Il existe depuis quelques années des scies à fil diamanté qui utilisent un fil métallique fin. Ce fil a été diamanté, par exemple mécaniquement (voir brevet EP 0 081 697). La couche diamantée permet d'usiner n'importe quelle matière plus tendre que le diamant, avec une grande précision. L'utilisation d'un fil sans fin, c'est-à-dire en boucle, exigerait que les deux extrémités du fil fussent soudées l'une à l'autre. Une telle soudure constituerait un point faible sujet à une rapide érosion et exposé à la cassure.
On a donc préféré utiliser un fil fixé par ses deux extrémités à un tambour cylindrique autour duquel le fil est enroulé dans une gorge hélicoïdale, analogue à un filetage en vis. Une partie du fil s'éloigne du tambour et passe autour d'une poulie, puis revient s'enrouler autour du cylindre. La rotation du tambour, qui tourne alternativement dans un sens puis dans l'autre, par inversion des pôles d'un moteur électrique qui le meut, donne au fil un mouvement de va-et-vient. Un poids, solidaire de la poulie, donne au fil la tension voulue. En raison du filetage en vis ménagé sur le tambour autour duquel le fil s'enroule, il y a un déplacement latéral du fil parallèlement à l'axe du tambour.
Afin de conserver à la coupe une direction rectiligne par rapport à la pièce à scier, le tambour se déplace donc parallèlement à son axe en fonction du pas du filetage et de sa propre rotation.
Le fait que le fil est très fortement tendu donne une grande précision à la coupe. La vitesse de coupe est cependant relativement faible. En effet, la pièce est poussée contre le fil. On essaie d'éviter que le fil fasse un coude, et de maintenir un angle à 90 degrés entre le fil et la direction de l'avance de la pièce à scier. La poussée est donc limitée, ce qui limite également la vitesse de coupe. Les scies à fil sont donc fort appréciées pour leur précision dans des domaines où celle-ci est fort importante, mais où la vitesse l'est beaucoup moins. C'est donc dans le domaine de la recherche et du développement, et dans celui du contrôle de la qualité, que de telles scies sont utilisées en général. Elles permettent en effet de découper à peu près n'importe quelle manière et, dans ces domaines, le temps de coupe n'a guère d'importance.
La présente invention vise à fournir un procédé d'utilisation d'une scie à fil, notamment diamantée, qui accélère notablement la vitesse de coupe et permette une utilisation mieux adaptée à la production industrielle.
L'invention est définie dans les revendications.
Les dessins montrent sommairement l'état actuel de la technique et, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'invention.
La fig. 1 est une vue latérale schématique d'une scie à fil telle qu'elle est utilisée actuellement.
La fig. 2 est une vue latérale moins schématique d'une scie utilisée selon l'invention, et dépourvue de chariot mobile.
La fig. 3 est une vue de face de la scie représentée à la fig. 2.
La fig. 4 est une vue latérale schématique d'une scie à fil avec une pièce à scier, dans la phase précédant le sciage, la pièce étant placée selon l'invention.
La fig. 5 est également une vue latérale schématique d'une scie à fil et d'une pièce à scier, la pièce ayant été déplacée pour entrer en contact avec le fil, de façon que la phase de sciage commence.
La fig.
6 est une troisième vue latérale d'une scie à fil et d'une pièce à scier, la pièce à scier étant poussée plus avant contre le fil, le fil faisant ainsi un coude autour de la pièce à scier.
La fig. 7 est une vue latérale d'une pièce dans laquelle le fil a ménagé une entaille, selon la technique actuelle.
La fig. 8 est une vue de dessus d'une pièce dans laquelle le fil a pénétré selon la technique objet de l'invention.
Selon la technique actuelle représentée aux fig. 1 et 7, la pièce à scier 1, fixée à un support 9 reposant lui-même sur un plateau mobile 10, est mue en direction du fil 2 de la scie. Le fil 2 est fixé par ses deux extrémités à un tambour rotatif 4. Le tambour présente une gorge hélicoïdale 13, analogue à un filetage en vis, visible à la fig. 3. Le fil est enroulé autour du tambour et ses spires se placent dans la gorge hélicoïdale. Une spire du fil s'écarte du tambour et passe autour d'une poulie 5. Un poids 11 assure la tension nécessaire du fil. Dans les fig. 2 et 3, le poids 11 est simplement celui de la poulie, de son axe et de son support 14. Dans le modèle de scie des fig. 2 et 3, le support 14 de l'axe de la poulie 5 glisse verticalement le long d'une arrête 15 à section en queue d'aronde.
