DE3802387A1

DE3802387A1 - Trennverfahren sowie vorrichtung zu seiner durchfuehrung

Info

Publication number: DE3802387A1
Application number: DE3802387A
Authority: DE
Inventors: Akio Kuromatsu
Original assignee: Applied Magnetic Lab Co Ltd
Current assignee: Applied Magnetic Lab Co Ltd
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1988-01-27
Publication date: 1988-09-15
Also published as: GB2203084A; GB8804071D0; DE3802387C2; US4920946A; US4930486A; GB2203084B; KR930007110B1; KR880010870A

Description

Die Erfindung betrifft ein Trennverfahren, bei dem aus mindestens einem länglichen Metallband hergestellte Blätter mechanisch gespannt werden; die Blattseitenkanten gegen ein zu bearbeitendes Werkstück mit einer vorherbestimmten Anpreßkraft gedrückt werden und eine Relativ- Bewegung zwischen den Blättern und dem Werkstück zum Trennen des Werkstücks ausgeführt wird, sowie eine Trennvorrichtung mit einer mechanischen Spanneinrichtung für die Blätter zum Anlegen einer mechanischen Spannung an die jeweils aus mindestens einem länglichen Metallband hergestellten Blätter und um die Blattkante gegen ein zu bearbeitendes Werkstück mit einer vorherbestimmten Andrückkraft zu drücken; Einrichtungen zur Relativbewegung der Blätter und des zu bearbeitenden Werkstücks zum Trennen des Werkstücks.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum effizienten und präzisen Trennen größerer zu bearbeitende Werkstücke (im folgenden als das Werkstück bezeichnet) und insbesondere auf ein Trennverfahren mittels Trennblättern und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung, um effizient und präzise harte und spröde Materialien, bspw. Siliciumoxid großer Durchmesser, Halbleiterkristalle, Sendust-Glas, neue Keramikmaterialien etc., ferner darüber hinaus Komposit-Materialien wie FRM, Stahlbeton und ähnliches mittels eines neuartigen Verfahrens zu schneiden, bei dem jedes Trennblatt im wesentlichen aus einem Metallband besteht.

Bei konventionellem Trennen von stangenförmigen, massiven oder rohrförmigen Materialien, die aus üblichen metallischen Materialien wie Stählen, Kupfer- oder Aluminium- Legierungen hergestellt sind, wird die sogenannte Metallsägevorrichtung, die mit einer Sägekante entlang einer Längskante eines Bandstahlblattes aus einem Carbid-Werkzeugstahl oder einem Legierungs-Werkzeugstahl ausgerüstet ist, eingesetzt.

Der Verarbeitungsmechanismus ist dabei nicht Fräsen, sondern Schneiden, so daß das Trennen von harten und spröden Materialien, wie Keramik, Glas, Quarz, Kompositmaterialien auf Metallbasis, intermetallischen Verbindungen und Hartmetallen unmöglich ist.

Üblicherweise werden die nachfolgenden zwei Verfahren zum Trennen der obengenannten speziellen stabförmig massiven oder rohrförmigen Materialien eingesetzt.

Ein Trennverfahren ist das sog. Außenkanten-Trennverfahren, bei dem das zu trennende Werkstück gegen einen scheibenförmigen, am Außenumfang mit einer Schleifschicht versehene und mit hoher Geschwindigkeit gedrehten Schleifstein gepreßt wird, wie in Fig. 7 gezeigt.

Ein weiteres Trennverfahren ist das sog. Innenkanten- Trennverfahren, bei dem eine an ihrer Innenkante mit einer abrasiven Schicht versehene ringförmige Trennscheibe 10-2, wie in Fig. 8 gezeigt, mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird und das Werkstück 2 in den Innenkreis der Trennscheibe eingebracht und dort geschnitten wird, während das Werkstück 2 gegen den Innenumfang der Trennscheibe 10-2 gedrückt wird.

Einerseits ist das Außenkanten-Trennverfahren ein bekanntes Verfahren, das auf vielen Gebieten eingesetzt wird. Dieses Verfahren erlaubt sog. Mehrfach-Trennen unter hoher Trenneffizienz, wobei ein Werkstück 2 gleichzeitig in viele Teile erwünschter Dicke mittels mehrerer Trennscheiben 10-1 geschnitten werden kann, die durch Abstandshalter in regelmäßigen Abständen aufeinander angeordnet sind. Bei diesem Trennen mit der Außenkante ist die Trenntiefe des Werkstücks auf etwa ein Drittel des Scheibenaußendurchmessers begrenzt, falls ein Werkstück von größeren Ausmaßen getrennt wird, wird die Trennkante abgelenkt und während der Bearbeitung zurückgebogen, wodurch es unmöglich wird, ein Werkstück unter Beachtung der Verarbeitungsgenauigkeit zu be- oder verarbeiten.

Demzufolge muß dann, wenn Materialien großen Durchmessers getrennt werden sollen, der Durchmesser der Trennscheibe selbst entsprechend der Größe des Materials erhöht werden. Je mehr der Durchmesser der Trennscheibe erhöht wird, wachsen die Hindernisse, wie Abnutzung der Trennscheibe, schlechtere Laufgleichmäßigkeit der Maschine und ähnliches, so daß das Präzisionstrennen schwieriger wird.

