saphir synthé-tique,  des matériaux céramiques. Le prix élevé de ces matériaux rend le  sciage par fil plus attractif comparativement à d'autres techniques  comme le sciage par disque diamanté.

   Mais tous les dispositifs proposés  le sont avec des cylindres guide-fils dont la disposition géométrique  entraîne une charge importante sur les paliers et de ce fait provoque  une dissipation d'énergie importante d'où un mauvais contrôle de  la température et par conséquent une précision altérée. 



   La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients  majeurs. Elle possède l'ensemble des caractéristiques données dans  la revendication 1, et est caractérisée par le fait que le dispositif  de sciage comprend deux cylindres guide-fils extérieurs et deux cylindres  guide-fils intérieurs disposés entre les cylindres guide-fils extérieurs  sont le diamètre est plus petit que celui des cylindres guide-fils  intérieurs et par le fait que les cylindres guide-fils extérieurs  sont entraînés en rotation par des organes de motorisation pour effectuer  le déplacement du fil de la nappe de fils, tandis que les cylindres  guide-fils intérieurs assurent une fonction de guidage sans entraînement  du fil    de la nappe de fils, le fil étant enroulé en spirale autour  de l'ensemble des cylindres guide-fils sans croisement de nappe. 



   La combinaison de ces caractéristiques permet de remédier aux inconvénients  précités en séparant la fonction d'entraînement de la nappe de fils  de la fonction de guidage de ladite nappe de fils. Cette séparation  des fonctions peut se faire en plaçant parallèlement et sur un même  plan quatre cylindres guide-fils. Les deux extrêmes servant d'entraînement  et sont donc motorisés en conséquence avec une puissance importante  et les deux intérieurs servant de guidage de la nappe de fils. Ces  deux cylindres guide-fils intérieurs sont ceux qui donnent la précision  des tranches. Comme ils ne sont soumis qu'à des charges très faibles  leurs paliers s'échauffent très peu et de ce fait n'influencent pratiquement  pas l'équilibre thermique local. Il en résulte une meilleure précision  des pièces à scier.

   Lors du sciage avec une nappe de fils parallèles  non croisée, il sera nécessaire que les cylindres guide-fils extérieurs  ou d'entraînement aient un diamètre plus petit que les intérieurs  afin de donner à la nappe de fils une surface de guidage suffisante  pour assurer la précision dudit guidage. 



   Naturellement ces cylindres guide-fils intérieurs peuvent être motorisés  afin de compenser les effets d'inertie dus au poids propre du cylindre  guide-fils, spécialement lors de sciages en va-et-vient. Lors du  sciage en continu, les forces de frottement de la nappe sur les cylindres  guide-fils intérieurs peuvent être suffisantes pour qu'ils soient  entraînés sans motorisation. Dans le cas de motorisation des cylindres  guide-fils intérieurs, cette motorisation de faible puissance ne  doit servir qu'à l'entraînement sans glissement des cylindres guide-fils  et en aucun cas ne servira d'entraînement de la nappe de fils pour  le sciage. Le découplage des fonctions d'entraînement et de guidage  doit impérativement être réalisé.

   Il sera également nécessaire que  les gorges gravées dans les guide-fils de guidage le soient avec  une grande précision, la qualité des tranches en résultant. 



     L'état de surface des pièces obtenues, si il n'est pas contrôlé,  peut mettre en cause la totalité du procédé. Cette technique de sciage  requiert donc en plus une minimalisation des énergies dissipées dans  la zone de sciage afin d'éviter tout mouvement thermique dus à des  dilatations résultant d'énergies dissipées dans des endroits sensibles  tels que les paliers de cylindres guide-fils. La séparation des fonctions  d'entraînement et de guidage tel que proposé dans l'invention permet  de minimiser ces défauts en cours de sciage. Un mauvais contrôle  thermique, même de faible amplitude résultera en des tranches non  acceptables pour les procédés subséquents. 



