La présente invention concerne un dispositif de sciage d'une pièce en matériau dur ou fragile qui comprend une nappe de fils susceptible de se déplacer selon un mouvement continu ou alternatif en appui contre une pièce à scier définissant ainsi une zone de sciage. La zone de sciage étant constituée d'un ensemble de cylindres placés parallèlement.
Ces cylindres, appelés guide-fils, sont gravés avec des gorges définissant l'intervalle entre les fils de la nappe, soit l'épaisseur des pièces à scier.
Le fil est soit recouvert d'un abrasif fixe ou soit alimenté de manière continue avec un abrasif libre généralement en suspension dans un liquide. Le fil sert donc de transporteur aux particules d'abrasif qui elles effectuent le travail de sciage.
On superpose au mouvement alternatif un déplacement lent continu ou par à-coups servant au renouvellement du fil afin d'éviter que le fil ne s'use jusqu'à rupture.Dans le cas d'un mouvement continu, ce renouvellement se fait de manière naturelle. Le taux d'usure va dépendre soit de la vitesse du fil, soit du taux de renouvellement du fil dans le cas d'un mouvement alternatif.
Les résultats de sciage ainsi que les tolérances obtenues sont dépendantes d'une part de l'usure du fil et d'autre part de la pénétration de l'abrasif entre le fil et la pièce à scier. L'usure du fil va dépendre de la longueur sciée ou engagée. Elle dépendra également de la quantité de matière enlevée par unité de longueur ainsi que de l'abrasif utilisé.
Lors de la découpe de pièces de forme non rectangulaire ou carrée, la longueur sciée par la nappe de fils ou longueur engagée varie en fonction de la profondeur de sciage. L'usure du fil va donc varier en fonction de la hauteur sciée induisant dans la forme de la pièce une variation d'épaisseur qui est fonction de la hauteur. Cette variation d'épaisseur peut être suffisamment importante pour que les tolérances données par l'utilisateur soient dépassées.
Des dispositifs de sciage par fil du type précité 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 les nouveaux matériaux tels que GaAs, InP, GGG ou également quartz, saphir synthétique, voire céramique. Le prix élevé de ces matériaux rend le sciage par fil plus attractif comparativement à d'autres techniques comme le sciage par disque diamanté.
La précision des pièces à scier très importante pour des applications électroniques dépend de la position du fil au cours du sciage ainsi que de l'usure de celui-ci. Cette usure si elle n'est pas contrôlée peut mettre en cause la totalité du procédé.
Cette technique de sciage requiert donc un contrôle parfait de l'usure du fil au cours de sciage. En effet, une variation même faible résultera en une tranche soit ayant une forme de lentille convexe ou concave dépendant de la variation de la section de la pièce à scier.
Les exigences des applications en électronique, par exemples liées aux dimensions grandissantes des pièces à scier, nécessitent que même les plus petites variations doivent être évitées. Il ne suffira donc plus de régénérer le fil de manière constante mais de le régénérer de manière variable en fonction de la longueur instantanée engagée, donc de varier le taux de reouvellement du fil.
Le but de l'invention consiste à remédier aux inconvénients précités en permettant au dispositif de sciage de varier le taux de renouvellement du fil. Il faudra donc pour réaliser cette fonction soit le faire de manière électronique à partir d'une commande numérique en introduisant dans celle-ci les équations de la fonction de la forme de la pièce à scier soit le réaliser avec un système de copiage ayant pour modèle une forme identique à la pièce à scier. Cette fonction agira, dans le cas d'un déplacement continu, sur la vitesse du fil et, dans le cas d'un déplacement alternatif, sur le taux de renouvellement. Dans le cas où la longueur engagée est faible, la vitesse ou le taux de renouvellement sera faible alors que dans le cas de grandes longueurs engagées, la vitesse ou le taux de renouvellement sera important.
Cette manière de procèder permet de compenser l'effet de l'usure du fil sur la géométrie des pièces à scier puisque la vitesse ou le taux de renouvellement aura pour effet d'obtenir une usure constante du fil.
Le dispositif de sciage avec contrôle de l'usure du fil, objet de la présente invention, comprend donc un ensemble permettant de faire varier au cours du sciage la vitesse ou le taux de renouvellement du fil en fonction de la hauteur sciée. Cet ensemble pouvant être de nature électronique effectuant des calculs numériques pour déterminer en chaque point les valeurs de la vitesse ou du taux de renouvellement, ou de nature mécanique.
L'utilisation de ce type de dispositif permet de réaliser des pièces de précision accrue.
Les dessins annexés illustrent schématiquement et à titre d'exemple le dispositif en accord avec l'invention.
La fig. 1 illustre en perspective le principe d'application de la présente invention. La pièce à scier 1 est mise en appui contre la nappe de fils 2 par la table-support 3. La longueur engagée 4 varie avec la hauteur sciée 5.
La fig. 2 représente schématiquement un dispositif de sciage pouvant être équipé d'un ensemble de contrôle de l'usure du fil. La pièce à scier 1 fixée sur la table-support 3 est mise en appui contre la nappe de fil 2 supportée par des cylindres guide-fils 8. La vitesse du fil étant asservie à la position de la table-support 3 par un système mécanique à came 6 simulant la longueur engagée, et d'un palpeur 7.
Le fil de sciage formant la nappe de fil entre les cylindres guide-fils est consituée d'acier à ressort d'un diamètre compris entre 0,1 et 0,2 mm afin de scier des blocs de matériaux durs ou exotiques (tels que silicium, céramique, composés III-V, GGG, saphir, etc.) en tranches de 0,1 à 5 mm d'épaisseur environ.