Andererseits ist es beim Innenkanten-Trennverfahren möglich, ein relativ großes Werkstück 2 im Ausmaß des Innenkreises der Trennscheibe mit hoher Präzision zu trennen, da die Trennscheibe gedreht wird, während sie an ihrem Außenumfang gehalten ist. Es ist aber aufgrund der Bauweise der Vorrichtung unmöglich, viele Trennprodukte gleichzeitig zu erhalten, woraus eine schlechtere Trenneffizienz resultiert.

Um die Nachteile der beiden Arten Trennverfahren zu vermeiden, wird ein Trennverfahren (nachfolgend als Mehrblatt- Trennverfahren bezeichnet) unter paralleler und äquidistanter Anordnung mehrerer Bandstahl-Blätter (nachfolgend als "Blätter" bezeichnet); Anbringen derselben unter einer konstanten mechanischen Spannung an einem Rahmen und Hin- und Herbewegung dieses Rahmens, um das Werkstück zu trennen, entwickelt.

Dieses Trennverfahren ist deshalb entwickelt worden, um hartes und sprödes Material, das eines der Rohmaterialien für Halbleiter ist, mit hoher Präzision und in großen Mengen, entsprechend den Anforderungen der modernen Halbleiter- Technologie, bearbeiten oder trennen zu können.

Beim Trennen mittels Blättern gibt es normalerweise drei Arten von Trennverfahren, von denen eines das Trennen mittels einer Metallsägevorrichtung, die eine Sägekante, wie oben beschrieben, besitzt, und die beiden anderen Trennverfahren Fräsverfahren mit gebundenen und ungebundenen Schleifkörpern, sind.

Mit der Metallsägemaschine können ausschließlich übliche Metall-Materialien, wie bereits festgestellt, geschnitten werden. Die Sägemaschine wird nicht zum Trennen anderer spezieller Materialien eingesetzt.

Beim Trennen mit gebundenen Schleifkörpern wird üblicherweise eine auf einer Kante eines Stahlblechs befestigte Schleifschicht für das rohe Trennen von leicht trennbaren Materialien, wie Marmor, Ziegel, Sandstein und dergleichen eingesetzt.

Beim Trennen der obengenannten harten und spröden Materialien mit hoher Präzision werden üblicherweise ungebundene Schleifkörper eingesetzt. Das Mehrblatt-Trennverfahren mit diesen ungebundenen Schleifkörpern wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 12 erläutert. Mehrere längliche Blätter 1′, hergestellt aus Bandstählen aus SK-Material mit einer Dicke von ca. 0,1 bis zu 0,3 mm werden mittels Abstandshaltern 3 parallel zueinander und äqui-distant am Rahmen 10 mittels eines Befestigungsmittels 4 befestigt. Danach werden alle Blätter 1′ auf Spannung an der Elastizitätsgrenze gebracht. Nachdem die obengenannte Anordnung fertiggestellt worden ist, werden die Blattkanten gegen das Werkstück 2 gedrückt und mit diesem in Berührung gebracht, während eine vorherbestimmte Anpreßkraft auf das Werkstück ausgeübt wird und die Blätter 1′ in Längsrichtung hin- und herbewegt werden, um das Werkstück zu trennen, während ein Arbeits- oder Schleiffluid, eine Aufschlämmung, in der Schleifkörper in einer Flüssigkeit, wie einem Öl oder Wasser dispergiert sind, aus einem Aufschlämmungszuführteil 5′ zugeführt wird.

Diese Hin- und Herbewegung wird durchgeführt, indem die Rotation eines Schwungrades 11 in eine Linearbewegung der Verbindungsstange 2 umgesetzt wird. Das Schwungrad wird über einen Keilriemen 14 von einem Motor 13 angetrieben.

Die Position eines auf dem Schwungrad 11 angebrachten Stiftes, der mit der Verbindungsstange 12 verbunden ist, kann durch Verschiebung eingestellt werden, wodurch die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung und der Hub geregelt werden können. Der Motor 13 kann selbstverständlich mit variabler Geschwindigkeit angetrieben werden.

Demzufolge können viele Trenn-Produkte gleichzeitig hergestellt werden. Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung, bei der ein senkrechtes Schwungrad verwendet wird. In dieser Zeichnung ist 6 eine Feder, 15 ein Gewicht und 16 ein Pulvertank. Fig. 10 zeigt ein weiteres Beispiel unter Einsatz eines horizontalen Schwungrades.

Ein Trennverfahren mit ungebundenen Schleifkörpern ist in Fig. 12 gezeigt, wobei ein Arbeitsfluid mit Schleifkörpern in einen Spalt zwischen dem Blatt 1′ und dem Werkstück 2 geführt wird, um die Schleifkörper durch die Relativbewegung zwischen diesen zu rollen und zu ziehen, oder das Werkstück 2 mit den Schleifkörpern zu schleifen, so daß feine Risse im Werkstück 2 unter Fortschreiten des Trennens ausgebildet werden. Dieses beruht auf einem Prinzip ähnlich dem Läpp-Verfahren.

Dem Mehrblatt-Trennverfahren mit ungebundenen Schleifkörpern innenwohnende Vorteile werden nachfolgend genannt:

(1) Es können gleichzeitig viele Trenn-Produkte großer Ausmaße erhalten werden.
(2) Das Ver- oder Bearbeitungsprinzip ähnelt dem Läpp- Verfahren, so daß während der Bearbeitung wenig Wärme entsteht und pulverförmige Schleifkörper zur Erzeugung einer kleinen Bearbeitungsschicht eingesetzt werden können.
(3) Das Trennverfahren ist insbesondere zum Trennen harter und spröder Materialien auf Grund des Läpp-Trennverfahren- Typs ausgelegt.

