DE2805745C2

DE2805745C2 -

Info

Publication number: DE2805745C2
Application number: DE2805745A
Authority: DE
Inventors: Frederick Marblehead Mass. Us Schmid
Original assignee: CRYSTAL SYSTEMS Inc SALEM MASS US
Current assignee: CRYSTAL SYSTEMS Inc SALEM MASS US
Priority date: 1977-02-11
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1989-05-11
Also published as: JPS53148082A; US4092972A; DE2805745A1; CH624333A5; JPS6153175B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneidklinge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Schneidklingen der hier betrachteten Art, worunter auch Schneid drähte zu verstehen sind, sollen für Werkstücke aus Quarz, Silicium, Saphir und Galliumarsenid od. dgl. und insbesondere zum Zerschneiden von Blöcken in dünnen Scheiben verwendet werden. Aus der US-PS 23 69 068 ist bereits eine zum Schneiden von Saphir oder anderem harten Material geeignete Scheidklinge bekannt, die nur an ihrer Schmalseite mit Schneidpartikeln aus Diamanten versehen ist. Die bekannte Klinge besteht aus Kupfer oder ähnlich weichem Metall, in das die Diamantpartikel mit einer harten Rolle eingewalzt werden. Es ist davon auszugehen, daß beim Einwalzen der Partikel einige von ihnen über die seit lichen Ränder der Scheidklinge vorstehen. Obwohl die bekannte Klinge einen besonders schmalen Schnitt gewährleisten soll, wird durch seitlich vorspringende Partikel die Scheidbreite uner wünscht vergrößert. Ferner ist es schwierig, beim Einwalzen der Partikel zu vermeiden, daß einzelne Partikel vollständig ein gebettet, also nutzlos werden. Außerdem ist die bekannte Schneidklinge mechanisch nur begrenzt belastbar.

Aus der US-PS 28 69 605 ist es ferner bekannt, Kristallscheiben mit einer drahtförmigen Klinge zu schneiden, die aus einem Kern hoher Zugfestigkeit gebildet ist, welcher mit einem Schneid partikel enthaltenden weicheren Material ummantelt ist. Im Querschnitt kreisförmige Klingen haben an sich den Vorteil relativ hoher Scheidleistung und geringerer Schnittbreite als im Fall von rechtswinkligen Querschnittsformen. Da der bekannte Schneiddraht aber während des Schneidbetriebes fortwährend um seine eigene Achse gedreht werden soll, muß er über seinen gesamten Umfang mit Schneidpartikeln versehen sein. Dadurch ergibt sich eine relativ große Schneidbreite. Die Dicke der weichen Schicht ist bei dem bekannten Schneiddraht viel größer als die Partikelgröße, und es werden jeweils nur relativ wenige der aufgewendeten Schneidpartikel wirksam werden. Häufig müssen die Klingen während des Schneidbetriebes ersetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanisch belast bare Schneidklinge zu schaffen, sie einerseits einen noch dünneren Schnitt als die vergleichbaren bekannten Schneidklingen ermöglicht und andererseits mit minimalem Aufwand für die Schneidpartikel auskommt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Schneidklinge bzw. durch die im Anspruch 9 gekennzeichnete Vor richtung gelöst.

Zusätzliche Vorteile der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die Möglichkeit, mit hoher Schneidleistung (durch hohe Schneidgeschwindigkeit) und relativ geringer Schneidkraft zu arbeiten. Die Schneidleistung hängt weit weniger vom Schneiddruck ab als bei bisher bekannten Schneiddrähten. Auch der Verschleiß ist geringer.

Die Erfindung wird an den in der Zeichnung schematisch darge stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Schneidmaschine;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils der Schneidmaschine gemäß Fig. 1;

Fig. 3, 3A und 4 Schnittdarstellungen von Klingen zur Ver wendung in der Maschine gemäß Fig. 1;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Einsetzen von Schneidpartikeln in Klingen;

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Teil der Fig. 5 längs der Ebene 6-6;

Fig. 7 einen axialen Längsschnitt des Teils geäß Fig. 6; und

Fig. 7A einen vergrößerten Detailausschnitt aus Fig. 7; jedoch mit zusammengeschobenen Einwalz- und Abstütz rollen.

In den Fig. 1 und 2 ist eine vereinfachte Form einer allge mein mit 10 bezeichneten Maschine dargestellt, mittels welcher ein Block 12 in dünnen Scheib chen geschnitten wird. Die Maschine 10 ist herkömmlicher Art und dient zum Schneiden von Halbleiter- oder anderen spröden Materialien, wie Silicium, Germanium und Quarz. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, weist die Maschine 10 ein Klingenpaket 13 auf, welches eine Mehrzahl von parallelen Klingen 14 umfaßt, die durch Abstandshalter 16 voneinander getrennt sind und zwischen einem Paar von Klingen-Halteblöcken 18, 20 in Spannung gehalten werden. Das Klingenpaket 13 ist in einer (nicht ge zeigten) Klingenkopfeinrichtung befestigt, und der gesamte Rahmen wird mittels eines eine Kurbelscheibe und eine Kurbelstange antreibenden Motors hin- und herbewegt (typischerweise mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 200 Hüben pro Minute auf etwa 20 cm. Die Konstruktion des Klingenpakets, der Klingen kopfeinrichtung, des Antriebsmotors und der zugehörigen Ein richtungen ist im Einzelnen in den US-Patentschriften 30 79 908 und 32 63 669 beschrieben.

