超声波自由磨料多丝锯切方法及专用设备技术

本发明专利技术涉及超声波自由磨料多丝锯切的方法及实施该方法的专用设备。现有的自由磨料多丝锯切方法切割硬脆材料时，通常切割效率较低、切割精度不高。本发明专利技术提出了新的超声波自由磨料多丝锯切方法和设备，巧妙地利用了超声波能量来辅助锯切，使超声波通过直接接触传递，并在切割前沿发生作用，克服了以往超声波锯切只能用于固结磨料的单丝锯切、并且摩擦损耗较大的技术局限，适用于包括硬脆材料的各种材料的多丝锯切，可大幅度提高切割速度，降低锯切面的粗糙度，降低切割损失，提高锯切精度，提高成品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于固体材料的超声波自由磨料多丝锯切(又称游离磨料多丝锯切)的方法及实施该方法的专用设备。
技术介绍
现有的专用于固体材料、例如但不限于包括硅、氧化铝等硬脆晶体材料的自由磨料多丝锯切的方法，通常包括步骤:使用2根或多根锯切丝通过布线系统排列成包含有至少2根锯切丝的锯切丝网，使锯切丝做切割运动的同时，使待切割物体与切割侧锯切丝网接触，通过锯切丝运动时携带的自由磨料例如研磨砂衆的研磨切削作用，实现待切割物体的切割，包括晶体锭的剖方，或切片，等等。其中，锯切丝的切割运动包括例如单向运动、双向往复运动、旋转运动、振动及其复合运动等等。使用现有的多丝锯切方法切割硬脆材料时，通常切割效率较低、切割精度不高，成本高,并且切割终了时被切割物体易产生出丝面边缘崩边等损伤。
技术实现思路
鉴于以上现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供新型的超声波自由磨料多丝锯切方法，以更为有效、经济的方式，实现多丝锯切效率和质量的提高；本专利技术的再一个目的是，提供实施该新型超声波多丝锯切方法的专用多丝锯切设备，从而为该方法的工业化提供装备基础。为此，本专利技术提供了一种固体材料的超声波自由磨料多丝锯切方法，包括步骤: (1)设置包含有切割侧的至少2根锯切丝或锯切丝网； (2)设置包含有与至少部分切割侧锯切丝接触并保持接触的至少一个超声发射表面的至少一个超声波发生装置，并任选在该接触部位或其附近设置锯切丝的反压装置，从相反方向接触锯切丝以抵消所述的超声发射表面接触锯切丝导致的锯切丝位置偏置； (3)使锯切丝携带自由磨料切割待切割物体，并启动超声波发生装置。其中，所述的切割侧是指固定在装载系统上的锯切丝网的悬空部分中参与切割的一侧，在该侧的部分位置，通常是中部，待切割物体与锯切丝接触，通过锯切丝往复或单向直线运动或旋转运动实现对待切割材料的切割；其中，所述的超声波发生装置是指任意的超声波发生装置，能够透过其超声发射表面发射一定或可调频率、一定或可调振幅的超声波，超声波的类型可选择任意类型，例如纵波、横波、扭转波、弯曲波、表面波、准纵波、准横波、以上各类超声波的任意复合超声波，但优选纵波、横波；其中，超声波的频率可以是任意频率，例如IOK 200MHz，但优选20 200KHz ； 其中，超声波可以是任意振幅，例如0.01到1000微米，但优选0.1 20微米的振幅； 其中，所述的超声波发生装置的超声发射表面，可以是超声波换能器的超声发射表面，也可以是超声波变幅杆的超声发射表面，或是超声振子的超声发射表面，或是超声振板的超声发射表面，或是超声聚焦透镜的超声发射表面，或者是与上述发射表面紧密接触而起到传导其所发射的超声波作用的固体媒质的表面；其中，所述的超声波发生装置的超声发射表面，可以有任意的几何尺寸，但优选覆盖整个锯切丝网的宽度，可与锯切丝网的所有锯切丝接触，并优选以接触点或接触面连成一条直线或平行四边形的方式接触，在超声波发生装置启动时能将超声波振动传递到所有锯切丝，和优选具有较短的接触面沿锯切丝的长度，以减少摩擦损耗；其中，所述的保持接触可以通过采用例如弹簧、气压位置保持装置(例如带活塞的气缸)等装置的固定来实现。其中，所述的超声波发生装置的超声发射表面,可以是任意形状的表面,但优选能与锯切丝平滑和紧密接触的表面，并优选可形成钝接触的表面，例如具有外凸弧形曲面的接触面的表面，带有微小凹槽网的曲面表面或带有微小凹槽网的外凸弧形曲面的表面，其中，微小凹槽可嵌入锯切丝，并优选以弹性弯曲板或圆杆或轮辊或带有凸起边缘的平板的外凸面作为接触表面。