способ резки хрупких неметаллических материалов
Классы МПК: | C03B33/02 резка или отломка листового стекла; приспособления или машины для этого |
Автор(ы): | Кондратенко В.С. |
Патентообладатель(и): | Кондратенко Владимир Степанович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-08-15 публикация патента:
20.06.2003 |
Изобретение относится к способам резки хрупких неметаллических материалов, в частности к способам лазерной резки таких материалов, как любой тип стекла, включая кварцевое стекло, различные монокристаллы, все типы керамики, а также полупроводниковые материалы. Техническая задача изобретения - повышение производительности и качества резки хрупких неметаллических материалов за счет возможности осуществления сквозной и несквозной резки, пересекающихся резов, резки двухслойных пакетов материалов. В способе резки хрупких неметаллических материалов, включающем нанесение надреза по линии реза с помощью резца и дополнительное воздействие на поверхность материала, дополнительное воздействие на поверхность материала осуществляют в зоне нанесения надреза по крайней мере одним источником упругих волн. При этом упругие волны концентрируют в объеме материала в зоне надреза по линии реза, а амплитуду и частоту упругих волн выбирают из условия углубления надреза на заданную глубину или сквозной резки. Для нанесения надреза в качестве резца используют алмазную пирамиду с режущей гранью, имеющей угол 70-140 угловых градусов. Кроме того, для нанесения надреза можно использовать в качестве резца вращающийся твердосплавный ролик с углом заточки 70-140 угловых градусов. В ряде случаев воздействие упругой волны по линии надреза осуществляют после завершения процесса нанесения надреза. В случае необходимости воздействие упругих волн осуществляют только в заданных зонах материала по линии реза. В ряде случаев линия воздействия источника упругих волн и линия надреза смещены относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной поверхности материала. Иногда концентрируют одновременно две упругие волны со стороны нанесения надреза вслед за резцом по обе стороны относительно линии надреза. 7 з.п.ф-лы, 9 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9
Формула изобретения
1. Способ резки хрупких неметаллических материалов, включающий нанесение надреза по линии реза с помощью резца и дополнительное воздействие на поверхность материала, отличающийся тем, что дополнительное воздействие на поверхность материала осуществляют в зоне нанесения надреза по крайней мере одним источником упругих волн, при этом упругие волны концентрируют в объеме материала в зоне надреза по линии реза, а амплитуду и частоту упругих волн выбирают из условия углубления надреза на заданную глубину или сквозной резки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве резца используют алмазную пирамиду с режущей гранью, имеющей угол 70-140 угловых градусов. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве резца используют вращающийся твердосплавный ролик с углом заточки 70-140 угловых градусов. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что воздействие упругой волны по линии надреза осуществляют после завершения процесса нанесения надреза. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что воздействие упругих волн осуществляют только в заданных зонах материала по линии реза. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что линия воздействия источника упругих волн и линия надреза смещены относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной поверхности материала. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что концентрируют одновременно две упругие волны со стороны нанесения надреза вслед за резцом по обе стороны относительно линии надреза. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что одновременно концентрируют упругую волну в объеме материала в зоне надреза, воздействуя концентратором упругой волны на противоположную поверхность материала в зоне, расположенной между зон воздействия двух других упругих волн, концентрируемых со стороны надреза.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способам резки хрупких неметаллических материалов и может быть использовано в различных областях производства для высокоточной и высокопроизводительной резки таких материалов, как любой тип стекла, включая кварцевое стекло, различные монокристаллы, например сапфир и кварц, все типы керамики, а также полупроводниковые материалы. При этом резка может осуществляться как на всю толщину разрезаемого материала, так и на любую задаваемую глубину. Кроме того, возможно в процессе резки по одной линии реза чередование сквозных резов с несквозными резами на заданную глубину. Представляется высокоэффективным использование данного изобретения для сквозной резки стекла толщиной от 0,1 до 20 мм, в том числе в процессе выработки стекла. Кроме того, обеспечивается резка с пересекающимися линиями реза без ухудшения качества резки в точках пересечения. Также обеспечивается резка как однослойных материалов, так и склеенных пакетов, что чрезвычайно важно при резке таких изделий, как плоские дисплейные экраны (FPD), в том числе жидкокристаллические экраны (LCD). Еще одной особенностью настоящего изобретения является возможность сквозной резки как под прямым углом к поверхности материала, так и с наклоном к поверхности разрезаемого материала. Последний прием очень важен при резке дисков или других изделий с замкнутым контуром. Известен способ резки хрупких неметаллических материалов, используемый в установке для лазерной обработки хрупких материалов, включающий нагрев одной из поверхностей листа разрезаемого материала лазерным пучком, обеспечивающий образование разделяющей трещины, а также используется дополнительное механическое воздействие на противоположную поверхность листа (см. Патент РФ 2139779, МКИ В 23 К 26/00, публ. 20.10.99). Однако как в случае применения постоянного механического воздействия на противоположную поверхность материала, так и в сочетании с постукиванием подвижным шариком по поверхности противоположной стороны листа по траектории перемещения лазерного пучка, эти приемы позволяют лишь сократить запаздывание сквозной трещины относительно положения лазерного пучка на поверхности материала, но не позволяют повысить скорость резки. Поэтому такой способ резки не нашел широкого практического применения из-за чрезвычайно низкой производительности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ резки стекла, включающий нанесение надреза по линии реза с помощью резца и дополнительное воздействие на поверхность стекла с помощью акустических колебаний, при этом акустические колебания возбуждают параллельно поверхности стекла (см. Авторское свидетельство СССР 996347, МКИ5 С 03 В 33/02, приор. 