Eine Schlammzuführeinrichtung 22 ist an einer Seite des Klingen packets 13 angeordnet, und zwar vertikal oberhalb des zu schneidenden Blocks 12, und dient zum Zuführen eines Abreib mittelschlamms (beim herkömmlichen Dreikörper-Schneiden) oder eines Kühlfluids über die Klingen 14 und den Block 12 während des Schneidens. Wie gezeigt, weist die Zuführeinrichtung 22 einen hin- und herbeweglichen Arm 24 auf, welcher von einem Luftmotor 26 nach vorwärts und rückwärts über dass Klingenpaket 13 bewegt wird, und zwar rechtwinkelig zur Rich tung der Hin- und Herbewegung der Klingen 14. Eine (nicht ge zeigte) Pumpe führt den Schlamm oder das Schneidfluid durch einen Schlauch 28 zu einem Zuführkopf 30 am Ende des Arms 24, von welchem das Schneidfluid über die hin- und hergehenden Klingen 14 in der gewünschten Menge herabtropft.

Der Block 12 ist an einen Befestigungsblock 32 geklebt, der seinerseits auf einer vertikal beweglichen Abstützung 34 abgestützt ist. Eine (nicht gezeigte) pneu matische Vorschubeinrichtung ist der Abstützung 34 zugeordnet, um den Block 12 in Aufwärtsrichtung in die sich hin- und herbewegenden Klingen mit einer gewünschten vorgegebenen Kraft zu schieben.

Die in der Maschine 10 verwendeten Klingen der hier beschriebenen Art können entweder rechtwinklige Klingen 14 mit einem Querschnitt gemäß den Fig. 3 und 3A oder Schneiddrähte als Klingen 14′ mit einem Quer schnitt gemäß Fig. 4 sein.

Gemäß den Fig. 3 und 3A umfaßt jede der Klingen 14 ein im Handel erhältliches Blatt aus gehärtetem Stahl, welches typi scherweise 4,76 mm oder 12,7 mm hoch und 0,05 mm bis 0,38 mm breit ist und aus Stahl 1095 besteht, welcher bis etwa 55 R _c gehärtet ist. Die untere Kante der Klinge 14 ist behandelt zur Bildung eines weicheren (etwa 35 R _c) Bereichs 52 zum Halten des Schneidmittels, welcher sich über die gesamte Länge und Breite der Klinge 14 erstreckt und eine Tiefe von etwa 400 Mikrometer hat. Der Rest der Klinge 14 (d. h. der übrige Bereich gehärteten Stahls) bildet einen Kern 54 von hoher Zugfestigkeit. Der das Schneidmittel haltende Bereich 52 kann entweder durch ein weiches Material gebildet sein, welches auf die untere Kante der Klinge 14 plattiert ist, oder durch einen Bereich des ursprünglichen käuflichen Blatts gebildet sein, welcher durch eine Wärmebehandlung weicher gemacht wurde. In jedem Fall sind die Schneidpartikel 57 teilweise in das nach unten gerichtete Segment 60 des Bereichs 52 eingebettet, jedoch nicht in die Seiten des Blatts, so daß die Gesamtbreite der Klinge 14 nicht vergrößert wird.

Der als Klinge 14′ dienende Schneiddraht gemäß Fig. 4 besitzt einen zentralen Kern 61 hoher Zugfestigkeit, welcher mit einer weichen Um fangsschicht 62 plattiert ist, die beispielsweise aus Kupfer oder Nickel besteht und 0,0127 mm bis 0,0254 mm dick ist. Die gesamte Dicke der Schicht 62 hängt von der Größe der Schneid partikel 57 ab, welche darin eingebettet sind, und sollte nicht kleiner sein als die halbe nominale Größe der Partikel. Somit sollte beispielsweise, wenn 45-Mikrometer-Partikel ver wendet werden, die Dicke der Schicht 62 nicht kleiner sein als etwa 0,0254 mm. Typischerweise ist die Gesamttiefe etwa drei Viertel der Partikelgröße, so daß bei vollem Einbetten der einzelnen Partikel ein Viertel von ihnen frei bleibt. Der Durch messer des Kerns 61, welcher typischerweise aus rostfreiem Stahl oder Stahl hoher Zugfestigkeit besteht, liegt gewöhnlich im Bereich von 0,0508 mm bis 0,381 mm. Wie bei der Klinge 14 sind die Partikel 57 in den nach unten gerichteten unteren Oberflächenbereich 63 eingebettet und nicht in die Seiten der Klinge 14′.

