超聲波線切割方法及專用設備技術

本發明專利技術涉及專用于線切割或多線切割的超聲波線切割方法及實施該方法的專用設備?，F有的超聲波線切割方法和設備，雖然在切割效率、切割精度、切割質量等方面有極顯著的優勢，但只能用于固結磨料切割線的單線切割，并且切割線和超聲波發生裝置的無效磨損嚴重，難以應用于多線切割和持續長時間的線切割。本發明專利技術提出了新的超聲波線切割方法和設備，采用液體傳遞超聲波能量，不僅適用于單線和多線切割，而且也適用于懸浮砂漿線切割和固結磨料線切割，避免了切割線和超聲波發生裝置的無效磨損，適用于包括硬脆材料的各種材料的線切割，可提高線切割速度40～170％，降低切割面的粗糙度值一半左右，和顯著降低切割損失，提高成品率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于固體材料線切割及多線切割的方法及實施該方法的專用設備。
技術介紹
現有的專用于固體材料、例如但不限于包括硅、氧化鋁等硬脆晶體材料的線切割及多線切割的方法，通常包括步驟:使用單根或多根切割線通過布線系統排列成包含有至少I條切割線的切割線或切割線網，使切割線做切割運動的同時，使待切割固體材料與切割線或切割側切割線網接觸，通過切割線本身的切割作用，或由切割線攜帶的切割或研磨砂漿的切割作用，實現待切割固體材料的切割，包括晶體錠的剖方，或切片，等等。其中，切割線的切割運動包括例如單向運動、雙向往復運動、旋轉運動、振動及其復合運動等等。使用現有的線切割方法切割硬脆材料時，通常切割效率較低、切割精度不高，成本高，并且切割終了時被切割材料易產生出線邊緣崩邊等損傷。為此，中國專利說明書ZL03133682.5介紹了采用超聲波振動裝置的超聲波線切割鋸，利用超聲能量輔助金剛石線鋸切割，實現了高效率、高精度、低成本的線鋸方法。但是，這種線鋸需要把超聲波變幅桿與金剛石線的一端固定連接，只能適用于往復走線的短線鋸切割，無法用于單向走線切割，也無法實現連續切割。中國專利申請CN201010565214公開了一種超聲鋸切機床，其設置有與超聲波發生裝置的變幅桿連接的振動頭，使振動頭與金剛石切割線保持壓力接觸實現金剛石切割線的超聲振動。這種機床雖然實現了金剛石線鋸的連續切割，但是，由于振動頭與高速運動的金剛石切割線接觸會被切割，不僅快速切割消耗振動頭，也使金剛石線發生無效切割磨損，降低了線鋸的有效利用率，并且，由于硬性接觸中難以實現超聲波在多根切割線上的同步傳遞，只能用于單線切割，不能用于多線切割。
技術實現思路
鑒于以上現有技術存在的缺陷和不足，本專利技術的目的是提供新型線切割方法，以更為有效、經濟的方式，實現超聲波線切割方法；本專利技術的再一個目的是，提供實施該新型超聲波線切割方法的專用線切割設備，從而為該方法的工業化提供裝備基礎。為此，本專利技術提供了一種固體材料的線切割方法，包括步驟: (1)設置包含有切割側的至少一根切割線或切割線網: (2)提供與至少部分切割側切割線接觸的液體，并在其中浸入超聲波發生裝置的超聲發射表面； (3)使切割線切割待切割固體材料，并啟動超聲波發生裝置； 其中，所述的切割側是指切割線或切割線網的參與切割的一側，在該側的部分位置，通常是中部，待切割固體材料與切割線接觸，通過切割線往復或單向直線運動或旋轉運動實現對待切割材料的切割；其中，所述的液體為任意液體，但優選有利于切割的液體，如參與切割的磨削液、懸浮砂漿、冷卻液、切屑分散液；其中，所述的液體可以是置于容液裝置例如容器或容液槽內的液體或流動的液體，也可以是懸空的、持續流動、且基本上不斷流的液體流，使切割線或切割線網的一部分接觸或浸入所述的液體或液體流中，其中，所述的接觸包含液體的浸沒；其中，所述的超聲波發生裝置的超聲發射表面，可以是超生換能器的超聲發射表面，也可以是超聲變幅桿的超聲發射表面，或者是超聲振子的超聲發射表面，或者是超聲振板的超聲發射表面，或者是超聲聚焦透鏡的超聲發射表面。本專利技術中，所述的超聲波發生裝置的超聲發射表面發射的超聲波，可以通過所述的液體傳遞到同樣接觸或浸沒在所述的液體中的部分切割側切割線，使切割中的切割線發生超聲振動，從而實現切割線的超聲波切割。根據本專利技術的方法，優選設置所述的與液體接觸的切割線或切割線網部分與所述的超聲發射表面盡可能靠近，并優選所述的超聲發射表面正對所述的切割線或切割線網與液體接觸的部分，這樣有利于獲得高的超聲傳遞效率。根據本專利技術的方法，所述的超聲發射表面在所述的液體中可以選擇任意的朝向，但優選與切割方向一致的朝向或與切割方向相反的朝向，以獲得其所發射的縱波超聲波的振動方向與切割方向一致的效果，提高超聲切割的效率和質量。根據本專利技術的方法，所述的切割線的切割方向可以是從待切割物體下方向上方切害I]、也可以是從待切割物體上方向下方切割，或者從待切割物體的左側向右側切割、或者從待切割物體的右側向左側切割；其中，對于固結磨料切割線的情況，優選從待切割物體的左側向右側切割、或者從待切割物體的右側向左側切割。 