Le dispositif permet par l'utilisation d'un système de contrôle de l'usure du fil tel que décrit de réaliser des pièces dont les variations d'épaisseur sont réduites de manière importante. Par exemple un gain de 10 mu m peut facilement être réalisé.
Naturellement d'autres types d'ensemble peuvent être réalisé pour atteindre le même but notamment la vitesse du fil ou son taux de renouvellement pourrait être asservi à un élément de mesure direct de l'usure du fil, par exemple un système interferométrique à laser ou une mesure mécanique.
The present invention relates to a device for sawing a piece of hard or fragile material which comprises a sheet of wires capable of moving in a continuous or reciprocating movement in abutment against a piece to be sawed, thus defining a sawing zone. The sawing zone consists of a set of cylinders placed in parallel.
These cylinders, called wire guides, are engraved with grooves defining the interval between the wires of the ply, ie the thickness of the parts to be sawn.
The wire is either covered with a fixed abrasive or is fed continuously with a free abrasive generally suspended in a liquid. The wire therefore serves as a conveyor for the abrasive particles which they carry out the sawing work.
A slow continuous or jerky movement used to renew the wire is superimposed on the reciprocating movement to prevent the wire from wearing out until it breaks. In the case of a continuous movement, this renewal is done in a manner natural. The rate of wear will depend either on the speed of the wire, or on the rate of renewal of the wire in the case of a reciprocating movement.
The sawing results as well as the tolerances obtained are dependent on the one hand on the wear of the wire and on the other hand on the penetration of the abrasive between the wire and the workpiece. The wear of the wire will depend on the sawed or engaged length. It will also depend on the quantity of material removed per unit of length as well as the abrasive used.
When cutting pieces of non-rectangular or square shape, the length sawn by the ply of wires or engaged length varies depending on the sawing depth. The wear of the wire will therefore vary as a function of the sawn height, inducing in the shape of the part a variation in thickness which is a function of the height. This variation in thickness may be large enough for the tolerances given by the user to be exceeded.
Wire sawing devices of the aforementioned type are already known, especially in the electronic components, ferrites, quartz and silica industry, for obtaining thin slices of materials such as poly- or monocrystalline silicon or the new materials such as GaAs, InP, GGG or also quartz, synthetic sapphire, even ceramic. The high price of these materials makes wire sawing more attractive compared to other techniques such as diamond disc sawing.
The precision of the parts to be sawed, which is very important for electronic applications, depends on the position of the wire during sawing as well as on its wear. This wear if it is not controlled can jeopardize the entire process.
This sawing technique therefore requires perfect control of the wear of the wire during sawing. Indeed, even a small variation will result in a slice either having the shape of a convex or concave lens depending on the variation of the section of the workpiece.
The requirements of electronic applications, for example linked to the increasing dimensions of the workpieces, require that even the smallest variations must be avoided. It will therefore no longer be sufficient to regenerate the wire constantly but to regenerate it in a variable manner as a function of the instantaneous length engaged, therefore to vary the rate of rewinding of the wire.
The object of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks by allowing the sawing device to vary the rate of renewal of the wire. It will therefore be necessary to carry out this function either to do it electronically from a numerical control by introducing therein the equations of the function of the shape of the workpiece or to carry it out with a copying system having as a model a shape identical to the workpiece. This function will act, in the case of a continuous displacement, on the speed of the wire and, in the case of an alternative displacement, on the rate of renewal. In the case where the length engaged is low, the speed or the rate of renewal will be low whereas in the case of long lengths engaged, the speed or the rate of renewal will be important.
This way of proceeding makes it possible to compensate for the effect of the wear of the wire on the geometry of the parts to be sawed since the speed or the rate of renewal will have the effect of obtaining a constant wear of the wire.
The sawing device with control of the wear of the wire, object of the present invention, therefore comprises an assembly making it possible to vary during sawing the speed or the rate of renewal of the wire as a function of the sawn height. This assembly can be of electronic nature carrying out numerical calculations to determine at each point the values of the speed or the rate of renewal, or of mechanical nature.
The use of this type of device makes it possible to produce parts of increased precision.
The accompanying drawings illustrate schematically and by way of example the device in accordance with the invention.
Fig. 1 illustrates in perspective the principle of application of the present invention. The part to be sawed 1 is pressed against the ply of wires 2 by the support table 3. The engaged length 4 varies with the sawn height 5.
Fig. 2 schematically represents a sawing device which can be equipped with a set for monitoring the wear of the wire. The workpiece 1 fixed on the support table 3 is pressed against the wire ply 2 supported by wire guide cylinders 8. The speed of the wire being controlled by the position of the support table 3 by a mechanical system with cam 6 simulating the engaged length, and a feeler 7.
The saw wire forming the sheet of wire between the wire guide cylinders is made of spring steel with a diameter of between 0.1 and 0.2 mm in order to saw blocks of hard or exotic materials (such as silicon , ceramic, III-V compounds, GGG, sapphire, etc.) in slices approximately 0.1 to 5 mm thick.
The device makes it possible, by the use of a wire wear control system as described, to produce parts whose variations in thickness are significantly reduced. For example, a gain of 10 μm can easily be achieved.
Naturally other types of assembly can be produced to achieve the same goal, in particular the speed of the wire or its renewal rate could be controlled by an element for direct measurement of the wear of the wire, for example an interferometric laser system or mechanical measurement.