CH691292A5 - Dispositif de sciage par fil équipé d'un système de gestion de fil permettant l'utilisation de bobines de fil de très grande longueur. - Google Patents

Description

  
 



  Le dispositif de sciage comprend entre autre une nappe de fils susceptible de se déplacer selon un mouvement continu ou alternatif en appui contre une pièce à scier en tranches 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 tranches à scier. La pièce à scier est fixée sur une table support qui se déplace perpendiculairement à la nappe de fils. La vitesse de déplacement défini la vitesse de coupe. Le renouvellement du fil ainsi que le contrôle de la tension se fait dans une partie appelée "zone de gestion du fil" et située en dehors de la zone de sciage proprement dite.

   L'agent qui régira la découpe est soit un abrasif fixé sur le fil, soit un abrasif libre amené sous forme de barbotine. Le fil n'agit que comme transporteur. 



  Le fil utilisé, même s'il n'agit que comme transporteur, subit une certaine usure qui devra être compensée par un taux de renouvellement qui sera définit par la surface sciée par unité de temps. Le développement actuel du sciage par fil est conduit par la tendance des utilisateurs de se diriger vers le sciage de grandes pièces, donc de grandes surfaces et par conséquent d'une grande consommation de fil. L'emploi de fils de grande longueur devient impératif. 



  Les systèmes de gestion du fil couramment utilisés dans les dispositifs de sciage sont réalisés par l'utilisation de bobines montées horizontalement ou verticalement sur un axe motorisé dont la vitesse est gérée par un dispositif régulant le débit et la tension de fil via une commande électronique. Le fil passera donc d'une bobine de fil neuf à la zone de sciage pour revenir après utilisation à une bobine de fil usagé. Dans une grande partie des cas, un mouvement de va-et-vient dissymétrique est appliqué. La dyssimétrie étant utilisée pour ajuster le taux de renouvellement. Le mouvement de va-et-vient va imposer aux bobines de fil neuf et usagé des changements de direction fréquents avec de fortes accélérations.

   La limitation actuelle de ces dispositifs de sciage est donc (si l'on ne veut pas augmenter la puissance des moteurs au delà du raisonnable) le poids des bobines de fil qu'il faut accélérer ou décélérer et par conséquent la longueur de fil pouvant être gérée de cette manière. Une autre difficulté provient du fait que la bobine passe du poids plein au poids vide en cours de travail. Cette grande variation de poids perturbe les systèmes de régulation et rend plus difficile, si cela n'est impossible, le contrôle en général. De plus, si la longueur est limitée, le changement du fil devra s'effectuer plus fréquemment avec pour conséquence une manutention plus importante. 



  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. Ces dispositifs de sciage par fil utilisent un fil en acier d'un diamètre généralement compris entre 0,15 et 0,2 mm typiquement 0,18 mm. La longueur courante est comprise entre 100 et 300 km donc d'un poids maximum de 60 kg, non compris la bobine support. 



  La précision des pièces à scier, très importante pour des applications électroniques, dépend de la gestion du fil et de sa consommation. Le contrôle de la consommation permettra le contrôle de l'usure du fil adapté aux exigences grandissantes de la technologie qui permet la fabrication de pièces à scier de plus grand diamètre et de plus grande longueur. Cette tendance impose un contrôle de la consommation adapté à ces nouvelles possibilités et de ce fait nécessite l'emploi de fils de grande longueur peu propices aux systèmes actuels. 



  Afin de répondre à ces nouvelles exigences, l'emploi de bobines de fil contrôlées en rotation n'est plus possible en raison de leur poids et de leur dimension, il faudra donc utiliser la bobine de manière statique sans rotation et effectuer le débobinage et le rembobinage avec un système périphérique léger tournant autour des bobines elles-mêmes. Afin de pouvoir effectuer un trancanage correct, un mouvement de va-et-vient selon l'axe de la bobine est appliqué. L'amplitude de ce mouvement est égal à la longueur de remplissage définie par la distance entre les flasques de la bobine. Cette manière de gérer le fil permettra donc d'utiliser des bobines de fil lourdes ayant un grand diamètre sans que l'utilisation de moteurs de grande puissance soit nécessaire.

   Cela permettra également de travailler pendant de longues périodes sans intervention humaine, améliorant ainsi la productivité et la qualité. 