超聲發射表面在所述的液體中可以選擇任意的朝向，但優選與切割方向一致的朝向或與切割方向相反的朝向，以獲得其所發射的縱波超聲波的振動方向與切割方向一致的效果，提高超聲切割的效率和質量。 根據本專利技術的方法，所述的傳遞到切割線的超聲波振動方向，可以是任意方向，例如與切割方向呈任意非零值夾角的方向，但優選與切割方向一致的振動方向，即與切割方向呈零值夾角的方向；并最好避免與切割線的直線運動方向一致的方向。根據本專利技術的方法，所述的切割線，可以是金屬切割線例如鋼線或鍍膜、涂膜鋼線、鋼絞線，或者非金屬切割線例如棉線、尼龍線、碳纖維線、碳纖維多絞線，或者固結磨料切割線，例如金剛石磨料涂覆線、或者立方氮化硼磨料涂覆線、或者碳化硼磨料涂覆線，以及其他任意的適宜切割的切割線。其中，所述的磨料涂覆線，是指在基線表面采用電鍍、粘結、熱壓等方式涂覆、埋植、固定一些起磨削作用的磨料顆粒，例如金剛石、立方氮化硼、碳化硼磨料等超硬磨料顆粒。所述的切割線網是指由單根或多根切割線組成的線網。根據本專利技術的方法，所述的浸入了超聲發射表面和接觸部分切割側切割線的液體，可以是任意種類的液體，例如水、油、醇類、混合液體、溶液，或者含固體顆粒的混合液體，優選高密度液體，優選較高溫度的液體，優選具有高濃度溶質的溶液，并且在例如金剛石線切割等磨料涂覆線切割時，優選作為線切割所用的切割液的切割冷卻液，和在例如懸浮砂漿線切割時，優選作為線切割所用的切割液的懸浮砂漿。根據本專利技術的方法，所述的液體和所述的超聲發射表面可以設置在所述的切割線切入待切割物體的一側，與切割線接觸和接近，也可以設置在所述的切割線切出待切割物體的一側，與切割線接觸和接近；但優選在切割線切入待切割物體的一側和切出待切割物體的一側各設置一個或一組所述的液體和所述的超聲發射表面，并且優選設置在兩側對稱的位置，和優選兩側的超聲波設置成同頻、同功率、同相位或同步，和優選所述的超聲發射表面接近切割線的同時遠離待切割物體以避免傳遞到待切割物體和切割前沿處的切割線的超聲波同步。根據本專利技術的方法，所述的超聲波優選半波長或四分之一波長的整數倍為所述的切割側切割線或切割線網的懸空長度，或切割線在切入側或切出側的長度。根據本專利技術的方法，所述的超聲波發生裝置及其設置，可以選擇使其在切割線上形成任意振幅的超聲波，但優選使切割線形成振幅為0.1 200微米的超聲波，并進一步優選形成振幅為I 20微米的超聲波。較小的超聲波振幅可以提高超聲波線切割的精度，獲得更加光滑的切割表面，并更適合硬脆材料的切割；較大的超聲波振幅可以提高超聲波線切割的能力，更適合低精度要求下的快速切割。根據本專利技術的方法，所述的超聲波發生裝置及其設置，可以選擇使其在切割線上形成任意頻率的超聲波，但優選使切割線形成頻率10 IOOOkHz的超聲振動，并進一步優選形成頻率20 IOOkHz的超聲振動，較高的頻率可以獲得較好的切割效率，但超聲能量傳遞衰減增加。本專利技術還提供了實施本專利技術所述的超聲波線切割方法的專用設備，其至少包含有切割線或切割線網的裝載及切割線本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超聲波線切割方法，包括步驟：(1)設置包含有切割側的至少一根切割線或切割線網；(2)提供與至少部分切割側切割線接觸的液體，并在其中浸入超聲波發生裝置的超聲發射表面；(3)使切割線切割待切割物體，并啟動超聲波發生裝置。

【技術特征摘要】
1.一種超聲波線切割方法，包括步驟: (1)設置包含有切割側的至少一根切割線或切割線網； (2)提供與至少部分切割側切割線接觸的液體，并在其中浸入超聲波發生裝置的超聲發射表面； (3)使切割線切割待切割物體，并啟動超聲波發生裝置。2.根據權利要求1的方法，其中，所述的與切割線接觸的液體任選容納于容液槽中的液體和懸空的基本上連續流動的液體之一，所述的部分切割側切割線和所述的超聲發射表面浸沒在該液體中。3.根據權利要求1或2所述的超聲波線切割方法，其中，所述的超聲發射表面的位置任選為在所述的切割側切割線的上方、在所述的切割側切割線的下方、在所述的切割側切割線的左側、在所述的切割側切割線的右側、在所述的切割側切割線的切入待切割物體的一偵U、在所述的切割側切割線的切出待切割物體的一側、正對所述的切割前沿、靠近切割線的同時遠離待切割物體幾種位置之一。4.根據權利要求1或2所述的超聲波線切割方法，其中，所述的切割線任選自金屬切割線、非金屬切割線、固結磨料切割線之一。5.根據權利要求1或2所述的超聲波線切割方法，其中，所述的切割線的切割方向任選自從待切割物體下方向上方切割、從待切割物體上方向下方切割、從待切割物體的左側向右側切割、從待切割物...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙鈞永，
申請(專利權)人：趙鈞永，
類型：發明
國別省市：