RU2612112C2

RU2612112C2 - Abrasive wire

Info

Publication number: RU2612112C2
Application number: RU2015118040A
Authority: RU
Inventors: Андрей Иванович Деменик; Григорий Иванович Деменик
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные материалы"
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2017-03-02
Also published as: RU2015118040A

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: invention relates to abrasive tools, intended for cutting into plates stone-like materials of high hardness (more than 8 on Mohs scale), for example, sapphire, used in production of electronic devices. Abrasive wire comprises long metal bearing base with cutting diamond layer in form of grains of working diamonds, distributed in peripheral layer attached to base. Metal bearing base is made undulating with size of working diamonds in rage of one grain fraction, that is, in diamonds of one fraction are used in making diamond wire.

EFFECT: higher efficiency of cutting process and low cost thereof.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к абразивному инструменту, предназначенному для разрезания на пластины камнеобразных материалов, преимущественно повышенной твердости (более 8 по шкале Мооса), например, сапфиров, широко применяемых при производстве электронных приборов.The invention relates to an abrasive tool intended for cutting stone-like materials, mainly of increased hardness (more than 8 on the Mohs scale) into plates, for example, sapphires widely used in the manufacture of electronic devices.

Известна круглая в сечении волнообразно стуктуризированная проволока, применяемая преимущественно для разрезания материала с твердостью ниже 8 по шкале Мооса [1].Known round in cross section wave-like structured wire, used mainly for cutting material with a hardness below 8 on the Mohs scale [1].

Процесс резания с использованием данной проволоки заключается в следующем.The cutting process using this wire is as follows.

На проволоку, движущуюся в продольном направлении, подается абразивная суспензия, состоящая из жидкости и абразивных частиц (в том числе алмазных) высокой твердости размером 5-30 мкм.An abrasive slurry consisting of a liquid and abrasive particles (including diamond) of high hardness 5-30 μm in size is fed to a wire moving in the longitudinal direction.

Однако данный инструмент не эффективен для резания материалов с твердостью выше 8, так как при резании материала такой твердости требуется прилагать на проволоку высокое давление и при этом разрушаются частицы абразива, а не разрезаемая заготовка.However, this tool is not effective for cutting materials with a hardness higher than 8, since when cutting a material of such hardness it is required to apply high pressure to the wire and at the same time the abrasive particles are destroyed, and not the cut workpiece.

Известна также абразивная проволока, содержащая длинномерную металлическую несущую основу и режущий алмазный слой, выполненный в виде прикрепленного к основе периферийного слоя и распределенных в нем зерен рабочих алмазов [2].Also known is an abrasive wire containing a long metal bearing base and a cutting diamond layer, made in the form of a peripheral layer attached to the base and distributed in it grains of working diamonds [2].

Она представляет собой круглую в сечении проволоку из высокопрочной стали твердостью 3400-4100 Н/мм² диаметром 100-300 мкм с нанесенным по спирали алмазным слоем. Как правило, режущий алмазный слой выполняют толщиной 10-60 мкм из природных или синтетических алмазов размером 20-120 мкм на гальванической (никель или никель-кобальт) связке.It is a round in cross section wire of high-strength steel with a hardness of 3400-4100 N / mm ^{2 and a} diameter of 100-300 microns with a diamond layer applied in a spiral. As a rule, the cutting diamond layer is made with a thickness of 10-60 microns from natural or synthetic diamonds with a size of 20-120 microns on a galvanic (nickel or nickel-cobalt) bond.

Принцип резания с использованием такой проволоки заключается в том, что движущаяся в продольном направлении со скоростью 1-20 м/с проволока, на которую подается охлаждающая жидкость, царапает алмазами разрезаемый материал в зоне их соприкосновения.The principle of cutting using such a wire is that the wire moving in the longitudinal direction at a speed of 1-20 m / s, to which the coolant is supplied, scratches the cut material with diamonds in the zone of their contact.

Преимуществом данного инструмента является возможность резания материала с одновременной резкой до 4000 пропилов путем создания из одной проволоки необходимого количества витков вокруг направляющих втулок.The advantage of this tool is the ability to cut the material while cutting up to 4000 cuts by creating from the same wire the required number of turns around the guide bushings.

Однако применение указанного инструмента для материалов с твердостью более 8 по шкале Мооса является неэффективным, так как при резке в работе находится большое количество алмазов и для эффективной работы требуется создавать большое давление, что достигается увеличением натяжения проволоки. Для предотвращения в этом случае ее обрыва следует увеличивать ее диаметр, что ведет к увеличению ширины пропила, а следовательно, и уменьшению количества готовых изделий.However, the use of this tool for materials with a hardness of more than 8 on the Mohs scale is ineffective, because when cutting, a large number of diamonds are in operation and for effective work it is necessary to create a large pressure, which is achieved by increasing the wire tension. To prevent its breakage in this case, its diameter should be increased, which leads to an increase in the width of the cut, and, consequently, to a decrease in the number of finished products.