   Les exigences des applications en électronique, par exemple liées  aux dimensions grandissantes des pièces à scier, nécessitent que  même les plus petites variations doivent être évitées. Il ne suffira  donc plus de scier les tranches sans éliminer les efforts supportés  par les cylindres guide-fils, donc sans séparer les fonctions de  guidage et d'entraînement de la nappe de fils. 



   Le dispositif de sciage avec séparation des fonctions de guidage  et d'entraînement des guide-fils objet de la présente invention permet  de minimiser les variations thermiques dans la zone de sciage, donc  de réaliser des pièces de précision accrue. 



   La disposition géométrique de guide-fils permettant la séparation  des efforts de sciage et des efforts de guidage objet de la présente  invention comprend un ensemble de quatre cylindres guide-fils placés  parallèlement dans un même plan, les cylindres guide-fils extérieurs  donnant les efforts de sciage ayant un diamètre plus petit que les  intérieurs assurant le guidage. De plus, lors d'une utilisation en  va-et-vient les guide-fils de guidage intérieurs peuvent être également  motorisés afin d'éviter les glissements qui pourraient résulter dus  à l'inertie de ceux-ci. On s'arrangera dans ce cas pour qu'il n'y  ait pas de glissement lors des accélérations et des décélérations  entre le fil de la nappe de fils et la surface des cylindres guide-fils  de guidage.

   L'utilisation de ce type de dispositif permet de réaliser  des pièces de précision accrue. 



     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.      La fig. 1 est  une vue latérale schématique de ce mode d'exécution.     La fig.  2 représente schématiquement une vue de dessus de ce mode d'exécution.     La fig. 3 est une vue en perspective de ce mode d'exécution.     La fig. 4 représente schématiquement un dispositif connu.                                                              



   En référence aux fig. 1 à 3, le dispositif de sciage comprend un  ensemble de quatre cylindres guide-fils 1 à 4 montés sur un châssis  8 et placés parallèlement avec leur axe disposé dans un même plan.  Les cylindres guide-fils extérieurs 1, 2 possèdent un diamètre D1  plus petit que le diamètre D2 des cylindres guide-fils intérieurs  3, 4. 



   Le fil 5, déroulé d'une bobine débitrice non illustrée, est ensuite  enroulé en spirale autour des quatre cylindres en passant successivement  sur l'ensemble des côtés inférieurs et ensuite supérieurs de ces  cylindres pour former une nappe de fils 6 parallèles dans une zone  de sciage 7. Le fil est alors récupéré dans un dispositif adéquat  non illustré, tel qu'une bobine réceptrice ou un bac de récupération.                                                          



   Une pièce à scier 10, telle qu'un lingot en matériau dur ou fragile,  est montée sur une table de travail 11 et mis en appui au moyen d'une  colonne coulissante motorisée 15 contre la nappe de fils 6 dans la  zone d'usinage 7, qui comprend une nappe de fils non croisée. 



   La périphérie des cylindres guide-fils 1 à 4 est gravée avec des  gorges définissant l'intervalle entre des portions de fils voisines  de la nappe de fils 6, donc l'épaisseur des tranches sciées. Le fil  est tendu et à la fois guidé et tracté par les cylindres guide-fils  extérieurs. Il est soit recouvert d'un abrasif fixe soit alimenté  de manière    continue avec un abrasif libre généralement en suspension  dans un liquide et sert donc de transporteur aux particules d'abrasif  qui effectuent le travail de sciage. 



   Le fil peut être animé d'un mouvement continu ou alternatif en va-et-vient.                                                    



   Les deux cylindres guide-fils extérieurs 1 et 2 sont en prise avec  un moteur puissant schématiquement indiqué en 12. Ces cylindres guide-fils  extérieurs servent donc de moyens d'entraînement 14 pour le fil.  Au contraire les cylindres guide-fils intérieurs 3, 4 de diamètre  plus grand que les extérieurs n'entraînent pas le fil mais servent  exclusivement de moyens de guidage 16. Dans le cas d'un déplacement  suivant une direction unique du fil 5, ces cylindres guide-fils intérieurs  3, 4 ne sont normalement pas motorisés et tournent en roue libre  en étant entraînés par la nappe de fils. 