Typischerweise wird die Klinge 14 dadurch hergestellt, daß man zunächst ein im Handel erhältliches Stahlblatt leicht tempert, wodurch man es erweicht, wie in der Metallurgie bekannt. Unter den Methoden, welche zufriedenstellend sind zum Erwärmen und Tempern des Stahls längs der unteren Kante der Klinge zur Er zeugung des erweichten Kantenbereichs 52, sind Widerstands- Induktions- und Elektronenstrahl-Erwärmen zu nennen. Wenn der Kantenbereich 52 der Klinge 14 derart behandelt worden ist, ist das anfängliche Ergebnis eine harte äußerste Haut 56 mit einer Tiefe von etwa 50 bis 75 Mikrometer, welche einen wei cheren Bereich 58 überlagert, der etwa 400 Mikrometer tief ist. Ein typisches Querschnittsprofil der wärmebehandelten Klinge hat die folgenden Härten bei den genannten Tiefen:

Tiefen (Mikrometer)
Härte R _c
25
64
50	58
75	47
100	33
150	33
200	37
250	38
400	40
500	43

Die äußere gehärtete Haut 56 wird danach weggeschliffen (typi schwerweise bis auf eine Tiefe von 100 Mikrometer, um sicher zustellen, daß die gesamte Haut 56 entfernt wurde), wobei unter dieser der gewünschte weichere Bereich zurückbleibt, der über die gesamte gewünschte Tiefe von 400 Mikrometer eine Härte von nicht mehr als 40 bis 45 R _c und im Bereich der äußeren Fläche 60 eine Härte von nicht mehr als 35 R _c besitzt. Die äußere Fläche 60 des zurückbleibenden weicheren Bereichs 58 wird in eine im Querschnitt allgemein halbkreisförmige Gestalt geschliffen, so daß bei Benutzung der Klinge keine scharfen äußeren zu verschleißenden Kanten vorhanden sind.

Der Bereich 52 oder die Schicht 62 wird hergestellt durch elektrolytisches oder strom loses Niederschlagen eines weichen Materials, wie Kupfer oder Nickel, auf den harten Stahlkern 54 der Klinge 14 oder den Kern 61 der Klinge 14′. Bei der Klinge 14 wird das weiche Material mit einer Tiefe von 0,0254 mm bis 0,0508 mm auf die untere Kante des im Handel erhältlichen Blatts und nach oben längs den äußeren Seiten des Blatts bis auf eine Höhe von etwa 1,6 mm niedergeschlagen. Plattierte rechtwinklige Klingen können etwas weniger zufriedenstellend sein als Klingen, bei welchen der weiche Bereich durch Wärmebehandlung gebildet ist, da das Plattieren die Gesamtbreite der Klinge vergrößert (und somit die Einschnittbreite vergrößert), und da eine merkliche Plattierungstiefe erforderlich ist, wenn die untere Kante der Klinge in die gewöhnlich gewünschte halbkreisförmige Quer schnittsform geschliffen werden soll. Diese Probleme sind weniger wichtig bei Drähten, welche man entweder rundherum plattieren oder bereits verkupfert oder vernickelt kaufen kann.

Beim Schneiden von Materialien wie Silicium ist das Heraus reißen von Schneidpartikeln aus der Klinge ein größerer Grund für den Verschleiß der Klinge als das Abstumpfen der Partikel. Bei der Herstellung derartiger Klingen ist es oft erwünscht, die Klinge zu plattieren, nachdem die Schneidpartikel an Ort und Stelle eingebettet worden sind. Beispielsweise wird ein Draht zum Schneiden von Silicium zuerst plattiert, um eine Kupfer- oder Nickelhülle mit einer Dicke von etwa einem Viertel der nominellen Partikelgröße zu bilden. Nach Ein betten der Schneidpartikel an Ort und Stelle wird der Draht dann wieder plattiert, um die Gesamtdicke auf eine Tiefe zu bringen, welche etwa drei Vierteln der Partikelgröße entspricht. Wenn das zweite Plattieren unter Anwendung einer stromlosen Ver nickelung durchgeführt wird, kann das Material von 200°C bis 750°C wärmebehandelt werden, damit es sich verdichtet und härtet, wodurch die Schneidpartikel besonders fest gehalten werden.

In jedem Fall werden die fertiggestellten Klingen 14 oder 14′ im Klingenpaket 13 mit der richtigen Klingenspannung auf bekannte Weise angebracht. Die Schneidpar tikel werden in die Klingen 14 oder 14′ gemäß den Fig. 3 bis 4 eingesetzt, wozu man typischerweise eine Vorrichtung 100 gemäß den Fig. 5 bis 7A verwendet.

Die Schneidpartikel sollten eine unregelmäßige Ge stalt und eine große Anzahl von scharfen Kanten haben. Eine Diamantgestalt wurde als besonders zufriedenstellend ermittelt. Wenn die Partikel zu flach sind, können sie flach liegen und nicht in die Klingen eingebettet werden. Auf ähnliche Weise neigen kompakte Abreibmittel, wie B₄C, dazu, eher zwischen eine Klinge und das Werkstück oder das Einsetzelement zu rollen als sich in die äußere Oberfläche der weichen Klinge einzu graben. Zum Schneiden sehr harter Materialien, wie Saphir, eignen sich am besten natürliche oder künstliche Diamanten. Beim Schneiden weicherer Materialien, wie Silicium, können andere Schneidmittel, wie Al₂O₃, Al₂O₃-ZrO₂ eutektisch kubisches Bornitrid und SiC verwendet werden. Das jeweilige Schneidmaterial und die Größe der Partikel hängt, wie bekannt, von dem zu schneidenden Material, der ge wünschten Schneidgeschwindigkeit, der gewünschten Schnittglätte und der akzeptablen Einschnittbreite ab. Harte Werkstücke erfordern natürlich die Verwendung von härteren Schneidmitteln. Für glatte Schnitte und dünnere Einschnitte sollten kleinere Schneidpartikel verwendet werden. Zum Schneiden von dünnen Scheibchen aus Sphirblöcken haben sich 30-, 45- und 60-Mikrometerdiamanten als am meisten zufrieden stellend erwiesen.