К тому же указанный инструмент имеет высокую стоимость из-за сложности изготовления спирального слоя алмазного покрытия, что исключает его широкое промышленное использование.In addition, this tool has a high cost due to the complexity of manufacturing a spiral layer of diamond coating, which excludes its wide industrial use.

Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении эффективности и уменьшении стоимости процесса разрезания камнеобразных материалов повышенной твердости (более 8 по шкале Мооса).The result, to which this technical solution is directed, is to increase the efficiency and reduce the cost of the process of cutting stone-like materials of increased hardness (more than 8 on the Mohs scale).

Указанный результат достигается за счет того, что у абразивной проволоки, содержащей длинномерную металлическую несущую основу и режущий алмазный слой, выполненный в виде прикрепленного к основе периферийного слоя и распределенных в нем зерен рабочих алмазов, металлическая несущая основа выполнена волнообразной.This result is achieved due to the fact that for an abrasive wire containing a long metal bearing base and a cutting diamond layer made in the form of a peripheral layer attached to the base and working diamond grains distributed therein, the metal bearing base is made wavy.

Размер рабочих алмазов выполнен в диапазоне размера одной фракции зерна, а амплитуда А волны волнообразной проволоки выполнена больше номинального размера фракции.The size of the working diamonds is made in the range of the size of one grain fraction, and the amplitude A of the wave of the wave-like wire is larger than the nominal size of the fraction.

Пример выполнения заявляемого устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена абразивная проволока, на фиг. 2 - разрез Б-Б, на фиг. 3 - место В.An example of the implementation of the inventive device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows an abrasive wire, in FIG. 2 - section BB, in FIG. 3 - place B.

Абразивная проволока 1 содержит длинномерную (протяженную) металлическую несущую основу 2 и режущий алмазный слой в виде зерен рабочих алмазов 3, распределенных в прикрепленном к основе периферийном слое 4. Металлическая несущая основа выполнена волнообразной.The abrasive wire 1 contains a long (extended) metal supporting base 2 and a cutting diamond layer in the form of grains of working diamonds 3 distributed in a peripheral layer attached to the base 4. The metal supporting base is made wavy.

Размер рабочих алмазов выполнен в диапазоне размера одной фракции зерна, то есть при изготовлении алмазной проволоки применяют алмазы одной фракции. Размер фракции для изготовления алмазной проволоки выбирают в зависимости от разрезаемого материала и требований к резке.The size of the working diamonds is made in the size range of one fraction of the grain, that is, in the manufacture of the diamond wire, diamonds of one fraction are used. The size of the fraction for the manufacture of diamond wire is selected depending on the material being cut and the cutting requirements.

Металлическую несущую основу выполняют круглого сечении из высокопрочной стали твердостью 3400-4100 Н/мм². Как правило, периферийный слой выполняют на гальванической (никель или никель-кобальт) связке, а также на органической (полимерной) связке.The metal supporting base is made of a circular cross-section of high-strength steel with a hardness of 3400-4100 N / mm ² . As a rule, the peripheral layer is performed on a galvanic (nickel or nickel-cobalt) bond, as well as on an organic (polymer) bond.

Процесс резки материала с использованием данной алмазной проволоки заключается в следующем.The process of cutting material using this diamond wire is as follows.

Алмазную проволоку перемещают в продольном направлении со скоростью 1-30 м/с и на нее подают охлаждающую жидкость. Рабочие алмазы 6, размещенные на ее поверхности в зоне перегиба 7, царапают разрезаемую заготовку 5 в зоне их соприкосновения. Шлам от прорезаемого материала скапливается в полости между разрезаемой заготовкой и изгибами проволоки и выносится при перемещении проволоки.The diamond wire is moved in the longitudinal direction at a speed of 1-30 m / s and coolant is supplied to it. Working diamonds 6, placed on its surface in the bend zone 7, scratch the cut workpiece 5 in the area of their contact. Slurry from the material to be cut is accumulated in the cavity between the cut workpiece and the bends of the wire and is discharged when the wire is moved.