Demzufolge ermöglicht das Mehrblatt-Trennverfahren mit ungebundenen Schleifkörpern das gleichzeitige präzise Trennen harter und spröder Materialien in mehrere Teile.

Verglichen mit den üblichen Trennverfahren zum Trennen des Werkstücks mit den obengenannten ungebundenen Schleifkörpern oder einer Trennscheibe wird das Werkstück mit sehr niedriger Trenngeschwindigkeit pro Stunde und Blatt verarbeitet.

Die Verarbeitungsgeschwindigkeit pro Blatt ist also sehr niedrig, verglichen mit dem üblichen Trennscheiben-Trennen. Demzufolge ist dann sogar, falls das Werkstück in dem Mehrblatt-Trennverfahren geschnitten werden kann, die für einen Trennvorgang benötigte Zeit beträchtlich länger, verglichen mit dem üblichen Trennscheiben-Trennen, so daß die Trenneffizienz nicht, wie erwartet, zunimmt.

Unter diesen Umständen ist das Mehrblatt-Trennverfahren nur begrenzt in einem Spezialgebiet einsetzbar. Beim Trennverfahren treten, zusätzlich zu den obengenannten Nachteilen verschiedene, unten aufgeführte Probleme auf.

Erstens wird bei diesem Trennverfahren eine große Menge Schleifkörper mit der Flüssigkeit gemischt, um stets kontinuierlich eine Aufschlämmung der Schleifkörper zum Trennteil zu liefern, wobei ein Verlust von etwa einem Drittel der Schleifkörper eintritt, so daß keine teueren Superschleifkörper, wie Diamant, CBN und ähnliches, sondern nur preiswerte Schleifkörper geringer Härte, wie SiC- (GC)-Schleifkörper, eingesetzt werden können. Demzufolge sind die damit trennbaren Werkstücke auf relativ weiche und spröde Materialien einer Moore-Härte von unter 7 begrenzt.

Zweitens ist dieses Trennverfahren wegen der auftretenden Luftverschmutzung ungünstig, da die Vorrichtung selbst und deren Umgebung unter Auftreten unangenehmen Geruchs, wenn das Werkstück ver- oder bearbeitet wird und die Aufschlämmung mit ungebundenen Schleifkörpern im Öl oder ähnlichem zum Trennteil gefördert wird, verunreinigt werden.

Dieses Trennverfahren ähnelt im Prinzip dem Läpp-Verfahren, so daß das Werkstück und die Blätter durch die ungebundenen Schleifkörper hoher Härte unter Verkürzung der Lebenszeit der Blätter abgerieben werden. Demzufolge müssen, bevor die Bearbeitung irgendeines Werkstückes abgeschlossen ist, die Blätter häufig ausgewechselt werden. Die Vorrichtung wird mit einer niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit betrieben und häufig unter Verringerung der Laufzeit angehalten werden.

Ferner wird dann, wenn neue Materialien, die zur Zeit entwickelt und eingesetzt werden, geschnitten werden und die Blätter häufig während der Bearbeitung gewechselt werden, die Schnittfläche des Werkstücks beim Austausch der Blätter derart verändert, daß die Trennprodukte an kommerziellem Wert verlieren.

Demzufolge ist das Mehrblatt-Trennverfahren mit ungebundenen Schleifkörpern nicht zum Trennen von schwierig zu bearbeitenden Rohmaterialien, wie neue Keramiken, Kompositmaterialien und intermetallischen Verbindungen, die später eingesetzt werden sollen, geeignet.

Demzufolge ist ein Ziel der Erfindung, ein Trennverfahren mit Trennblättern sowie eine Vorrichtung mit einem neuen Trennmechanismus zu schaffen, die die Vorteile des Mehrblatttrennverfahrens praktisch nutzen und dessen Nachteile vermeiden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Trennens durch Läppen mit niedriger Bearbeitungseffizienz zu vermeiden und große Materialstücke schnell und präzise mit Trennblättern mit gebundenen Schleifkörpern zu trennen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, das Zusetzen der Blätter durch Einsatz eines elektrochemischen Verfahrenschrittes, damit die Kanten der Blätter lange scharf bleiben, zu vermeiden.

Demzufolge wird der Verlust von Schleifkörpern verringert und die Lebenszeit der Blätter gegenüber dem Verfahren nach dem Stand der Technik, beträchtlich erhöht, so daß es möglich ist, sogar bei der Verwendung von Superschleifkörpern ausreichend ökonomisch zu arbeiten.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, einen neuen Ver- oder Bearbeitungsmechanismus zu schaffen, der in einem Kompositbearbeitungsverfahren läuft, der nicht nur einen mechanischen Entfernungsschritt, sondern auch weitere elektrische und elektrochemische Schritte aufweist und auch weitere Bearbeitungsprinzipien umfaßt.