Um die Einschnittsbreite so klein wie möglich zu halten, dürfen die Schneidpartikel nicht wesentlich über die äußeren Kanten der Klinge oder des Drahts, d. h. nur um den zur Erzeugung des beim Schneiden oder Sägen erforderlichen Klingen spielraums notwendigen Betrag überstehen. Somit werden, wie in den Fig. 3 bis 4 gezeigt, die Schneidpartikel nicht in die gesamten nach unten gerichteten, im Querschnitt halbkreisförmigen Flächen der Klinge 14 bzw. 14′ eingesetzt. Vielmehr sind die Bereiche des Segmentes 60 der Klinge 14, welche jeweils an die Seite der Klinge 14 angrenzen, frei von Schneidpartikeln 57, was auch für die entsprechenden Bereiche 63 der unteren halbkreisförmigen Fläche der Klinge 14′ gilt. In jedem Fall ist der Bereich der Klinge, in welchen Schneidpartikel eingesetzt werden, symmetrisch zu einer vertikalen Ebene und erstreckt sich über einen nach unten gerichteten Bogen von weniger als 180°. Die exakte Größe des Bogens hängt natürlich von der Größe der Schneid partikel ab. Kleine Partikel können in Oberflächenbereiche näher den Seiten der Klinge oder des Drahts eingesetzt werden, ohne daß deren Gesamtbreite vergrößert wird, als dies bei großen Partikeln möglich wäre.

Die Vorrichtung 100 zum Einsetzen der Abreibpartikel in die Klinge weist einen Rahmen 102 auf, welcher mittels einer Ab stützsäule 104 an der Maschine 10 befestigt ist. Der Rahmen 102 trägt zwei Paare von parallelen, horizontalen Rollen, wobei je ein Paar an jeder Seite des Blockes 12 angeordnet ist und jede Rolle um ihre jeweilige Achse drehbar ist. Jedes Paar umfaßt eine harte elastomere Rolle und eine starre Rolle (typischerweise aus Stahl). Im dargestellten Ausführungsbeispiel sidn harte elastomere Abstützrollen 68 oben angebracht und stehen mit den oberen Enden der Klingen 14 oder 14′ im Eingriff, und stählerne Einwalzrollen 70 sind unterhalb der Klingen angeordnet.

Der Rahmen 102 enthält einen (relativ zur Maschine 10) fixierten Teil 72, an welchem die Abstützsäule 104 und die Abstützrollen 68 befestigt sind, und einen vertikal beweglichen Teil 74, welcher die Einwalzrollen 70 abstützt. Der bewegliche Teil 74 umfaßt vier vertikale Stangen 76, von denen jede nach unten in eine Bohrung 78 in einem vertikalen Schenkel 80 des fixierten Teils 72 reicht, einen Rollenabstützblock 82, welcher durch Arretierschrauben 83 an dem unteren Ende jeder Stange 76 fixiert ist, ein Paar von Querbalken 84, von denen jeder die oberen Enden des Paars von Stangen 76, welche jeweils einer Abstützrolle 68 zugeordnet sind, verbindet, sowie ein Paar von druckluftan getriebenen Kolben-Zylinder-Einheiten 86, von welchen jeweils der Zylinder an der Basisplatte 88 des fixierten Teils 72 und eine Kolbenstange 90 an dem zugehörigen Querbalken 84 befestigt ist. Jede der Einwalzrollen 70 ist um ihre Achse drehbar an einem Paar der Rollenabstützblöcke 82 abgestützt. Druckluft steuerleitungen 92, 94 verbinden die Zylinder der Einheiten 86 mit einer pneumatischen Steuerung, welche generell mit 96 bezeichnet ist. Wie leicht einzusehen, bewirkt ein Aufbringen eines Druck fluids durch die Leitungen 94, daß die Zylinder die Quer balken 84 nach aufwärts drücken, wobei die Einwalzrollen 70 nach oben gegen die Klingen 14 und gegen die Abstützrollen 68 gezogen werden. Die Einwalzrollen 70 können von den Klingen 14 und den Abstützrollen 68 weg nach unten bewegt werden, indem man die Leitungen 94 entlüftet und Druckfluid auf die Leitungen 92 aufbringt.

Jede Einwalzrolle 70 hat eine Mehrzahl von mit axialem Abstand voneinander angeordneten Ringnuten 112 an ihrem äußeren Umfang 114, wie aus den Fig. 6 bis 7A ersichtlich. Ein im Querschnitt allgemein halbkreisförmiger Trog 116 ist an den Rollenabstützblöcken 82 koaxial mit der betreffenden Einwalzrolle 70 angebracht, so daß die untere Hälfte der Einwalzrolle 70 sich innerhalb des Trogs 106 befindet, wobei ihr Umfang 114 sich in einem Abstand von etwa 1,6 mm von der inneren Ober fläche 108 des Trogs 106 befindet. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Gesamtlänge jedes Trogs 106 etwas größer als die dazu gehörigen Einwalzrollen 70, und der Trog 106 ist an seinen Enden geschlossen. (Der besseren Übersichtlichkeit halber sind die Nuten in den Einwalzrollen 70 und in den Abstützrollen 68 nicht in Fig. 5 gezeigt.)