  Le but de l'invention consiste donc à remédier aux limitations des dispositifs de sciage actuels (ne pouvant gérer raisonnablement que jusqu'à 100 kg de fil soit 500 km de fil d'acier de diamètre 0,18 mm) en supprimant l'inertie des bobines en rotation lors des grandes accélérations et décélérations, par l'utilisation sans rotation des bobines débitrice et réceptrice et en enroulant ou déroulant le fil par un dispositif tournant autour de celles-ci. L'inertie n'est alors plus dépendante du poids du fil ou de celui de la bobine mais uniquement de celle du dispositif de bobinage ou débobinage qui peut lui, être réalisé aussi léger que possible. Les longueurs de fil deviennent uniquement limitées par la disponibilité du marché et ainsi des bobines de 400 kg contenant jusqu'à 2000 km de fil de diamètre 0,18 techniquement réalisables, peuvent être envisagées. 



  Le dispositif de sciage se présentera donc sous la forme de deux modules. L'un contenant la zone de sciage composé des cylindres guide-fils supportant la nappe de fils et de la table support qui se déplace perpendiculairement à la nappe de fils. L'autre, contenant la gestion du fil, sera composé de supports de bobines sur lesquels seront posées les bobines débitrice et réceptrice. Celles-ci pourront être animées d'un mouvement de va-et-vient pour réaliser l'opération de trancanage. A chacune des bobines de fil est attribué un système de bobinage ou de débobinage tournant autour de celle-ci. Cette fonction peut être réalisée par exemple par un bras tournant centré sur l'axe de la bobine ayant à ses extrémités un pouliage avec divers renvois ou par un rail extérieur supportant un chariot avec les poulies de renvoi. 



  L'utilisation de bobines de fil non rotatives permet donc de réaliser un dispositif de sciage par fil ayant une autonomie de fonctionnement étendue avec de très grandes longueurs de fil, sans que le système de contrôle du fil ne soit affecté par la masse de celui-ci. Cela permettra d'avoir un débit plus régulier et d'obtenir de plus grandes vitesses tout en gardant les avantages opérationnels. 



  La fig. 1 illustre schématiquement la technique utilisée actuellement. Le fil neuf 1 sort de la bobine débitrice 2 qui est entraînée par un moteur 3. Une mesure de tension 4 corrige un bras de tension 5 accouplé à un moteur 6. Le fil passe alors dans la zone de sciage, autour des guide-fils 7 pour former la nappe de fils 8. La pièce à scier 9 fixée sur une table support 10 vient en appui contre celle-ci pour être sciée par l'abrasif 11 provenant d'un distributeur 12 et entraîné par les fils de la nappe 8. Le fil usé 13 sort de la nappe et retourne à la bobine réceptrice 14 par l'intermédiaire du bras de tension 5, de la mesure de tension 4 et de la poulie de trancanage 15 actionnée en va-et-vient par le moteur 16. 



  La fig. 2 illustre schématiquement la présente invention. Le fil neuf 1 sort de la bobine débitrice 2 autour de laquelle tourne un bras 17 supportant des poulies 18, 19, 20, 21. Le moteur du bras 22 donne la tension à appliquer au fil 1. Cette tension étant donnée par une jauge de mesure 4. Le fil 1 va vers la zone de découpe composée des mêmes éléments que la fig. 1. Le fil usé 13 revient sur la bobine réceptrice 14 par l'intermédiaire de la jauge de mesure 4 et du bras rotatif 17. Les bobines débitrice 2 et réceptrice 14 peuvent être animées d'un mouvement de va-et-vient généré par un système 23 à des fins de trancanage. Le dispositif peut être parfaitement réversible. 



  La fig. 3 représente une possibilité de réaliser la gestion du fil selon l'invention. Le fil entre par une poulie 18, fixement orientée et accouplée à la jauge de tension 4, en provenance de la zone de découpe. Celui-ci passe au travers d'un palier 24 auquel est fixé le bras de tension 17 entraîné par le moteur de tension et de rotation 22 fixé sur un support 26. Il passe autour des poulies 19 et 20 fixes par rapport au bras. La poulie de sortie 21 peut être rotative par rapport à l'axe 25 pour conserver une orientation fixe par rapport au fil suivant le remplissage de la bobine réceptrice 14. Le palier 24 supporte le bras rotatif 17 avec son système de poulies. La bobine réceptrice 14 est animée d'un mouvement de va-et-vient généré par un mécanisme 23 pouvant être électrique, hydraulique, pneumatique ou autre. 



