CZ286165B6 - Způsob řezání ingotů z tvrdých materiálů na desky a pila k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob řezání ingotů (1) z tvrdých materiálů na desky pomocí působení volného brusiva a nekonečného pohybujícího se pevného nosiče (3), vytvářejícího vedením v obvodových drážkách souběžných naváděcích válců (2) válcové sestavy, tvořené minimálně dvěma dvojicemi naváděcích válců (2), osnovu, kterou je protlačován řezaný materiál, kde nekonečný pevný nosič (3) běžící v obvodových drážkách (6) naváděcích válců (2) válcové sestavy je naváděn a protlačován do každých dvou sousedních řezů ingotů (1) řezaného materiálu protiběžně ve dvou mimoúrovňových rovnoběžných rovinách. U pily k provádění tohoto způsobu jsou ve válcové sestavě, tvořené minimálně dvěma dvojicemi osově paralelně uložených naváděcích válců (2), jejichž horní povrchové přímky jsou uloženy ve dvou rovnoběžných rovinách, naváděcí válce (2) v příslušné dvojici jsou uloženy buď se shodným smyslem otáčení, přičemž naváděcí válce (2) jedné dvojice jsou uloženy vzhledem k naváděcím válcům (2) druhé dvojice s opačným smyslem otáčeŕ

Description

Způsob řezání ingotů z tvrdých materiálů na desky a pila k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu řezání ingotů z tvrdých materiálů na desky, zejména z ingotů polovodičů, skla a keramiky, a řeší rovněž konstrukci pily k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

K řezání ingotů z tvrdých materiálů, např. polovodičových ingotů, keramiky a bloků skla, se nej častěji používá metoda využívající působení volného brusivá a pohybujícího se pevného nosiče, nejčastěji nekonečného drátu, na členěný materiál. Metoda je charakteristická tím, že brusivo rozptýlené v kapalině, například v oleji, glykolu či vodných roztocích, je do místa řezu dopravováno drátem pomocí soustavy drážkovaných válců, přičemž řezaný materiál je postupně protláčen přes osnovu běžících drátů. Tloušťka řezaných desek je určena vzdáleností drážek ve válcích, tloušťkou drátu či zrnitostí abraziva a kvalita řezu je určena materiálem brusivá i řezaného ingotu a dalšími technologickými parametry.

Je známa řada metod a zařízení, například dle patentů US 4,494,523, US 4,574,769, US 4,640,259, US 4,903,682, US 5,201,305, US 5,269,285 nebo GB 2 216 441, které popisují konkrétní zařízení a chrání jejich různá provedení využívající daný princip. Společným znakem všech dosud známých řešení je, že drát je v soustavě drážkových válců veden tak, že se během řezání pohybuje ve všech řezech ingotu v daném časovém okamžiku jedním směrem. To způsobuje, že vyráběné desky nemají podél řezu stejnou tloušťku, tj. že ve směru pohybu drátu vykazují úkos způsobený postupně se snižujícími účinky a množstvím brusivá ulpělého na dráhu během jeho průchodu řezem ingotu. Velikost úkosu se dá částečně korigovat pomocí obousměrného pohybu drátu, kde je pohybující drát po určitou dobu řezání pomocí reverzního přepínání pohybu veden ve všech řezech ingotu opačným směrem. Nevýhodu tohoto způsobu je však skutečnost, že se značně zpomaluje proces řezání, činnost zařízení není plynulá, je charakteristická velkými energetickými ztrátami při zastavování a spouštění pohybu drátu, přičemž se zvětšuje pravděpodobnost vzniku poruch cyklicky přepínaných a namáhaných uzlů zařízení.