Es ist bei diesem Be- oder Verarbeitungsprinzip ein Ziel der Erfindung, die Verwendung von Superschleifkörpern sowie das präzise Trennen aller großen Rohmaterialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften wie Metallen, neue Keramikmaterialien, Kompositmaterialien und ähnlichem, zu ermöglichen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Relativ- Geschwindigkeit zwischen Werkstück und Trennblättern zu erhöhen, um die Ver- oder Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Eine Grundkonstruktion gemäß dieser Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung mit Trennblättern, die mindestens ein aus einem länglichen Metallband hergestelltes Blatt, das an den Kanten mit einer leitfähigen Abrasivschicht versehen ist, eine an mindestens einem Blattende vorgesehene Spannvorrichtung, eine Anpreßeinrichtung, um eine vorher bestimmte Anpreßkraft zwischen Abrasivschicht des Blattes und Werkstücks aufzubringen, eine Antriebseinrichtung, um eine Relativbewegung zwischen Blatt und zu bearbeitendem Werkstück in Blattlängsrichtung herzustellen; eine Elektrode, die neben der Blattkante mit Abrasivschicht angeordnet ist; eine Säuberungsspannungsquelle, um kontinuierlich oder intermittierend elektrische Spannung zwischen Elektrode und Blatt derart anzulegen, daß der Pluspol auf dem Blatt liegt, und eine Einrichtung, um leitfähige Arbeitsflüssigkeit mindestens zu einem Arbeitsbereich zwischen Blatt und Werkstück und zwischen Elektrode und Blatt zu fördern, aufweist.

Die obengenannten Ziele werden erreicht, indem kontinuierlich oder intermittierend Spannung zwischen Blatt und Werkstück derart angelegt wird, daß der Plus-Pol am Werkstück liegt und ferner zusätzlich mindestens das Blatt, das Werkstück und/oder die Arbeitsflüssigkeit in Ultraschallschwingung versetzt wird; dies findet durch entsprechende, unten beschriebene Einrichtungen gleichzeitig statt.

Die Konstruktion gemäß der Erfindung ist unten erläutert.

Die Erfinder haben unter Berücksichtigung der Probleme obengenannter konventioneller Trennverfahren festgestellt, daß es am besten ist, das Trennverfahren mit Trennblättern einzusetzen, wodurch große Werkstücke gleichzeitig in mehrere Trennprodukte zertrennt werden können. Die Erfinder haben gefunden, daß anstelle des Trennens mit dem Läpp-Verfahren mit ungebundenen Schleifkörpern ein neuartiges Trennverfahren, basierend auf einem neuen Verarbeitungsprinzip in einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung mit Blättern eingeführt werden sollte, um die Verarbeitungseffizienz beträchtlich zu erhöhen und begannen mit der Entwicklung einer derartigen Vorrichtung.

Anschließend wurde eine Untersuchung dieses Verfahrensmechanismus verglichen mit dem obengenannten mit ungebundenen Schleifkörpern durchgeführt und gefunden, daß das Werkstück bei einer gegenüber konventionellen Trennverfahren mit Trennblättern beträchtlich erhöhten Arbeitsgeschwindigkeit geschnitten werden kann, indem jedes Blatt eine Längskante mit gebundenen Schleifkörpern anstelle einer Metallplatte, die gleichmäßig rauhe Materialien aufweist und eine normale Schleifflüssigkeit anstelle einer Aufschlämmung mit ungebundenen Schleifkörpern zu einem Kontaktabschnitt (Trennbereich) zwischen Werkstück und jedem Blatt unter Ausübung einer vorherbestimmten Anpreßkraft zwischen diesen, zur Trennung, während eine Relativbewegung in Längsrichtung der Blätter zwischen beiden erzeugt wird, geführt wird.

Als Schleifkörper können Superschleifkörper wie Diamant, CBN und ähnliches bei dieser Trennvorrichtung aufgrund des geringeren Verlusts an gebundenen Schleifkörpern und mit verbesserter Prozeßeffizienz eingesetzt werden.

Wenn das Werkstück lediglich mit dem Blatt, dessen Kante aus diesen gebundenen Schleifkörpern hergestellt ist, getrennt wird, tritt bei einigen Werkstücken während der Verarbeitung ein Zusetzen auf, das die Schärfe der Blattkante schrittweise verringert.

Die Erfinder haben daraufhin begonnen, die Probleme des Zusetzens zu untersuchen. Es ist bekannt, auf Trennscheiben häufig auftretende Abscheidungen durch Säubern der Trennscheibe zu beseitigen. Bei der normalen Säuberung wird eine Säuberungseinrichtung kontinuierlich oder intermittierend gegen das Werkstück während des Arbeitsprozesses gedrückt, um mechanisch die Abscheidung und Schleifkörper von der Oberfläche der Trennscheibe zu entfernen, um derart die Trennscheibe zu korrigieren oder zu säubern.

Demzufolge wurde diese Säuberung mit der Säuberungseinrichtung in den verschiedensten Weisen bei der Erfindung durchgeführt, und gefunden, daß bei der normalen Säuberungseinrichtung hohe Verluste an Schleifkörpern auftreten, wodurch die Einsatzzeit des Blattes unerwartet vermindert wird und gleichzeitig Diamanten der Säuberungseinrichtung verloren gehen, wodurch viel Zeit bei der Wartung und dem Austausch der Säuberungseinrichtung verloren geht. Diese Verluste waren beim Trennen besonders harter und spröder Materialien, wie den vorbeschriebenen Keramiken und ähnlichem oder den hochviskosen Aluminiumsystem- oder Nickelsystem-Kompositmaterialien beträchtlich. Demzufolge sind wir dazu dem Schluß gekommen, daß es sehr schwierig ist, das Säubern mit der Säuberungseinrichtung in die Praxis umzusetzen.