本专利技术中，所述的超声波发生装置的超声发射表面发射的超声波，可以通过该表面与锯切丝的直接接触传递到该切割侧锯切丝，使切割中的锯切丝发生超声频率的振动，并通过锯切丝携带的自由磨料传递超声振动能量到切割前沿，从而实现锯切丝的超声波切割。根据本专利技术的方法，所述的超声发射表面可以选择任意的朝向，但优选与切割方向一致的朝向或与切割方向相反的朝向，以获得其所发射的纵波超声波的振动方向与切割方向一致的效果，提高超声切割的效率和质量。根据本专利技术的方法，所述的锯切丝的切割方向可以是从待切割物体下方向上方切害I]、也可以是从待切割物体上方向下方切割，或者从待切割物体的左侧向右侧切割、或者从待切割物体的右侧向左侧切割。其中，从左侧向右侧切割或者相反的从右侧向左侧切割的情况下，通常待切割物体或其切割前沿浸没在作为自由磨料的悬浮砂浆液体或液流中。根据本专利技术的方法，所述的传递到锯切丝的超声波振动方向，可以是任意方向，例如与切割方向呈任意非零值夹角的方向，但优选与切割方向一致的振动方向，即与切割方向呈零值夹角的方向；并最好避免与锯切丝的直线运动方向一致的方向。根据本专利技术的方法，所述的锯切丝，可以是金属锯切丝例如钢丝或镀膜、涂膜钢丝、钢绞线、钥丝，或者非金属锯切丝例如棉线、尼龙线、碳纤维线、碳纤维多绞线、超高分子量聚乙烯纤维丝、蛋白丝、蛛丝等等，以及其他任意的适宜自由磨料切割的锯切丝。所述的锯切丝网是指由2根或多根锯切丝组成的线网，包括纵横交错的线网。根据本专利技术的方法，所述的自由磨料优选含有分散的磨料粒子的悬浮砂浆或磨削液。根据本专利技术的方法，在所述的任选在超声发射表面与所述的锯切丝接触部位或其附近设置的锯切丝的反压装置，是指从相反方向接触和压迫锯切丝以抵消所述的超声发射表面接触锯切丝导致的锯切丝位置偏置的任意材质和形状的物体，例如板、弹性弯曲板或轮辊、圆杆、圆管，但优选具有呈外凸弧形曲面的接触面的物体，优选具有钝的接触表面的物体。其位置通过固定装置预先设置，并优选使用可伸缩的固定装置、例如带有气囊或弹簧的固定装置或连接于气缸的活塞的固定装置固定，以保持接触和控制接触压力。同样的装置可以用于所述的超声发射表面与锯切丝的保持接触的实现。根据本专利技术的方法，所述的超声发射表面可以设置在所述的锯切丝切入待切割物体的一侧，与锯切丝接触，也可以设置在所述的锯切丝切出待切割物体的一侧，与锯切丝接触；但优选在锯切丝切入待切割物体的一侧和切出待切割物体的一侧各设置一个或一组所述的超声发射表面，并且优选设置在两侧对称的位置，和优选两侧的超声波设置成同频、同功率、同相位或同步，和优选所述的超声发射表面接近锯切丝的同时远离待切割物体以避免传递到待切割物体和切割前沿处的锯切丝的超声波同步。根据本专利技术的方法，所述的超声波优选半波长或四分之一波长的整数倍为所述的切割侧锯切丝网的悬空长度，或锯切丝在切入侧或切出侧的长度。根据本专利技术的方法，所述的超声波发生装置及其设置，可以选择使其在锯切丝上形成任意振幅的超声波，但优选使锯切丝形成振幅为0.1 100微米的超声波，并进一步优选形成振幅为I 20微米的超声波，例如振幅I 15微米，或2 10微米，或3 6微米，等等，并在需要高精度锯切时，优选低于所述的自由磨料的磨粒尺寸的振幅。较小的超声波振幅可以提高超声波多丝锯切的精度，获得更加光滑的切割表面，并更适合硬脆材料的切割；较大的超声波振幅可以提高超声波多丝锯切的能力，更适合低精度要求下的快速切割。根据本专利技术的方法，所述的超声波发生装置及其设置，可以选择使其在锯切丝上形成任意频率的超声波，但优选使锯切丝形成频率10 ΙΟΟΟΚΗζ (千赫兹)的超声振动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波自由磨料多丝锯切方法，包括步骤：(1)设置包含有切割侧的至少2根锯切丝或锯切丝网；(2)设置包含有与至少部分切割侧锯切丝接触并保持接触的至少一个超声发射表面的至少一个超声波发生装置，并任选在该接触部位或其附近设置锯切丝的反压装置，从相反方向接触锯切丝以阻止所述的超声发射表面接触锯切丝导致的锯切丝位置偏置；(3)使锯切丝携带自由磨料切割待切割物体，并启动超声波发生装置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钧永，
申请(专利权)人：赵钧永，
类型：发明
国别省市：上海;31