Je rovněž známo řízení dle patentu CZ 283541, kde je řešeno řezání ingotů, kdy je nekonečný pevný nosič běžící v obvodových drážkách válců válcové sestavy protlačován do každých dvou sousedních řezů ingotů řezaného materiálu protisměrně. Válcová sestava tohoto zařízení je pak tvořena minimálně dvojicí směrovacích válců a dvojicí naváděcích válců, kde naváděcí válce jsou směrem ke směrovacím válcům uloženy s opačným smyslem otáčení vzájemně přilehlého naváděcího válce a směrovacího válce, přičemž vzájemně opačný smysl otáčení je rovněž mezi oběma směrovacími válci i oběma naváděcími válci. Nevýhodou tohoto způsobu je, že prvotní navíjení drátu vyžaduje použití specielního navíjecího zařízení pro zavedení drátu a prakticky není možná oprava drátové osnovy při poruše během řezání. Uspořádání dvojit válců způsobuje, že zůstává velká délka volného drátu mezi válci, což může být zdrojem vibrací drátu, které mají za následek snížení kvality povrchu řezaných desek a případně zhoršení jejich geometrických parametrů. Křížení drátů v prostoru řezaného ingotu vede k nerovnoměrnému generování tepla, vzniku teplotních gradientů a deformacích, což je další zdroj nestability technologie a zhoršování geometrie řezaných desek a vzniku napětí v jejich objemu, což se může projevit zvýšeným mechanickým lomem.

- 1 CZ 286165 B6

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje do značné míry způsob řezání ingotů z tvrdých materiálů na desky pomocí působení volného brusivá a nekonečného pohybujícího se pevného nosiče, vytvářejícího vedením v obvodových drážkách souběžných naváděcích válců válcové sestavy, tvořené minimálně dvěma dvojicemi naváděcích válců, osnovu, kterou je protlačován řezaný materiál, a jehož podstata spočívá vtom, že nekonečný pevný nosič běžící v obvodových drážkách naváděcích válců válcové sestavy je naváděn a protlačován do každých dvou sousedních řezů ingotů řezaného materiálu protiběžně ve dvou mimoúrovňových rovnoběžných rovinách.

Ve výhodném provedení je nekonečný pevný nosič v osnově válcové sestavy opakovaně veden v obvodových drážkách do řezu ingotu přes horní stranu jedné z dvojic naváděcích válců a po jejich obepnutí je veden zespodu na horní stranu naváděcích válců druhé dvojice, odkud je veden z opačném směru do druhého řezu ingotu, a to v rovině rovnoběžné s prvním řezem, a dále pak po obepnutí příslušného naváděcího válce zpět na horní stranu přilehlého naváděcího válce první dvojice.

Podstatou konstrukce pily k řezání ingotů daným způsobem, sestávající z válcové sestavy po obvodu drážkovaných válců, na nichž je navinut nekonečný pevný nosič vytvářející osnovu, je, že ve válcové sestavě, tvořené minimálně dvěma dvojicemi osově paralelně uložených naváděcích válců, jejichž horní povrchové přímky jsou uloženy ve dvou rovnoběžných rovinách, jsou naváděcí válce v příslušné dvojici buď uloženy se shodným smyslem otáčení, přičemž naváděcí válce jedno dvojice jsou uloženy vzhledem k naváděcím válcům druhé dvojice s opačným smyslem otáčení, a nebojsou naváděcí válce v příslušné dvojici uloženy s opačným smyslem otáčení, přičemž naváděcí válce jedné dvojice jsou uloženy vzhledem k přilehlým naváděcím válcům druhé dvojice s opačným smyslem otáčení.

Další podstatou řešení je, že pevný nosič je na naváděcích válcích válcové sestavy několikanásobně navinut v osnově, ve které je do pracovního prostoru mezi oběma dvojicemi naváděcích válců veden v každých dvou sousedních řezech děleného ingotu protiběžně ve dvou mimoúrovňových rovnoběžných rovinách.

Při různých alternativách konstrukce jsou buď naváděcí válce obou dvojic stejného průměru, a nebo jsou naváděcí válce obou dvojit jsou různého průměru, popřípadě je mezi dvojicemi naváděcích válců v osnově zařazena alespoň jedna dvojice vložených válců.