Die Erfinder haben anstelle der normalen Reinigungseinrichtung ein anderes Trennverfahren untersucht und festgestellt, daß die Schärfe bei Verfahren dann lange erhalten bleibt, wenn elektrische Spannung an ein Teil, an dem Schleifkörper haften, angelegt und eine leitfähige Schleifflüssigkeit eingesetzt wird, eine geladene und abtragbare Elektrode, die aus leicht zu bearbeitendem Material hergestellt ist (bspw. Graphit oder Sintermaterial mit Graphitgehalt) stark an die Schleifschicht (Kante) des Blattes angenähert oder leicht mit dieser kontaktiert wird, und kontinuierlich eine Spannung zwischen Blatt und Elektrode derart angelegt wird, daß der Pluspul auf dem Blatt liegt oder eine Spannung intermittierend angelegt wird und die Schleifflüssigkeit zugeführt wird.

Letzteres hängt von der Säuberung während des Bearbeitungsprozesses ab, da die Schleifschicht unter elektrolytischen und Elektro-Entladungsschritten gereinigt wird. Durch die Säuberungsoperation tritt kaum mechanischer Abrieb der Schleifschicht auf, so daß lediglich eine geringe Menge Schleifkörper verloren geht und gleichzeitig die als Säuberungseinrichtung dienende Elektrode kaum abgetragen wird, wodurch die Ver- oder Bearbeitungsgeschwindigkeit beträchtlich erhöht und eine lange Standzeit ermöglicht wird.

Zur Schleifkörperbefestigung am Blatt kann jede Art von Metallbindung, Harzbindung oder Elektro-Abscheidung eingesetzt werden. Bei der Metallbindung kann eine Kupfer-, Eisen- oder Nickellegierung als Bindemittel eingesetzt werden; bei der Harzbindung ein Epoxy-, Phenol- oder anderes Harz mit Metallpulver gemischt werden, um die Leitfähigkeit des Klebemittels zu gewährleisten. Zusätzlich kann eine harzgebundene Schleifschicht aufgebracht und das Metall in dieselbe eingebracht werden; die Schleifkörper können auch mit dem Metall überzogen werden. Die Elektroabscheidung ermöglicht die Verwendung von Nickel und Nickellegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, Eisen und Eisenlegierungen und ähnlichem als abgeschiedene Schichten.

Es war den Erfindern ferner bekannt, daß zusätzlich zu obengenannten Bearbeitungsverfahren dann, wenn eine Spannung kontinuierlich oder diskontinuierlich zwischen Werkstück und Blatt angelegt wird, drei Betriebsarten, nämlich Schleifen, Elektrolyse und Elektroentladungsbetriebsschritte am Werkstück unter Multiplikation der Wirkungen derselben unter beträchtlicher Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit durchgeführt werden.

Dieses ist ein wichtiger Grund für die Entwicklung einer Trennvorrichtung unter Einsatz der obengenannten Säuberungsspannung. Es ist zu beachten, daß die Erfindung sich vom normalen elektrolytischen Schleifen insofern unterscheidet, als eine geeignete Anpreßkraft zwischen Werkstück und Blattkante eingesetzt wird.

Beim bekannten elektrolytischen Schleifen wird zwischen einer Werkstückselektrode (+) und einer Trennscheibenelektrode (-) und zwischen dem obengenannten Blatt und einer Säuberungselektrode eine Relation zur Durchführung der Elektrolyse auf der Werkstücksoberfläche ein Zustand der Fastberührung derart, daß die Elektrolyse-Produkte von der Trennscheibe abgenommen und entfernt werden, aufrechterhalten.

Die Erfindung unterscheidet sich vom elektrolytischen Schleifen, indem die abrasive Schicht eine Blattes auf das Werkstück mit einer geeigneten Kraft gedrückt wird, wodurch eine rein mechanische Schleifoperation mit Schleifkörpern erfolgt. Bei der Erfindung erfolgen an einem Metallwerkstück die elektrolytischen und Elektro- Abscheideoperationen gleichzeitig mit dem mechanischen Schleifen, und bei einem nichtmetallischen Werkstück wird die Elektro-Entladungsoperation gemeinsam mit dem mechanischen Schleifen durchgeführt.

Das Verfahrensprinzip ist reine Annahme, es wird aber angenommen, daß Schleifkörper nicht leitfähiger Materialien stets in Kontakt mit einem Werkstück und leitfähige Materialien (Metall), die unter die Schleifkörper gemischt oder diese beschichten, häufig mit dem Werkstück in Berührung gebracht und von diesem getrennt werden, wodurch ein elektrolytischer Schnitt über eine leitfähige Schleifflüssigkeit zwischen den leitfähigen Materialien und dem Werkstück erfolgt, wenn sie nicht miteinander in Kontakt stehen, und eine kleine Elektro-Entladungsoperation mit hoher Energie an Übergangsstellen von Berührung zu Nichtberührung zwischen leitfähigen Materialien und dem Werkstück in vice versa auftritt. Es sollte auch insbesondere beachtet werden, daß die Schleifschicht des Blattes keinen sog. Segmenttyp mit alternierend angeordneten Bereichen leitfähiger Materialien und abrasiver Schichten nichtleitender Materialien bilden muß und daß die abrasive Schicht bevorzugt lediglich Kantenabschnitte leitfähigen Materials bildet, die mit dem Werkstück in Berührung gebracht werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung näher erläutert, in der zeigt

Fig. 1 schematisch die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Mehrblatt-Trennvorrichtung,

Fig. 2 schematisch die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung mit einem einzelnen Trennblatt,

Fig. 3 (a) und (b) jeweils Seitenansichten eines Blattes mit ununterbrochener Kante und eines Blattes mit unterbrochener Kante, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbar sind,