A la fig. 1, le mouvement du plateau lui est donné par un poids 12 attaché au bout d'un filin dont l'autre extrémité est fixée au plateau. Le poids 12 est calculé de façon que la force exercée par la pièce 1 sur le fil 2 ait la grandeur souhaitée. Comme cela est mentionné plus haut, on évite de donner une poussée trop forte au plateau mobile, afin que le fil 2 reste droit. De plus, la pièce 1 à scier est placée à l'extérieur de l'espace délimité par le fil 2, le tambour 4 et la poulie 5.
Dans le modèle de scie représenté aux fig. 2 et 3, la pièce à scier 1 est collée avec de la cire à une barre 16 qui a un coefficient de dilatation à peu près identique à celui de la pièce à scier. La barre 16 est elle-même enserrée dans des mâchoires 17 solidaires du support 9. Le support 9 est fixé sur une base 20 par l'intermédiaire d'une arête 21 à section en queue d'aronde. Le support 9 peut ainsi coulisser le long de l'arête 21 en direction du fil 2. Il n'y a pas de poids 12 pour mouvoir le support 9. La vitesse du mouvement du support 9 vers le fil 2 peut donc varier. Ce mouvement peut être donné par tout dispositif mécanique, comme par exemple un moteur électrique, mais il est tout à fait approprié de pousser le support simplement à la main.
Dans le procédé selon l'invention, représenté aux fig. 2 à 6 et 8, la pièce à scier 1 est placée à l'intérieur de l'espace défini par le fil 2, le tambour 4 et la poulie 5. De préférence, la pièce a une section ronde, au moins à l'endroit où le fil doit passer, et des dimensions qui lui permettent d'être insérée dans l'espace délimité par le tambour 4, le fil 2 et la poulie 5 sans toucher au fil 2 lorsque celui-ci est tendu. Ce cas est représenté aux fig. 2 et 4.
Dans une première phase de sciage, représentée à la fig. 5, la pièce 1 est poussée d'abord légèrement contre le fil 2, de façon à permettre au fil d'entamer la pièce sans dévier. Une fois le sciage amorcé, la poussée sur la pièce est augmentée. Le fil forme alors un coude autour de la zone 3 de contact entre la pièce 1 et le fil 2.
La pièce est poussée de préférence de façon que les deux parties du fil 6 et 7 qui restent droites de part et d'autre de la zone de contact 3 forment entre elles un angle prononcé. De préférence, la pièce 1 est poussée au-delà de la position initiale 8 du fil au moment où aucune pression n'était exercée sur lui, c'est-à-dire au moment où il ne formait pas de coude. En d'autres termes, la pièce à scier est poussée de façon à se trouver, au moins en phase finale de sciage, entièrement à l'extérieur de l'espace qui était délimité par le tambour 4, la poulie 5 et le fil 2 au moment où ce dernier ne subissait aucune pression.
La position donnée à la pièce 1 accroît considérablement la pression exercée par le fil sur la zone de contact 3. En effet, tant que le fil reste droit, comme c'est le cas dans la technique actuellement pratiquée et représentée à la fig. 1, la force de traction exercée par le poids 11 demeure verticale. Elle est nulle horizontalement. Par contre, lorsque le fil fait un coude, la traction exercée par le fil se décompose en une force verticale et une force horizontale, cette dernière étant d'autant plus grande que l'angle est plus prononcé.
L'avantage de la forte pression exercée par le fil sur la zone 3 de contact est illustré par les fig. 7 et 8. On voit à la fig. 7, qui illustre la technique actuelle, le fil 2, avec ses pointes de diamant 18, qui a pratiqué une fente dans la pièce 1. Les copeaux 19 tombent verticalement dans la direction du fil 2. Il y a donc toujours des copeaux entre le fil et les parois de la fente, ce qui freine l'effet du fil diamanté sur la pièce à scier. La fig. 8 illustre le procédé selon l'invention: la pression exercée contre la pièce 1 par le fil 2, en direction de la flèche, empêche les copeaux de rester et de s'accumuler entre la zone de contact 3 et le fil 2. La pression donne aux copeaux un mouvement circulaire autour du fil et les pousse dans la partie de la fente déjà pratiquée par le fil. Un liquide de coupe peut les évacuer aisément.
Le fait que le fil forme un coude favorise également la chute des copeaux et leur éloignement du fil.