Způsobem řezání podle vynálezu se dosahuje vyššího účinku v tom, že při zachování požadované rychlosti a plynulosti řezacího procesu, tj. bez energeticky náročného reverzního přepínání směru pohybu pevného nosiče, je dosahována rovinná souběžnost stěn řezaných desek bez dosavadních úkosů. Přitom řezáním ve dvou rovnoběžných a oddělených rovinách se zlepšují dynamické podmínky vlastního řezu, kdy se odstraňují nebezpečné vibrace řezaného materiálu a zlepšuje odvod tepla z místa řezu. Změnou uspořádání válcové sestavy a principu navíjení drátové osnovy se dosahuje zkrácení volného drátu na minimum, které má za následek stabilizaci jeho pohybu a omezení možnosti vzniku jeho vibrace, což se projevuje zvýšenou stabilitou technologie a zlepšením geometrických parametrů řezaných desek. Uspořádání drátových osnov ve dvou rovnoběžných rovinách vytváří homogenní prostředí pro šíření tepla, zamezuje vzniku teplotních gradientů a následně vzniku mechanického napětí v řezaných deskách. Uspořádání drátových osnov je rovněž výhodnější pro stabilní dodávku brusného roztoku do prostoru řezu, když nedochází k protisměrnému strhávání brusivá druhou osnovou.

-2CZ 286165 B6

Popis obrázků na výkresech

Způsob řezání a konstrukce drátové pily objasňující vynález jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje uspořádání základní čtyřválcové sestavy se stejným průměrem naváděcích válců se souběžnými osami uloženými ve dvou rovnoběžných rovinách, na obr. 2 je znázorněna alternativní šestiválcová sestava drátové pily s dvojicí vložených válců stejného průměru a na obr. 3 řešení pily se dvěma zrcadlově uloženými čtyřválcovými sestavami naváděcích válců a vložených válců stejného průměru. Obr. 4 až obr. 6 jsou pak alternativní provedení řešení z obr. 1 až obr. 3 s použitím válců různých průměrů. Na obr. 7 a obr. 8 jsou znázorněna další řešení šestiválcové sestavy drátové pily s dvojicí vložených válců stejného či různého průměru vzhledem k naváděcím válcům. Obr. 9 vyobrazením čtyřválcové sestavy drátové pily s uložením naváděcích válců v příslušné dvojici s opačným smyslem otáčení při uložení naváděcích válců jedné dvojice vzhledem k přilehlým naváděcím válcům druhé dvojice s opačným smyslem otáčení na obr. 10 je alternativní provedení řešení z obr. 9 s různými průměry válců. Obr. 11 pak představuje axonometrické zobrazení základní čtyřválcové sestavy z obr. 1.

Příklady provedení vynálezu

Pila k řezání ingotů £ z tvrdých materiálů na desky sestává ze čtyř základních konstrukčních a technologických uzlů, a to válcové sestavy a z neznázoměného stolu s příslušenstvím, drátového hospodářství a ze zařízení pro transport a teplotní stabilizaci brusivá. Válcová sestava je jádro pily a je tvořena podle obr. 1 minimálně dvěma dvojicemi osově paralelně uložených naváděcích válců 2 s opačným smyslem otáčení, jejichž homí povrchové přímky jsou uloženy ve dvou rovnoběžných rovinách. Přitom povrch naváděcích válců 2 je dokonale broušen a je opatřen soustavou neznázoměných obvodových drážek pro vedení nekonečného pohybujícího se pevného nosiče 3, s výhodou drátu, vytvářejícího osnovu pro protlačování ingotu £ při řezání. Minimálně jeden z naváděcích válců 2 válcové sestavy je hnací a je spřažen s neznázoměným pohonným motorem splynulou regulací otáček, umožňující nastavení rychlosti pohybu nekonečného nosiče 3 v rozmezí hodnot 0 až 25 m.sec’¹ v obou směrech.