Fig. 4 (a) und (b) entsprechend Vorderflächenansichten der in Fig. 4 (a) und (b) gezeigten Blätter,

Fig. 5 (a), (b) und 6 (a) entsprechende Ansichten von Blattkanten anderer Formen von unten,

Fig. 6 (b) eine Seitenansicht des in der Fig. 6 (a) gezeigten Blattes,

Fig. 7 ein Außenkanten-Trennverfahren gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 8 ein Innenkanten-Trennverfahren gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 9 eine Seitenansicht eines Hin-und-her-Bewegungsmechanismus nach dem Stand der Technik, bei dem ein senkrechtes Schwungrad eingesetzt wird,

Fig. 10 ein Beispiel eines bekannten Hin-und-Her-Bewegungsmechanismus unter Verwendung eines horizontalen Schwungrads,

Fig. 11 ein Mehrblatt-Trennverfahren nach dem Stand der Technik und

Fig. 12 einen Trennmechanismus mit ungebundenen Schleifkörpern gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Konstruktion.

Körper 1-1 in der Zeichnung ist ein üblicherweise aus Spezialstahl, wie NS-Stahl oder ähnlichem hergestelltes Blatt, das ein langgestrecktes Metallband mit einer Länge von 100 bis 900 mm, einer Dicke von 0,1 bis 0,8 mm und einer Breite von 5 bis 15 mm, wobei abrasive Schichten 1-2 auf mindestens einer Seitenkante des Körpers 1-1 wie in den Fig. 3 bis 6 gezeigt, hergestellt sind, bildet. Die Schleifschicht 1-2 ist, wie oben angegeben, leitfähig und wird ununterbrochen entlang einer Seitenkante des Blattes 1 vorgesehen, um eine sog. kontinuierliche Kante, wie in Fig. 3 (a) und 4 (a) gezeigt, zu bilden, oder mit Unterbrechung entlang derselben angeordnet, um eine sog. unterbrochene Kante, wie in den Fig. 3 (b), 4 (b), 5 und 6 gezeigt, zu bilden. Sowohl die Vorder- als auch die Hinterenden der Blätter sind mit oder ohne Abstandshalter an Befestigungseinrichtungen 4 befestigt, deren Positionen in einem in der Darstellung nicht gezeigten Rahmen einstellbar sind, um eine Spannung an die Blätter 1 anzulegen. Ein zu bearbeitendes Werkstück 2 ist mittels eines Klebstoffes auf einem Werkstückhaltetisch 2′ befestigt. Eine Kompressionsfeder 6 in einem Balg wird an der Unterseite des Werkstückhaltetisches S′ befestigt, und eine konstante Anpreßkraft F wird stets auf die Unterseite des Tisches über einen Hebel od. dgl. nach oben ausgeübt.

Als Hin- und Herbewege-Mechanismus für die Blätter 1 auf dem Werkstück können die konventionellen bekannten Mechanismen, beispielsweise wie in Fig. 9 und 10 gezeigt, eingesetzt werden.

7 ist eine Säuberungselektrode aus Graphit, Kupfer oder ähnlichem, die gegenüber der Schleifkante eines Blattes 1 angeordnet ist, um so einen so schmalen Spalt zu bilden, daß Säuberungselektrode und Blatt sich fast berühren.

Zwischen der Elektrode 7 und dem Blatt 1 wird eine Spannung über die Befestigungseinrichtung 4 von einer Säuberungsspannungsquelle angelegt, um kontinuierlich oder diskontinuierlich einen Pluspol auf dem Blatt 1 auszubilden. Diese Säuberungsspannung wird üblicherweise bevorzugt in der Größenordnung von 30 Volt eingesetzt.

Eine Be- oder Verarbeitungsspannungsquelle 9 wird zwischen dem Blatt 1 und dem Werkstück 2 vorgesehen, um eine Spannung derart anzulegen, daß ein Pluspol kontinuierlich oder diskontinuierlich auf dem Werkstück 2 ausgebildet wird. Diese Bearbeitungsspannung beträgt üblicherweise in der Größenordnung von 120 bis 200 Volt.

Als Säuberungsspannungsquelle 8 und Bearbeitungsspannungsquelle 9 kann nicht nur eine Gleichspannungs- oder Wechselspannungsquelle eingesetzt werden, sondern auch eine gepulste Spannungsquelle.

Die Zuführdüse 5 für Be- oder Verarbeitungsfluid liefert eine leitfähige Bearbeitungsflüssigkeit zu einem Bearbeitungs- oder Verarbeitungsbereich und einer Säuberungselektrode 7. Als Bearbeitungsflüssigkeit wird eine leitfähige Bearbeitungsflüssigkeit eingesetzt, die beispielsweise etwas Natriumnitrat enthält, wie weiter unten beschrieben.

Die obenerwähnte Vorrichtung ist ein Beispiel einer sog. Mehrblatt-Trennvorrichtung, die ein Werkstück durch mehrere Trennblätter in mehrere Teile trennt, und die Erfindung betrifft nicht nur das Trennen mit mehreren Blättern, sondern selbstverständlich auch das Trennen mit einem einzelnen Blatt.

Fig. 2 zeigt eine Einzelblatttrennvorrichtung gemäß der Erfindung, die als Verbesserung der konventionellen Metallsägemaschine hergestellt werden kann.