Il s'ensuit en pratique que le temps de sciage est divisé par un facteur qui peut aller jusqu'à dix, selon les essais réalisés.
Une fois la pièce 1 placée en position extrême, on la bloque de préférence dans cette position.
La pression exercée par le fil sur la zone de contact 3 diminue à mesure que le fil progresse dans la pièce 1. En effet, la pièce restant immobile, l'angle entre les parties 6 et 7 du fil diminue, de sorte que la composante horizontale de la force diminue également. Au moment où le sciage arrive à son terme, le fil est presque vertical et la pression notablement diminuée, ce qui évite un arrachement de la dernière partie à scier. Cela représente un avantage sérieux si la pièce à scier est friable, ce qui est par exemple le cas du silicium utilisé en électronique.
L'avance du fil dans la pièce à scier se fait par le fil lui-même, grâce au poids 11. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir un dispositif spécial pour assurer cette avance.
De même, le fil se guide par lui-même, pour la même raison.
Dans le présent texte, les termes "tambour" et "poulie" désignent tous deux toute pièce rotative permettant respectivement d'enrouler ou de faire passer autour d'elle le fil de la scie.
Diamond wire saws have been used for a few years which use a fine metal wire. This wire has been diamond-coated, for example mechanically (see patent EP 0 081 697). The diamond layer allows machining any material softer than diamond, with great precision. The use of an endless wire, that is to say in a loop, would require that the two ends of the wire be welded to each other. Such a weld would constitute a weak point subject to rapid erosion and exposed to breakage.
It was therefore preferred to use a wire fixed by its two ends to a cylindrical drum around which the wire is wound in a helical groove, similar to a screw thread. Part of the wire moves away from the drum and passes around a pulley, then comes back to wrap around the cylinder. The rotation of the drum, which rotates alternately in one direction then in the other, by reversing the poles of an electric motor which moves it, gives the wire a back and forth movement. A weight, integral with the pulley, gives the thread the desired tension. Due to the screw thread on the drum around which the wire is wound, there is a lateral movement of the wire parallel to the axis of the drum.
In order to keep the cutting direction rectilinear with respect to the workpiece, the drum therefore moves parallel to its axis depending on the thread pitch and its own rotation.
The fact that the wire is very tightly tensioned gives great precision to the cut. The cutting speed is however relatively low. Indeed, the part is pushed against the wire. We try to avoid the wire bending, and to maintain a 90 degree angle between the wire and the direction of advance of the workpiece. The thrust is therefore limited, which also limits the cutting speed. Wire saws are therefore highly valued for their precision in areas where it is very important, but where speed is much less. It is therefore in the field of research and development, and in that of quality control, that such saws are used in general. They allow cutting in almost any way and, in these areas, the cutting time does not matter.
The present invention aims to provide a method of using a wire saw, in particular a diamond saw, which notably accelerates the cutting speed and allows a use which is better suited to industrial production.
The invention is defined in the claims.
The drawings briefly show the current state of the art and, by way of example, an embodiment of the invention.
Fig. 1 is a schematic side view of a wire saw as it is currently used.
Fig. 2 is a less schematic side view of a saw used according to the invention, and devoid of a mobile carriage.
Fig. 3 is a front view of the saw shown in FIG. 2.
Fig. 4 is a schematic side view of a wire saw with a part to be sawn, in the phase preceding sawing, the part being placed according to the invention.
Fig. 5 is also a schematic side view of a wire saw and a workpiece, the workpiece having been moved to come into contact with the wire, so that the sawing phase begins.
Fig.
6 is a third side view of a wire saw and a workpiece, the workpiece being pushed further against the wire, the wire thus making an elbow around the workpiece.
Fig. 7 is a side view of a part in which the wire has made a notch, according to the current technique.
Fig. 8 is a top view of a part into which the wire has penetrated according to the technique which is the subject of the invention.
According to the current technique shown in Figs. 1 and 7, the workpiece 1, fixed to a support 9 itself resting on a movable plate 10, is moved in the direction of the wire 2 of the saw. The wire 2 is fixed by its two ends to a rotary drum 4. The drum has a helical groove 13, similar to a screw thread, visible in FIG. 3. The wire is wrapped around the drum and its turns are placed in the helical groove. A turn of the wire moves away from the drum and passes around a pulley 5. A weight 11 ensures the necessary tension of the wire. In fig. 2 and 3, the weight 11 is simply that of the pulley, its axis and its support 14. In the saw model of FIGS. 2 and 3, the support 14 of the axis of the pulley 5 slides vertically along a stop 15 with a dovetail section.