Ve válcové sestavě je v obvodových drážkách dvojic naváděcích válců 2 pevný nosič 3 navinut tak, že je opakovaně veden do řezu ingotu £ přes homí stranu jedné z dvojic naváděcích válců 2 a po jejich obepnutí je veden z jejich spodní strany na homí stranu naváděcích válců 2 druhé dvojice, odkud je veden v opačném směru do druhého řezu ingotu £, a to v rovině rovnoběžné s prvním řezem, a dále pak po obepnutí příslušného naváděcího válce 2 zpět na homí stranu přilehlého naváděcího válce 2 první dvojice. Několikanásobným navinutím pevného nosiče 3 v obvodových drážkách naváděcích válců 2 popsaným způsobem se vytvoří osnova, v níž je pevný nosič 3 veden mezi naváděcími válci 2 do každých dvou sousedních řezů děleného ingotu £ protiběžně ve dvou mimoúrovňových rovnoběžných rovinách.

Před zahájením pracovního procesu drátové pily je do válcové sestavy naváděcích válců 2 navinut pevný nosič 3 tak, že vytvoří osnovu. Dále se seřídí a nastaví parametry jednotlivých funkčních uzlů stroje a ingot £ se upne ke stolu a ustaví se jeho poloha vzhledem k rovině řezu. Po spuštění pohybu pevného nosiče 3 jedním zvoleným směrem se osnovou vytvořenou válcovou soustavou naváděcích válců 2 zvolenou rychlostí posuvu plynule protlačuje ingot £, když v místech vstupu pevného nosiče 3 je do řezů dodáváno abrazivo. Po rozřezání ingotu £ na jednotlivé desky je drátová pila nastavena do výchozí polohy a celý proces je možno opakovat, přičemž je možno volit směr pohybu pevného nosiče 3 a další parametry řezání, jako je např. rychlost posuvu stolu do řezu, rychlost pohybu a napětí pevného nosiče 3, množství, teplotu a viskozitu abraziva apod.

-3 CZ 286165 B6

Popsané provedení konstrukce pily není jediným možným řešením podle vynálezu ale při zachování základního uspořádání dvojic naváděcích válců 2 válcové sestavy, způsobu navinutí a pohybu pevného nosiče 3 mezi nimi a v jednotlivých řezech pevného ingotu 1, je možno bez vlivu na podstatu řešení libovolně měnit uspořádání a konstrukci drátového hospodářství, stolu 5 a jeho příslušenství a prvků zařízení pro transport a chlazení brusivá. Jak je patrno z obr. 2, je možno mezi dvojice naváděcích válců 2 vestavit vložené válce 4, aniž by bylo nutno měnit způsob a směs navinutí pevného nosiče 3 v drážkách naváděcích válců 2. Na obr. 3 je alternativní řešení pily se dvěma zrcadlově uloženými čtyřválcovými sestavami tvořenými dvojicí naváděcích válců 2 a dvojicí vložených válců 4 stejného průměru. Na obr. 4 až obr. 6 10 jsou pak znázorněny některé z možných alternativ provedení řešení z obr. 1 až obr. 3 s použitím naváděcích válců 2 a vložených válců 4 různých průměrů při zachování zavádění pevného nosiče 3 do každých dvou sousedních řezů děleného ingotu 1 protiběžně ve dvou mimoúrovňových rovnoběžných rovinách. Konečně pak vyobrazení na obr. 9 a obr. 10 představuje provedení vyobrazením čtyřválcové sestavy drátové pily s uložením naváděcích válců 2 v příslušné dvojici 15 s opačným smyslem otáčení při uložení naváděcích válců 2 jedné dvojice vzhledem k přilehlým naváděcím válcům 2 druhé dvojice s opačným smyslem otáčení.