При износе рабочих алмазов 6 и периферийного слоя 4 алмазной проволоки, проволока, опускаясь, немного растягивается. При этом постепенно, по мере износа алмазов 6 в зоне перегиба 7, включаются в работу соседние рабочие алмазы 8, что создает эффект «самозаточки» проволоки и обеспечивает возможность в процессе эксплуатации использовать подавляющее большинство рабочих алмазов. Это достигается за счет того, что размер рабочих алмазов выполнен в диапазоне размера одной фракции зерна, а амплитуда А волны волнообразной проволоки выполнена больше номинального размера фракции зерна.When the working diamonds 6 and the peripheral layer 4 of the diamond wire are worn, the wire descends slightly stretches. In this case, gradually, as diamonds 6 wear out in the bend zone 7, neighboring working diamonds 8 are included in the work, which creates the effect of “self-sharpening" of the wire and makes it possible to use the vast majority of working diamonds during operation. This is achieved due to the fact that the size of the working diamonds is made in the range of the size of one grain fraction, and the amplitude A of the wave of the wave-like wire is larger than the nominal size of the grain fraction.

Высокая скорость резания обеспечивается за счет того, что за счет волнообразного профиля алмазной проволоки появляется возможность создавать большие удельные давления на разрезаемую заготовку без увеличения натяжения проволоки. Это увеличивает глубину царапин и соответственно скорость резания за счет объемного разрушения материала, то есть процесс резки становится менее энергозатратным.High cutting speed is provided due to the fact that due to the wave-like profile of the diamond wire, it becomes possible to create large specific pressures on the cut workpiece without increasing the wire tension. This increases the depth of scratches and, accordingly, the cutting speed due to volumetric destruction of the material, that is, the cutting process becomes less energy-intensive.

Возможность создания больших удельных давлений на разрезаемую заготовку без увеличения натяжения проволоки позволяет также снижать потери разрезаемого материала, а, следовательно, увеличивать выход годных пластин, так как возникает возможность применять меньший диаметр проволоки, а толщина пропила зависит от диаметра проволоки и размера режущего алмазного слоя.The ability to create large specific pressures on the workpiece being cut without increasing the wire tension also reduces the loss of the material being cut, and, therefore, increases the yield of the wafers, since it is possible to use a smaller wire diameter, and the cut thickness depends on the wire diameter and the size of the cutting diamond layer.

Повышение эффективности резки обеспечивается эффективным выносом шлама от прорезаемого материала в полости между разрезаемой заготовкой и изгибами проволоки, что дает возможность увеличить скорость перемещения проволоки, а также одновременной резки до 4000 пропилов путем создания из одной проволоки необходимое количество витков вокруг направляющих втулок, в том числе и заготовок любой твердости с габаритами до 1 м.Improving the cutting efficiency is ensured by the effective removal of sludge from the material being cut in the cavity between the cut workpiece and the bends of the wire, which makes it possible to increase the speed of movement of the wire, as well as simultaneous cutting up to 4000 cuts by creating from the same wire the required number of turns around the guide bushings, including blanks of any hardness with dimensions up to 1 m.

Уменьшение расхода проволоки происходит за счет того, что в зону резания обеспечивается поступление большого количества охлаждающей жидкости, исключающей перегрев режущего алмазного слоя и соответственно его разрушения, а также от эффекта «самозаточки» проволоки.The decrease in wire consumption occurs due to the fact that a large amount of coolant is supplied to the cutting zone, which excludes overheating of the cutting diamond layer and, accordingly, its destruction, as well as from the effect of "self-sharpening" of the wire.

Таким образом, данное техническое решение позволит:Thus, this technical solution will allow:

- повысить эффективность процесса разрезания камнеобразных материалов повышенной твердости (более 8 по шкале Мооса);- increase the efficiency of the process of cutting stone-like materials of increased hardness (more than 8 on the Mohs scale);

- уменьшить стоимость процесса резки;- reduce the cost of the cutting process;

- увеличить выход годных изделий при разрезании материала на пластины.- increase the yield of products when cutting material into plates.

Источники информацииInformation sources

1. Патент WO 2013/135895 А1, МПК B23D 61/18, 19.09.2013.1. Patent WO 2013/135895 A1, IPC B23D 61/18, 09/19/2013.

2. Патент РФ на полезную модель №91924, МПК B26D1/547, 2009.2. RF patent for utility model No. 91924, IPC B26D1 / 547, 2009.

Claims

Абразивная проволока, содержащая длинномерную металлическую несущую основу с режущим алмазным слоем, выполненным в виде прикрепленного к основе периферийного слоя с распределенными в нем зернами рабочих алмазов, отличающаяся тем, что использованы рабочие алмазы с размером зерна, выбранным из размерного диапазона одной фракции зерна, а длинномерная несущая основа выполнена волнообразной с амплитудой волны, превышающей номинальный размер зерна из упомянутого размерного диапазона.An abrasive wire containing a long metal bearing base with a cutting diamond layer made in the form of a peripheral layer attached to the base with working diamonds grains distributed in it, characterized in that working diamonds with a grain size selected from the size range of one grain fraction are used, and long the supporting base is made wavy with a wave amplitude exceeding the nominal grain size from the mentioned size range.