Die axial voneinander beabstandeten umlaufenden Nuten 112 am Umfang jeder Einwalzrolle 70 sind jeweils rechtwinklig zur Rollenachse und mit regelmäßigen Abständen angeordnet, welche der Entfernung zwischen jeweils benachbarten Klingen 14 oder 14′ entsprechen, die in dem Klingenpaket 13 angebracht sind. Wie am besten aus Fig. 7A ersichtlich, ist jede Nut 112 all gemein halbkreisförmig in ihrem Querschnitt und weist im Ein zelnen einen gekrümmten Boden 117 und ein Paar von parallelen ebenen Seiten 118 auf. Der Radius des Bodens 117 ist gleich dem des weichen, die Schneidpartikel haltenden Bereichs der Klingen (Bereich 52 der Klingen 14 und Schicht 62 der Klingen 14′) zuzüglich der nominalen Größe der Partikel. Somit werden die Nuten 112, deren Boden 117 einen Radius von etwa 0,06 mm haben, dazu verwendet, 60-Mikrometer-Abreibpartikel in eine Klinge 14, 14′ einzusetzen, die eine Gesamtbreite von 0,1 mm hat. Zum Steuern des Bereichs des Bodens der betreffenden Klinge oder des Drahts, in welchen Partikel eingebettet werden, ist die Gesamtbreite der Nuten, d. h. die Entfernung zwischen den Seiten 118, nur etwas größer als die Gesamtbreite der Klinge 14 oder des Drahts 14′ (und weniger als zweimal die Summe des Radius des die Partikel haltenden Bereichs und der nominalen Größe der Partikel). Somit stellen, wenn die Klinge in die Nuten eingepaßt ist, die Seiten 118 sicher, daß Schneidpartikel nur in den gewünschten nach unten gerichteten Bereich der Klinge oder des Drahts ein gebettet werden; keine Partikel werden in den Klingenseiten eingebettet, wo sie nach außen vorstehen würden und auf uner wünschte Weise die effektive Klingengesamtbreite vergrößern würden. Die Tiefe der Nuten 112 entspricht normalerweise dem Radius der halbkreisförmigen unteren Oberfläche (60, 63) des die Partikel haltenden Bereichs der Klinge 14 bzw. 14′.

Beim Schneiden mit Drähten ist es erwünscht, daß jede der Abstützrollen 68 auch eine Mehrzahl von axial voneinander be abstandeten umlaufenden Nuten 116 aufweist, von denen jede derart angeordnet ist, daß sie den oberen Bereich eines zu gehörigen Drahts (oder eine Klinge 14) aufnimmt. Wie am besten aus Fig. 7A ersichtlich, ist jede der Nuten 116 V-förmig im Querschnitt und verhindert somit eine vertikale sowie auch eine horizontale Verschiebung der Klinge 14 bzw. 14′. Zusammen verringern die Abstützrollen 68 an jeder Seite und eng benachbart dem Werkstück oder Block 12 weitgehend ein Wandern der Klinge während des Schneidens. Beim Schneiden mit im Querschnitt rechtwinkligen Klingen 14 gegenüber Drähten können die Nuten 116 rechtwinklig anstatt V-förmig (oder halbkreisförmig, wie es für Drähte erwünscht sein kann) im Querschnitt sein. Die rechtwinkligen Klingen 14 sollten ein relativ kleines Höhe/Breite-Verhältnis haben, um ein Verdrillen der Klinge zu vermeiden. Wenn das Klingenwandern kein ernsthaftes Problem ist, können die Nuten 116 weggelassen werden.

Wie ersichtlich, drückt jede Abstützrolle 68 die Klingen fest gegen die zugehörige Einwalzrolle 70. Die Elastizität einer Rolle von jedem Rollenpaar (im dargestellten Ausführungsbeispiel der Abstützrolle) läßt Unterschiede in den Abmessungen des Durchmessers oder der Höhe der Klingen oder der Drähte und der Schneidpartikel zu. Wenn die Einwalzrolle elastomer ist, ist deren elastische Verformung oft ausreichend, so daß keine Nuten 112 notwendig sind.

Um die Schneidpartikel 57 in die Klinge 14 oder 14′ einzusetzen, werden die Tröge 106 mit einer Partikel paste gefüllt, d. h. einer Mischung von Schneidpartikeln in einem Träger, welcher aus einem Fluid, einer Paste oder einem dicken Öl besteht. Die Einwalz vorrichtung 100 wird positioniert wie gezeigt, wobei die Ober seiten der Klingen 14 bzw. 14′ gegen die Abstützrollen 68 anliegen und, wenn die Abstützrollen mit Nuten versehen sind, in die jeweils zugehörigen Nuten 116 eingepaßt sind. Die druckluftangetriebenen Kolben-Zylinder-Einheiten 86 werden dann durch die Leitungen 94 unter Druck gesetzt, welcher erforderlich ist, damit die Einwalzrollen 70 nach oben gegen den Boden der Klingen 14 bzw. 14′ mit der gewünschten Einwalzkraft gezogen werden. Der untere Bereich jeder der Klingen 14 bzw. 14′ paßt sich dabei jeweils in eine der Nuten 112 jeder Einwalzrolle 70 ein; das obere Ende jeder Klinge 14 bzw. 14′ liegt gegen die Abstützrollen 68 an, welche sicherstellen, daß die Klingen 14 bzw. 14′ nicht ausknicken.