Průmyslová využitelnost

Způsob řešení ingotů z tvrdých materiálů na desky a pila kjeho realizaci mohou být využity v různých odvětvích průmyslu, kde je nutno dělit tvrdý materiál, jako např. polovodiče, keramiku nebo sklo, na přesné segmenty se souběžnými protilehlými rovinnými plochami.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob řezání ingotů z tvrdých materiálů na desky pomocí působení volného brusivá a nekonečného pohybujícího se pevného nosiče, vytvářejícího vedením v obvodových drážkách souběžných naváděcích válců válcové sestavy, tvořené minimálně dvěma dvojicemi naváděcích válců, osnovu, kterou je protlačován řezaný materiál, vyznačující se tím, že

   35 nekonečný pevný nosič běžící v obvodových drážkách zaváděcích válců válcové sestavy je naváděn a protlačován do každých dvou sousedních řezů ingotů řezaného materiálu protiběžně ve dvou mimoúrovňových rovnoběžných rovinách.
2. 2. Způsob řezání ingotů podle nároku 1, vyznačující se tím, že nekonečný pevný 40 nosič je v osnově válcové soustavy opakovaně veden v obvodových drážkách do řezu ingotů přes horní stranu jedné z dvojic naváděcích válců a po jejich obepnutí je veden zespodu na horní stranu naváděcích válců druhé dvojice, odkud je veden v opačném směru do druhého řezu ingotu, a to v rovině rovnoběžné s prvním řezem, a dále pak po obepnutí příslušného naváděcího válce zpět na horní stranu přilehlého naváděcího válce první dvojice.
3. 3. Pila k řezání ingotů způsobem uvedeným v nároku 1 a 2, sestávající z válcové sestavy po obvodu drážkových válců, na nichž je navinut nekonečný pevný nosič vytvářející osnovu, vyznačující se tím, že ve válcové sestavě, tvořené minimálně dvěma dvojicemi osově paralelně uložených naváděcích válců (2), jejichž horní povrchové přímky jsou uloženy ve

   50 dvou rovnoběžných rovinách, jsou naváděcí válce (2) v příslušné dvojici uloženy se shodným smyslem otáčení, přičemž naváděcí válce (2) jedné dvojice jsou uloženy vzhledem k naváděcím válcům (2) druhé dvojice s opačným smyslem otáčení.

   -4CZ 286165 B6
4. 4. Pila k řezání ingotů způsobem uvedeným v nároku 1 a 2, sestávají z válcové sestavy po obvodu drážkovaných válců, na nichž je navinut nekonečný pevný nosič vytvářející osnovu, vyznačující se tím, že ve válcové sestavě, tvořené minimálně dvěma dvojicemi osově paralelně uložených naváděcích válců (2), jejichž homí povrchové přímky jsou uloženy ve dvou rovnoběžných rovinách, jsou naváděcí válce (2) v příslušné dvojici uloženy s opačným smyslem otáčení, přičemž naváděcí válce (2) jedné dvojice jsou uloženy vzhledem k přilehlým naváděcím válcům (2) druhé dvojice s opačným smyslem otáčení.
5. 5. Pila podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že pevný nosič (7) je na naváděcích válcích (2) válcové sestavy několikanásobně navinut v osnově, ve které je do pracovního prostoru mezi dvěma dvojicemi naváděcích válců (2) veden v každých dvou sousedních řezech děleného ingotu (1) protiběžně ve dvou mimoúrovňových rovnoběžných rovinách.
6. 6. Pila podle nároků 3 a 4 nebo nároků 3a 5, vyznačující se tím, že naváděcí válce (2) dvou dvojit jsou stejného průměru.
7. 7. Pila podle nároků 3 a 4 nebo nároků 3 a 5, vyznačující se tím, že naváděcí válce (2) obou dvojic jsou různého průměru.
8. 8. Pila podle některého z nároků 3až7, vyznačující se tím, že mezi dvojicemi naváděcích válců (2) je v osnově zařazena alespoň jedna dvojice vložených válců (4).