Bei der Konstruktion der konventionellen Metallsägemaschinen wird ein Blatt-fixierender U-förmiger Rahmen 4′ verschieblich mit der Unterseite eines Arms 18 verbunden, dessen eines Ende schwenkbar mit einem Maschinenbett 17′ verbunden ist. Ein Blatt 1 ist zwischen beiden Enden des Blattfixierungsrahmens 4′ befestigt, wobei ein Teil desselben über eine Verbindungsstange 12 exzentrisch mit einem Rad 11, das über einen Motor 3 angetrieben wird, verbunden ist. Das Werkstück 2 wird auch mittels einer Werkstück-Fixierungseinrichtung 2′ an der Maschine gegenüber der Kante des Blattes 1 angeordnet.

Erfindungsgemäß wird die konventionelle Metallsägemaschine insofern verbessert, als die Elektroden 7 durch leitfähige Verbindungen 7′ am Arm 18 derart befestigt sind, daß sie, ob sie mit der Schleifschicht des Blattes in Berührung sind oder nicht, eine Spannung über eine elektrische Säuberungsleitung 8 zwischen dem Blatt 1 und Elektroden 7 derart anlegen, daß kontinuierlich oder intermittierend ein Pluspol auf dem Blatt 1 ausgebildet wird und eine Spannung über eine Arbeitsspannungsquelle 9 zwischen dem Blatt 1 und dem Werkstück 3 derart angelegt wird, daß ein Minuspol auf der Blattseite ausgebildet wird.

Das Blatt 1 kann wie das bei der Mehrfachtrenneinrichtung eingesetzte konstruiert sein, wobei preiswerte Schleifkörper mit einem geeigneten Bindemittel an der Blattkante durch Anlöten befestigt sind, um eine unterbrochene Blattkante, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, zu bilden.

Die nicht in Fig. 2 gezeigte Arbeits- oder Schleifflüssigkeit wird zum Trenn- und Elektrodenbereich geführt.

Die obengenannte Einzelblatttrennvorrichtung ermöglicht es nicht nur, übliche metallische Materialien, sondern auch die obengenannten harten und spröden Materialien, die nicht mit einer konventionellen Metallsägemaschine geschnitten werden können, effizient und präzise zu schneiden.

Als Resultat verschiedener Untersuchungen unter Einschluß der obengenannten Konstruktionen haben wir, die Erfinder, Nachfolgendes gefunden:

Es wurde die Abhängigkeit der Verarbeitungsgeschwindigkeit von den physikalischen Bedingungen auf der mit einer Schleifschicht ausgebildeten Blattkante untersucht und gefunden, daß aktiv elektrolytische und Elektro-Entladungsprozesse auftreten und die Bearbeitungsgeschwindigkeit sich beträchtlich erhöht, wenn eine Isolationsschicht 1-3 auf der Blattseite 1-1, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, gebildet ist.

Dieses beruht darauf, daß elektrolytische und Elektro- Entladungsoperationen zwischen einer nicht direkt im Trennverfahren beteiligten Blattseite und einem Werkstück durch die Existenz der Isolationsschicht 1-3 vermindert werden, und die gesamte Bearbeitungsspannung in den elektrolytischen und Elektro-Entladungsoperationen zwischen der Blattkante, die direkt im Trennprozeß eingesetzt wird (d. h. eine Kante eines Blattes 1, die mit einem Werkstück 2 kontaktiert ist) und dem Werkstück 2 verbraucht wird. Diese Isolationstechnik 1-3 kann auf der gesamten Schleifschicht und dem Blattkörper 1 (Fig. 5a, b) oder nur auf der Fläche des Blattkörpers 1 (Fig. 6a, b) ausgebildet sein.

Es wurde ferner gefunden, daß beim Trennprozeß die Arbeitsgeschwindigkeit noch weiter erhöht wird, wenn das Werkstück um eine senkrecht zur Blattseite verlaufende Achse gedreht oder geschwenkt wird.

Dieses beruht darauf, daß der Kontakt zwischen Blattkante und Werkstück dann, wenn das Werkstück getrennt wird, während die Rotations- oder Schwenkbewegung durchgeführt wird, ein Punktkontakt ist, im Gegensatz zum Linienkontakt, der dann, wenn das Werkstück ohne die Rotations- oder Schwenkbewegung geschnitten wird, auftritt, während die Elektro-Entladung oder mechanische Schleifoperation am Werkstück 2 angewendet wird, wobei die Effizienz höher als im Fall des Linienkontaktes ist.

Die Rotationsbewegung des Werkstücks 2 schafft ferner noch die nachfolgend großen Vorteile:

Beim konventionellen Trennverfahren wird eine oder mehrere Gruppen an Befestigungseinrichtungen befestigter Blätter 1′ gedrücktes Werkstück 2, hin und her bewegt, um das Werkstück 2 zu trennen, so daß die Vorrichtung in Schwingungen der langsamen Frequenz der Hin-und-Her-Bewegung hauptsächlich dadurch versetzt wird, daß die an der Gruppe Blätter 1′ und den Rahmen befestigten Befestigungseinrichtungen und das Werkstück, die üblicherweise aus Gußeisen oder Spezialstahl hergestellt sind, relativ schwer sind und ein hohes Trägheitsmoment besitzen.

Die durch Umsetzung einer Rotationsbewegung in eine Linearbewegung hergestellte Hin-und-Her-Bewegung ist auch ein Hinderungsgrund für hohe Geschwindigkeit des Maschinenantriebs.