Danach wird die Klingenkopfeinrichtung hin- und herbewegt relativ zu den Rollen 68, 70, wobei die Klingen 14 bzw. 14′ und Rollen 68, 70 ständig mit einer Kraft gegenüber gedrückt werden, die ausreichend, um die Schneidpartikel in den weichen Kanten bereich (Haut 56 bzw. Schicht 62) einzusetzen, d. h. teilweise einzubetten. Typischerweise ist die zum Einbetten verwendete Kraft zwei- bis zehnmal so groß wie die Kraft, welche später während des Schneidens angewandt wird. Beispielsweise, wenn eine mit Diamanten bestückte Klinge zum Schneiden von Saphir mit einer Schneidkraft von etwa 1 N pro Klinge verwendet wird, kann die zum Einsetzen der Abreib partikel verwendete Kraft im Bereich zwischen etwa 2 N und 10 N pro Klinge liegen. Die exakte erforderliche Kraft wird empirisch bestimmt und hängt von dem besonderen verwendeten Schneidmittel und der verwendeten Klinge ab. Vor zugsweise ist die angewandte Kraft die, welche notwendig ist, um die Schneidpartikel 57 etwa halb in den weichen äußeren Bereich der Klingen 14 einzubetten. Im Falle der Klinge 14′ ist die Tiefe, bis zu welcher die Partikel 57 eingebettet werden können, begrengt durch die Dicke der weichen äußeren Schicht 62.

Wie lange einzusehen, können die Schneidpartikel 57 in jede Klinge 14 mit irgendeiner gewünschten Konzentration (Partikel pro Einheitsfläche) eingebettet werden. Für höhere Partikel konzentrationen wird die Konzentration der Partikel in der Partikelpaste oder dem Schlamm im Trog 74 erhöht, und die Klingenkopfeinrichtung wird öfter relativ zur Rolle 68 hin- und herbewegt.

Wie vorstehend bemerkt, werden die Schneidpartikel nur in jene Bereiche der Klingen eingebettet, welche später beim Schneiden eines Werkstücks tatsächlich gebraucht werden. In den Seiten und an den Oberseiten der Klingen sind keine Partikel einge bettet. Hierdurch erfolgt nicht nur eine rationelle Verwendung der teuren Diamantpartikel; da keine Partikel in den Klingenseiten fixiert sind, wird auch die Einschnittbreite und die Menge des beim Schneiden in Scheibchen verbrauchten Materials verringert. Diese beiden Vorteile sind extrem wichtig für eine in wirtschaftlicher Hinsicht akzeptable Funktionsweise.

Gewöhnlich werden die Klingen 14 oder 14′ mit den Schneidpartikeln bestückt, während das Klingenpaket 13 und die Vorrichtung 100 in der Schneidmaschine 10 montiert sind. Alternativ kann das Klingenpaket 13 in irgendeiner anderen Vorrichtung angeordnet werden, welche die Klingen für das Bestücken unter Zug setzt, und sie können erst anschließend in der Maschine 10 angebracht werden.

Unabhängig von der Art, auf welche die Klingen mit Schneid partikeln versehen werden, läuft das Schneiden des Werkstücks oder Blocks 12 in der Maschine 10 auf die herkömmliche Weise ab, außer daß ein schneidmittelfreies Kühlfluid, wie Wasser und Äthylen glykol, an Stelle eines Partikel-Schlamms von der Schlamm zuführeinrichtung 22 über die Klingen geträufelt wird. Während des Schneidens werden die Einwalzrollen 70 (durch Einführen von Druckfluid in die Kolben-Zylinder-Einheiten 86 durch die Leitungen 92) in eine Stellung bewegt, welche um eine kurze Entfernung unterhalb der Klingen 14 bzw. 14′ liegt. Der Auf wärtsdruck des Blocks 12 hält die Klingen 14 bzw. 14′ inner halb der Nuten 116 der Abstützrollen 68, wodurch die axiale Positionierung der Klingen relativ zum Werkstück aufrechterhalten wird und ein Klingenwandern verringert wird.

Während des Schneidens eines Blocks 12 ist oft vornehmlich auf Grund der Verringerung der Schneidleistung zu beobachten, daß die Schneidpartikel 57 in den Klingen 14 bzw. 14′ ver schlissen wurden. Die vorliegende Erfindung macht es möglich, die Klingen, welche sich selbst gewöhnlich nur wenig ver schlissen haben, da keine Relativbewegung zwischen ihnen und den Schneidpartikeln vorhanden ist, wieder mit frischen Partikeln zu versehen, ohne daß dabei die Klingen aus den Klingenkopfeinrichtungen, d. h. den Paketen 13 entfernt werden müßten. In vielen Fällen ist es möglich, die Klingen während des Schneidens mit neuen scharfen Partikel zu bestücken.