   Lorsque les cylindres guide-fils extérieurs 1, 2 impriment au fil  5 un déplacement alternatif en va-et-vient, les cylindres guide-fils  intérieurs 3, 4 peuvent être motorisés non pas pour l'entraînement  du fil, mais afin d'éviter les glissements relatifs entre fils et  cylindres guide-fils qui pourraient résulter des changements de direction  de rotation et de l'inertie des cylindres guide-fils intérieurs 3,  4. La motorisation auxiliaire 18 plus faible de ces cylindres guide-fils  intérieurs 3, 4 est alors agencée de façon à supprimer tout glissement  lors des accélérations et des décélérations entre les fils de la  nappe de fils et la surface des cylindres guide-fils intérieurs 3,  4. 



   Lors d'un sciage en continu, les forces de frottement de la nappe  de fils sur les cylindres guide-fils intérieurs 3, 4 peuvent être  suffisantes pour que ces derniers soient entraînés sans motorisation.  Dans le cas de motorisation 18 des cylindres guide-fils inté-rieurs,  cette motorisation 18 de faible puissance ne doit servir qu'à l'entraînement  sans glissement des cylindres guide-fils intérieurs et en aucun cas  ne servira d'entraînement de la nappe de fils 6 pour le sciage. La  séparation des fonctions d'entraînement et de guidage parmi les cylindres  guide-fils 1 à 4 est ainsi impérativement réalisée. 



     Cette configuration avec deux cylindres guide-fils extérieurs  1, 2 motorisée avec une puissance importante et jouant le rôle de  moyens d'entraînement et avec deux cylindres guide-fils intérieurs  3, 4 servant de guidage de la nappe de fils, permet d'obtenir une  grande précision de sciage. Les cylindres guide-fils intérieurs 3,  4 sont ceux qui donnent la précision des tranches. Comme ils ne sont  soumis qu'à des charges très faibles, leurs paliers s'échauffent  très peu et de ce fait n'influencent pratiquement pas l'équilibre  thermique local. Il en résulte une meilleure précision des tranches  sciées. 



   La fig. 4 illustre un dispositif de sciage connu avec deux cylindres  guide-fils 1, 2 motorisés. La force résultante TR de la traction  T de la nappe de fils 6 sur le palier des cylindres est 



   



   TR = 2T 



   



   Cette force résultante est donc très élevée et engendre un échauffement  des paliers et des pièces environnantes, ce qui provoque des perturbations  et déformations thermiques, donc des ondulations et stries sur la  surface des tranches obtenues. 



   Dans le cas de la configuration selon la présente invention (fig.  1), la force résultante TRe sur les paliers des cylindres guide-fils  extérieurs est 



   



   TRe = 2T cos alpha 



   où - T est la traction exercée par la nappe de fils -  alpha  est l'angle d'inclinaison que fait la nappe de fils entre les cylindres  guide-fils extérieurs et intérieurs avec un plan passant par les  axes des cylindres guide-fils; 



   
EMI8.1
 



   où - L est la distance séparant les axes des cylindres guide-fils  intérieurs et extérieurs. 



   La force résultante TRi agissant sur les paliers des cylindres guide-fils  intérieurs est 



   



   TRi = 2T (1 - cos alpha ) = 2T sin<2> alpha /2 



   



   donc 



   



   TRi " TRe pour alpha petit 



   



   Considérant que l'angle  alpha  est petit, par exemple de l'ordre  de 2 à 15 DEG , la force résultante TRi exercée sur les paliers des  cylindres guide-fils intérieurs est beaucoup plus petit que celle  TRe rencontrée au niveau des cylindres guide-fils extérieurs, par  exemple inférieur à 15% et avantageusement inférieur à 5% de TRe.                                                              



   L'échauffement des paliers des cylindres guide-fils intérieurs 3,  4 est donc très faible. Il en résulte une précision accrue des pièces  sciées. 



   Lors du sciage avec une nappe de fils non croisée, comme c'est le  cas dans la présente invention, il est nécessaire que le diamètre  D1 des cylindres guide-fils extérieurs et d'entraînement soit plus  petit que celui D2 des cylindres guide-fils intérieurs et de guidage,  afin de donner à la nappe de fils une surface de guidage suffisante  permettant d'assurer cette fonction de guidage. Le rapport D1/D2  pourrait typiquement être de 0,75 et comprise entre 0,5 et 0,9. 