  La fig. 4 représente une autre manière de réaliser la fonction en utilisant un moteur linéaire 27 en rotation sur un rail circulaire 28 autour de la bobine 2. Le chariot 29 du moteur linéaire 27 supporte les poulies nécessaires 20 et 21. La poulie 18 accouplée à la jauge de tension 4 ainsi que le palier 24 sont montés fixes sur le support 26 et la poulie 19 rotative par rapport à la poulie 18 est fixée sur le palier 24. 



  Le fil de sciage formant la nappe de fils 8 entre les cylindres guide-fils 7 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 exotiques (tels que silicium, céramique, composés III-V, GGG, 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 dispositif de sciage permet par l'utilisation de bobines 2, 14 lourdes, contenant de grandes longueurs de fil, de rationaliser l'opération de sciage et de découper des pièces à scier 9 de grandes dimensions tout en obtenant la précision nécessaire. De plus le concept général de la machine se trouve simplifié, permettant d'obtenir pour l'utilisateur un investissement plus faible et une exploitation plus économique. 



  Naturellement d'autres types de mécaniques peuvent être envisagés qui par leurs éléments ont également la même fonction de débobinage ou de bobinage d'une bobine fixe, par exemple le débobinage par utilisation d'une bobine conique monoflasque supprimant ainsi le bras rotatif. Une autre possibilité est l'utilisation d'un roulement de grand diamètre à section mince avec, monté sur la bague intérieure, le chariot 29 supportant les poulies 20, 21, la bague intérieure étant entraînée par un moteur placé à la périphérie. 

Claims (10)

1. Dispositif de sciage par fil composé d'une zone de sciage comprenant une nappe de fil (8) susceptible de se déplacer selon un mouvement alternatif ou continu en appui contre une pièce à scier (9) fixée sur une table support (10) et d'une zone de gestion du fil, constituée d'une bobine débitrice (2) alimentant en fil neuf (1) la zone de sciage et d'une bobine réceptrice (14) reprenant le fil usé (13) en retour de la zone de sciage ainsi que d'un système de tension du fil permettant le réglage constant de la tension du fil au départ et au retour de la zone de sciage, caractérisé en ce que les bobines débitrice (2) et réceptrice (14) sont sans rotation et ont un dispositif périphérique de débobinage ou de rembobinage en rotation autour des bobines elles-mêmes, qui agit comme régulateur de débit et tension du fil.

2.

Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif périphérique de bobinage et de débobinage est constitué par un bras équipé de poulies de renvoi ayant pour axe de rotation l'axe de la bobine lui-même.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif périphérique de bobinage et de débobinage est constitué par un anneau concentrique à la bobine et parcouru par un moteur linéaire supportant des poulies de renvoi.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif périphérique de bobinage et de débobinage est constitué par un anneau concentrique formé par un roulement comportant une bague intérieure, un chariot support de poulies de renvoi étant monté sur cette bague intérieure et mu par un moteur situé à la périphérie.

5.

Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fonction va-et-vient de trancanage de la bobine réceptrice est réalisée par un mouvement va-et-vient axial de celle-ci à l'aide d'un système mécanique.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fonction va-et-vient de trancanage de la bobine réceptrice est réalisée par un mouvement va-et-vient axial de celle-ci à l'aide d'un système électrique.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fonction va-et-vient de trancanage de la bobine réceptrice est réalisée par un mouvement va-et-vient axial de celle-ci à l'aide d'un système hydraulique.

8.

Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fonction va-et-vient de trancanage de la bobine réceptrice est réalisée par un mouvement va-et-vient axial de celle-ci à l'aide d'un système pneumatique.

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fonction va-et-vient de trancanage de la bobine réceptrice est réalisée par un mouvement va-et-vient dudit dispositif périphérique selon l'axe de la bobine.

10. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fonction va-et-vient de trancanage de la bobine réceptrice est réalisée par un mouvement va-et-vient du chariot support de poulies.