Das Widerbestücken kann auf zwei Arten erfolgen. Wenn die ur sprüngliche Konzentration von Partikeln an den Klingen nicht zu groß war, können neue Partikel einfach in die Klingen eingebettet werden. Wenn die ursprüngliche Konzen tration groß war oder wenn es aus irgendeinem anderen Grund erwünscht ist, das verschlissene Schneidmaterial zu entfernen, können die alten Partikel zunächst von den Klingen abgestreift werden, wonach die Klingen wieder mit neuen scharfen Partikeln beladen werden können.

Wenn es nur notwendig ist, neue Schneidpartikel hinzuzufügen, kann man eine von verschiedenen Methoden anwenden. Vor zugsweise ist die Vorrichtung 100 ständig an der Zerschneidmaschine 10 angebracht, und das Wiederbestücken erfolgt einfach durch Zurückziehen der Einwalzrollen 70 und ihrer zugehörigen Schlammtröge 106 hinauf in die Einwalz stellung, in welcher die Klingen 14 bzw. 14′ mit der gewünschten Kraft in die Nuten 112 gedrückt werden. Auf diese Weise können die Klingen ohne Entfernen des Werk stückblocks 12 oder des Klingenpakets 13 von der Zerschneidmaschine 10 wiederbestückt werden. Normalerweise wird der Block 12 während der Wiederbestückung durch Absenken der Werkstückab stützung 34 von den Klingen 14 bzw. 14′ zurückgezogen. Wenn die aus dem Block 12 geschnittenen Scheibchen relativ dick sind und die Oberflächenglätte kein ernsthaftes Problem ist, kann das Wiederbestücken erfolgen, während das Schneiden weiter fort gesetzt wird.

Alternativ kann das Klingenpaket 13 von der Zerschneidmaschine 10 entfernt werden und in einer zweiten Zerschneidmaschine oder einer ähnlichen Vorrichtung angebracht werden, welche die Klingen unter Zug hält. Die Klingen 14 bzw. 14′ können dann wiederbestückt werden, wobei man die Vorrichtung 100 ver wendet und das Klingenpaket 13 relativ zu der Vorrichtung 100 hin- und herbewegt, wodurch man die Klingen 14 bzw. 14′ und Rollen 70 mit der gewünschten Kraft zusammendrückt.

Eine dritte Methode ist das Wiederbestücken der Klingen während des Schneidens durch Sprühen eines feinen Nebels von Schneid partikeln in Öl in die Schneidzwischenfläche zwischen den Klingen 14 bzw. 14′ und dem Werkstückblock 12 hinein. Wenn dies erfolgt ist, bettet die Schneidkraft zwischen dem Werkstück und den Klingen die neuen Partikel in den weichen Bereich (52 bzw. 62) jeder Klinge 14 bzw. 14′ ein. Diese dritte Methode ergibt gewöhnlich eine geringere Konzen tration von in den Klingen eingebetteten Partikeln als dies beim Bestücken mit der Vorrichtung 100 der Fall ist und daher wird diese dritte Methode nur angewandt, wenn eine hohe Schneidleistung nicht notwendig ist.

Wenn es erwünscht ist, die verschliessenen Schneidpartikel von den Klingen vor dem Wiederbestücken zu entfernen, das heißt ab zustreifen, ist es gewöhnlich wünschenswert, den Werkstückblock 12 und die Klingen 14 bzw. 14′ zunächst zu trennen, entweder durch Entfernen des Klingenpakets 13 von der Zerschneidmaschine 10 oder vorzugsweise durch Absenken der Werkstückabstützung 34 von den Klingen weg. Das Abstreifen erfolgt danach unter Verwendung eines modifizierten Dreikörper-Abreibverfahrens. Runde oder kompakte Schneidpartikel, wie B₄C, werden zwischen die Klingen 14 bzw. 14′ und eine Werkstückattrappe, typischerweise einen Graphitblock, durch Sprühen oder Überschwemmen über das Werkstück eingeführt. Die Klingen und der Graphitblock werden danach relativ hin- und herbewegt, während sie mit einer Kraft aufeinander gedrückt werden, die etwa die Kraft entspricht, welche beim Wiederbestücken der Klinge angewandt wird. Wenn sich die Klingen hin- und herbewegen, rollen die kompakten Schneid partikel zwischen die Klingen und den Graphitblock, wobei die alten Partikel abgestreift werden. In manchen Fällen kann das Abstreifen ohne ein Trennen der Klingen 14 bzw. 14′ und des Werkstückblocks 12 einfach durch Sprühen oder Überfluten von kompakten Partikeln über die Klingen und das Werkstück erfolgen, während das Schneiden des Werkstücks fortgesetzt wird. Nachdem das Abstreifen nach irgendeiner Methode beendet ist, können die Klingen mit scharfen neuen Partikeln wiederbeladen werden, wie weiter oben beschrieben.