In fig. 1, the movement of the plate is given to it by a weight 12 attached to the end of a rope whose other end is fixed to the plate. The weight 12 is calculated so that the force exerted by the part 1 on the wire 2 has the desired magnitude. As mentioned above, we avoid giving too much thrust to the movable plate, so that the wire 2 remains straight. In addition, the part 1 to be sawed is placed outside the space delimited by the wire 2, the drum 4 and the pulley 5.
In the saw model shown in fig. 2 and 3, the workpiece 1 is glued with wax to a bar 16 which has a coefficient of expansion almost identical to that of the workpiece. The bar 16 is itself enclosed in jaws 17 integral with the support 9. The support 9 is fixed to a base 20 by means of an edge 21 of dovetail section. The support 9 can thus slide along the edge 21 in the direction of the wire 2. There is no weight 12 for moving the support 9. The speed of movement of the support 9 towards the wire 2 can therefore vary. This movement can be given by any mechanical device, such as for example an electric motor, but it is entirely appropriate to push the support simply by hand.
In the method according to the invention, shown in FIGS. 2 to 6 and 8, the workpiece 1 is placed inside the space defined by the wire 2, the drum 4 and the pulley 5. Preferably, the workpiece has a round section, at least at the place where the wire must pass, and dimensions which allow it to be inserted in the space delimited by the drum 4, the wire 2 and the pulley 5 without touching the wire 2 when the latter is stretched. This case is shown in Figs. 2 and 4.
In a first sawing phase, shown in FIG. 5, the part 1 is first lightly pushed against the wire 2, so as to allow the wire to enter the part without deviating. Once sawing has started, the thrust on the workpiece is increased. The wire then forms an elbow around the zone 3 of contact between the part 1 and the wire 2.
The part is preferably pushed so that the two parts of the wire 6 and 7 which remain straight on either side of the contact zone 3 form a pronounced angle between them. Preferably, the part 1 is pushed beyond the initial position 8 of the wire when no pressure was exerted on it, that is to say when it did not form an elbow. In other words, the workpiece is pushed so as to be, at least in the final sawing phase, entirely outside the space which was delimited by the drum 4, the pulley 5 and the wire 2 when the latter was under no pressure.
The position given to the part 1 considerably increases the pressure exerted by the wire on the contact zone 3. In fact, as long as the wire remains straight, as is the case in the technique currently practiced and shown in FIG. 1, the tensile force exerted by the weight 11 remains vertical. It is zero horizontally. On the other hand, when the wire makes an elbow, the traction exerted by the wire breaks down into a vertical force and a horizontal force, the latter being all the greater the more the angle is pronounced.
The advantage of the high pressure exerted by the wire on the contact zone 3 is illustrated in FIGS. 7 and 8. We see in fig. 7, which illustrates the current technique, the wire 2, with its diamond points 18, which has made a slit in the part 1. The chips 19 fall vertically in the direction of the wire 2. There are therefore always chips between the wire and the walls of the slot, which slows down the effect of the diamond wire on the workpiece. Fig. 8 illustrates the process according to the invention: the pressure exerted against the part 1 by the wire 2, in the direction of the arrow, prevents the chips from remaining and accumulating between the contact zone 3 and the wire 2. The pressure gives the chips a circular movement around the wire and pushes them into the part of the slot already made by the wire. A cutting fluid can easily evacuate them.
The fact that the wire forms an elbow also promotes the falling of the chips and their separation from the wire.
It follows in practice that the sawing time is divided by a factor which can go up to ten, according to the tests carried out.
Once the part 1 has been placed in the extreme position, it is preferably blocked in this position.
The pressure exerted by the wire on the contact zone 3 decreases as the wire progresses in the part 1. In fact, the part remaining stationary, the angle between the parts 6 and 7 of the wire decreases, so that the component horizontal force also decreases. When sawing comes to an end, the wire is almost vertical and the pressure significantly reduced, which avoids tearing of the last part to be sawed. This represents a serious advantage if the part to be sawn is brittle, which is for example the case of silicon used in electronics.
The advance of the wire in the workpiece is done by the wire itself, thanks to the weight 11. It is therefore not necessary to provide a special device to ensure this advance.
Likewise, the wire guides itself, for the same reason.
In the present text, the terms "drum" and "pulley" both designate any rotary part making it possible respectively to wind or pass around it the saw wire.