     Tel que le montrent les fig. 2 et 3, le fil est agencé sur les  cylindres guide-fils extérieurs et intérieurs de façon non croisée  avec un même intervalle, ce qui permet d'augmenter encore la précision  des pièces sciées. Tous les fils de la nappe de fils de la présente  invention se déplacent à un moment donné suivant une même direction  de déplacement, ce qui peut être avantageux dans certains cas par  rapport à des dispositifs à nappes croisées dans lesquels des fils  voisins des nappes de fils se déplacent suivant des directions opposées,  ce qui peut induire des déformations de cisaillement dans des tranches  fines de certains matériaux très délicats, sujets à une formation  rapide de dislocation. 



   Il est bien entendu que le mode de réalisation décrit ci-dessus ne  présente aucun caractère limitatif et qu'il peut recevoir toutes  modifications désirables à l'intérieur du cadre tel que défini par  la revendication 1. En particulier, les valeurs des diamètres D1  et D2 des cylindres et de la longueur L pourraient être différentes  et pourraient présenter des rapports mutuels différents. Les axes  des cylindres pourraient être légèrement décalés et ne pas se trouver  dans un même plan. La nappe de fils inférieure pourrait également  être utilisée pour le sciage. On pourrait ainsi avoir pour la nappe  supérieure et inférieure deux ou davantage de tables de sciage. Sur  chaque table, une ou plusieurs pièces à scier pourraient être fixées.  Les cylindres extérieurs peuvent être entraînés par un seul moteur  ou deux moteurs.

Claims (6)

1. Dispositif de sciage par fil comprenant des cylindres guide-fils (1 à 4) supportant un fil (5) maintenu en position grâce à des gorges prévues sur la surface de ces cylindres guide-fils qui définissent l'intervalle entre des portions du fil formant au moins une nappe de fils (6), le fil étant susceptible de se déplacer selon un mouvement alternatif ou continu en appui contre au moins une pièce à scier (10), caractérisé par le fait qu'il comprend deux cylindres guide-fils extérieurs (1, 2) et deux cylindres guide-fils intérieurs (3, 4) disposés entre les cylindres guide-fils extérieurs dont le diamètre est plus petit que celui des cylindres guide-fils intérieurs et par le fait que les cylindres guide-fils extérieurs (1, 2) sont entraînés en rotation par des organes de motorisation pour effectuer le déplacement du fil de la nappe de fils,

tandis que les cylindres guide-fils intérieurs (3, 4) assurent une fonction de guidage sans entraînement du fil de la nappe de fils, le fil étant enroulé en spirale autour de l'ensemble des cylindres guide-fils sans croisement de nappe.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les axes des cylindres guide-fils extérieurs et intérieurs sont arrangés dans un plan.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les cylindres guide-fils extérieurs (1, 2) sont entraînés par une motorisation de puissance (12), tandis que les cylindres guide-fils intérieurs sont reliés à une motorisation (18) auxiliaire plus faible destinée à éviter un glissement du fil de la nappe de fils sur la surface des cylindres guide- fils intérieurs.

4.

Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les cylindres guide-fils intérieurs tournent en roue libre.

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que les diamètres (D1) des cylindres guide-fils extérieurs et ceux (D2) des cylindres guide-fils intérieurs, ainsi que la distance (L) séparant l'axe de chaque cylindre guide-fils intérieur de l'axe du cylindre guide-fils extérieur correspondant sont choisis de façon que la force résultante (TRi) de la traction (T) de la nappe de fils sur les cylindres guide-fils intérieurs est inférieure à 15% de celle (TRe) agissant sur les cylindres guide-fils extérieurs, et de préférence inférieure à 5%.

6.

Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la nappe de fils (6) fait entre les cylindres guide-fils extérieurs et intérieurs un angle de 2 à 15 DEG avec le plan passant par les axes des cylindres guide-fils (1 à 4).