01.10.80 г.). В данном способе образование сквозной трещины происходит за счет сообщения стеклу акустических колебаний в ультразвуковом диапазоне 2-5 кГц, при этом акустические колебания возбуждают параллельно поверхности стекла после нанесения надреза. Кроме того, для повышения эффективности процесса частоту акустических колебаний выбирают равной частоте собственных колебаний стекла для возникновения резонансной частоты колебаний. Однако данный способ имеет ряд очень существенных недостатков, которые препятствуют его широкому практическому применению в промышленности. Во-первых, для того, чтобы придать всему листу стекла ультразвуковые колебания, способные привести к раскалыванию стекла вдоль нанесенного резцом надреза, требуется провести огромные энергетические затраты. Во-вторых, данный процесс резки очень инерционен, так как состоит из отдельных, разнесенных по времени технологических операций: нанесение надреза, установка в строго заданном месте относительно линии надреза вибратора и его плотная фиксация на поверхности стекла для обеспечения жесткого контакта, включение магнитострикционного или пьезоэлектрического преобразователя. Кроме того, в связи с тем, что после каждого очередного реза изменяются размеры исходной заготовки стекла, необходимо изменять частоту колебаний для получения резонансной частоты колебаний. Это требует предварительных трудоемких расчетов и постоянной корректировки частоты колебаний. В-третьих, плотный контакт вибратора с поверхностью стекла приводит к повреждению поверхности стекла, то есть к появлению царапин и выколок. Это приводит к появлению большого процента брака. В основу настоящего изобретения положена задача повышения производительности и качества резки хрупких неметаллических материалов за счет возможности осуществления сквозной и несквозной резки как в одном, так и в разных технологических циклах при равной скорости резки, за счет обеспечения возможности осуществления пересекающихся резов, а также за счет возможности резки двухслойных пакетов материалов. Поставленная задача решается тем, что в способе резки хрупких неметаллических материалов, включающем нанесение надреза по линии реза с помощью резца и дополнительное воздействие на поверхность материала, отличительным является то, что дополнительное воздействие на поверхность материала осуществляют в зоне нанесения надреза по крайней мере одним источником упругих волн, при этом упругие волны концентрируют в объеме материала в зоне надреза по линии реза, а амплитуду и частоту упругих волн выбирают из условия углубления надреза на заданную глубину или сквозной резки. Для нанесения надреза в качестве резца используют алмазную пирамиду с режущей гранью, имеющей угол 70-140 угловых градусов. Для нанесения надреза можно использовать в качестве резца вращающийся твердосплавный ролик с углом заточки 70-140 угловых градусов. В ряде случаев воздействие упругой волны по линии надреза осуществляют после завершения процесса нанесения надреза, то есть углубление надреза или сквозная резка могут осуществляться одновременно с нанесением надреза в одном технологическом цикле, но могут осуществляться и в двух независимых циклах. В случае необходимости воздействие упругих волн осуществляют только в заданных зонах материала по линии реза. В ряде случаев линия воздействия источника упругих волн и линия надреза смещены друг относительно друга в плоскости, перпендикулярной поверхности материала. Этот прием обеспечивает получение наклонного реза. Иногда концентрируют одновременно две упругие волны со стороны нанесения надреза вслед за резцом по обе стороны относительно линии надреза. В ряде случаев одновременно концентрируют упругую волну в объеме материала в зоне надреза, воздействуя концентратором упругой волны на противоположную поверхность материала в зоне, расположенной между зон воздействия двух других упругих волн, концентрируемых со стороны надреза. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:- фиг. 1 - схема углубления надреза в материале на заданную глубину с помощью упругой волны;
- фиг.2 - схема сквозного углубления надреза с помощью упругой волны;
фиг. 3 - схема проведения в одном цикле несквозного и сквозного реза и двух сквозных пересекающихся резов;
фиг. 4 - схема осуществления наклонного реза по отношению к поверхности материала;
- фиг. 5 - схема сквозной резки одной из двух склеенных пластин;
фиг.6 - схема докалывания пластины относительно надреза за счет концентрации двух упругих волн со стороны надреза;
- фиг. 7 - схема сквозной резки с применением механического волновода и концентратора упругой волны, расположенных с противоположной стороны разрезаемого листа;
- фиг.8 - схема сквозной резки с применением трех концентраторов упругих волн: а - вид сбоку; б - вид спереди (сечение);
- фиг. 9 - вариант концентратора упругой волны, воздействующего со стороны надреза. Способ резки хрупких неметаллических материалов за счет осуществления надреза с помощью резца и воздействия в зоне надреза упругих волн заключается в следующем. При воздействии на поверхность стекла или другого хрупкого неметаллического материала 1 с помощью резца 2 при их относительном перемещении со скоростью
![способ резки хрупких неметаллических материалов, патент № 2206527](/images/patents/264/2206526/965.gif)
![способ резки хрупких неметаллических материалов, патент № 2206527](/images/patents/264/2206024/948.gif)
![способ резки хрупких неметаллических материалов, патент № 2206527](/images/patents/264/2206024/948.gif)
![способ резки хрупких неметаллических материалов, патент № 2206527](/images/patents/264/2206063/981.gif)
![способ резки хрупких неметаллических материалов, патент № 2206527](/images/patents/264/2206023/8226.gif)
Класс C03B33/02 резка или отломка листового стекла; приспособления или машины для этого