Obwohl die erfindungsgemäßen Vorrichtungen unter Bezugnahme auf eine Maschine zum Schneiden dünner Scheibchen beschrieben wurde, welche hin- und hergehende Draht- oder andere Klingen aufweist, sind diese auch bei anderen Typen von Klingen und Schneidmaschinen anwendbar. Beispiels weise können kontinuierliche Bandsägeblätter oder lange Drahtsägeblätter behandelt werden, um einen relativ weichen Kanten bereich zu schaffen, und danach mit Partikeln zu beladen, wie dies oben beschrieben wurde.

Claims

1. Schneidklinge zum Schneiden oder Sägen von hartem Material wie Kristallen od. dgl., die eine sich in der Längsrichtung der Klinge erstreckende Schneidfläche, in welche harte Schneidpartikel eingebettet sind, zwischen von Schneidpartikeln freien Seitenflächen hat, wobei die Schneid fläche weniger als die Hälfte der gesamten Außenfläche der Klinge bildet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schneidpartikel (57) in einen eine segmentförmige Schneidfläche definierenden Oberflächenbereich (63, 58) einge bettet sind, mit dem ein in der Längsrichtung verlaufender Kern (61, 54) der Klinge (14, 14′) überzogen ist, welcher härter ist und eine höhere Zugfestigkeit hat als der Oberflächenbereich (63, 58),
daß die Dicke des Oberflächenbereiches (63, 58) nicht weniger als die halbe Nenngröße der Partikel (57) beträgt,
und daß die Partikel (57) derart eingebettet sind, daß sie nur um den zur Erzeugung des beim Schneiden oder Sägen erforderlichen Klingenspielraums notwendigen Betrag über die seitlichen Ränder der Klinge (14, 14′) vorsteht.

2. Schneidklinge nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dicke des Oberflächenbereiches (63, 58) etwa ¾ der Nenngröße der Schneidpartikel (57) beträgt.

3. Schneidklinge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (61) durch einen Draht mit kreisförmigem Querschnitt gebildet ist.

4. Schneidklinge nach Anspruch 12 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schneidpartikel (57) enthaltende Bereich (58) aus Stahl besteht, welcher auf eine Härte getempert ist, die niedriger liegt als die des übrigen Teils der Klinge (14).

5. Schneidklinge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (57) in eine erste Schicht eingebettet sind, auf die eine zweite Schicht aufgebracht ist.

6. Schneidklinge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Be reich (58, 63) der Klinge (14, 14′), in welchen die Schneid partikel (57) eingebettet sind, im Querschnitt einen Bogen bildet, welcher sich über nicht mehr als 180° erstreckt und einen Radius von nicht weniger als der Hälfte der Gesamtbreite der Klinge (14, 14′) hat.

7. Schneidklinge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schneidpartikel (57) enthaltende Bereiche (58, 63) eine Härte zwischen etwa 35 R _c und 45 R _c und eine Dicke von nicht mehr als etwa 0,6 mm hat.

8. Schneidklinge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (61) aus Stahl und der Oberflächenbereich (63) aus Kupfer oder Nickel besteht.

9. Vorrichtung zum Aufbringen von Schneidpartikeln auf einen in Längsrichtung einer langgestreckten Schneidklinge verlaufenden Bereich der Schneidklinge, mit dem ein Kern über zogen ist, der eine größere Härte und Zugfestigkeit hat als der die Partikel enthaltende Bereich, insbesondere zum Her stellen von Schneidklingen nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidklinge (14′) parallel zu ihrer Längsrichtung relativ zu einer Einwalzrolle (70) bewegbar ist, die um eine senkrecht zu der Bewegungsrichtung liegende Achse drehbar gelagert ist, und daß die Einwalzrolle (70) wenigstens eine ringförmige Nut (112) aufweist, welche etwas breiter ist als der die Partikel (57) enthaltende Bereich (63), und in welche die Schneidklinge (14′) zum Einbetten der Partikel (57) in ihrem dem Boden (117) der Nut (112) zugewandten Bereich (63) ein setzbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwalzrolle (70) eine Mehrzahl von regelmäßig voneinander beabstandeten ringförmigen Nuten (112) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Abstützrolle (68) vorgesehen ist, deren Achse parallel zu der der Einwalzrolle (70) angeordnet ist und deren Umfang sich mit etwas Abstand von dem der Einwalzrolle (70) befindet, und daß die Abstützrolle (68) seitlich mit der Einwalzrolle (70) in Einbegriff bringbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abstützrolle (68) elastomerisch ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützrolle (68) und die Einwalzrolle (70) jeweils eine Mehrzahl von axial voneinan der beabstandeten Ringnuten (116 bzw. 112) aufweisen, von denen jede mit einer zugehörigen Ringnut der jeweils anderen Rolle fluchtet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (112) der Einwalzrolle (70) einen gekrümmten Boden (117), welcher einen Bogen von weniger als 180° bildet, sowie ein Paar von Seiten (118) aufweist, welche senkrecht zur Achse der Einwalzrolle (70) angeordnet sind, und daß die Breite der Nut (112) kleiner ist als die Summe der Breite des die Schneidpartikel (57) enthaltenden Bereichs (63) der Klinge (14′) zuzüglich der doppelten nominalen Größe der Schneidpartikel (57).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß der vom Boden (117) der Nut (112) gebildete Bogen einen größeren Radius hat als die ebenfalls bogenförmige Oberfläche des die Partikel enthaltenden Bereichs (63) der Klinge (14′).