Demzufolge ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Werkzeug (Blatt) auf die Größenordnung von etwa 20 m/min begrenzt, und es ist unmöglich, eine Relativgeschwindigkeit, wie beim üblichen Trennverfahren mit Trennscheiben in der Größenordnung von 1000 m/min, zu realisieren.

Wenn ein Werkstück 2 zylindrisch vorgeformt ist und seine Mittelachse senkrecht zur Blattseite gerichtet wird, um es während seiner Rotation zu trennen, kann die Vorrichtung an Schwingungen gehindert werden, eine genauso hohe Relativgeschwindigkeit wie beim üblichen Trennen mittels einer Trennscheibe erzielt und die Verarbeitungsgeschwindigkeit beträchtlich erhöht werden.

Es wurde ferner die Zuführung der Arbeitsflüssigkeit untersucht und festgestellt, daß ein Trennverfahren, bei dem das gesamte Werkstück 2 und die Blattbefestigungen 4, die am Blatt 1 befestigt sind, in eine Arbeitsflüssigkeit eingetaucht werden, ein besseres Schärfen der Kanten bewirkt, als ein Trennverfahren, bei dem die Arbeitsflüssigkeit von Düsen zum Kontaktbereich zwischen Blatt 1 und Werkstück 2 geführt wird, um eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit zu schaffen. Dieses beruht darauf, daß bei ersterem die Arbeitsflüssigkeit ausreichend in den Kontaktbereich zwischen Blatt 1 und Werkstück 2 eindringt und dort leicht umläuft.

Schließlich ist gefunden worden, daß dann, wenn eine Ultraschallschwingung auf Werkstück und/oder Blatt und/oder Arbeitsflüssigkeit angelegt wird, ein Zusetzen der Blattkante verhindert wird und die Schärfe besser erhalten bleibt, als bei Anwendung von nur elektrolytischer Säuberung während des Arbeitsprozesses.

Beim Anlegen der Ultraschallschwingung an die Arbeitsflüssigkeit ist es besonders wirksam, falls der Bauch der Ultraschallschwingung sich an der Endfläche der Kante des Blattes befindet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand einer konventionellen Trennvorrichtung mit Trennblatt und eines Vergleichsbeispiels erläutert.

Die Grundkonstruktionsteile einer Vorrichtung, die die Erfindung verkörpert, sind in den Fig. 1 und 2 ebenfalls schematisch dargestellt.

Die in Fig. 1 gezeigte Mehrblatttrennvorrichtung unterscheidet sich von einer konventionellen Maschine dadurch, daß das Blatt 1 mit einer leitfähigen Schleifschicht versehen ist, daß Säuberungselektroden (Minuspole) 7, 7 im Trennbereich angeordnet sind und Spannung zwischen Säuberungselektrode 7 und der Befestigung (Pluspol) 4 über eine Säuberungsspannungsquelle so angelegt werden kann, daß das Werkstück (Pluspol) 2 über eine Arbeitsspannungsquelle mit der Fixierungseinrichtung (Minuspol) 4 verbunden ist, und daß die leitfähige Arbeitsflüssigkeit von einer Arbeitsflüssigkeitszuführdüse 5 zugeführt wird.

Fig. 2 zeigt eine Einzelblatt-Trennvorrichtung, die eine Säuberungsspannungsquelle 8, eine Säuberungselektrode 7 und eine Arbeitsspannungsquelle 9 in der konventionellen Metallsägemaschine aufweist, und den Stromfluß von der Säuberungsspannungsquelle 8 unter Ausbildung von Minuspolen an den Säuberungselektroden 9 und eines Pluspols an Blatt 1 und ein Stromfluß von der Arbeitsspannungsquelle 9 unter Ausbildung eines Pluspols am Werkstück und eines Minuspols auf dem Blatt, ermöglicht ist.

Eine Arbeitsflüssigkeitszuführdüse, die nicht in Fig. 2 gezeigt ist, wird wie bei der oben angeführten Mehrblatt- Trennvorrichtung gegen das Trennblatt gerichtet.

Zunächst wird die Vorrichtung mit dem Mehrfachtrennen erläutert.

Beispiel 1

Der Gußteil aus Sendust-Legierung, einem harten und spröden Material, mit den Maßen 120 mm×120 mm×300 mm wird unter den in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen jeweils durch ein konventionelles Blatt-Trennverfahren mit konventionellen ungebundenen Schleifkörpern, ein Vergleichstrennverfahren, das ein mit gebundenen Schleifkörpern beschichtetes Blatt einsetzt und ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführtes Trennverfahren getrennt, um die Verarbeitungskoeffizienz und den Abnutzungsgrad der Trennblätter zu vergleichen.

Tabelle 1

Wie aus obigen Resultaten ersichtlich, liefert das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführte Verfahren eine überraschend hohe Trenngeschwindigkeit, die verglichen mit dem konventionellen und dem Vergleichsverfahren 4- bis 20fach höher ist und einen extrem geringen Abnutzungsgrad des Trennblattes aufweist.

Die Zahl der Blattwechsel ist auch beachtenswert.

Beim Trennverfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Blattwechselzahl 0, da das Werkstück in einem Arbeitsgang ohne Unterbrechung geschnitten werden kann, beim konventionellen Verfahren wird die 4fache und beim Vergleichsverfahren die doppelte Zeit benötigt.

Die Blattwechselzahl ist beim Präzisionstrennen, wie bei dieser Erfindung, ein inakzeptabler Nachteil, da die Belastung der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes beim Austausch des Blattes dazu führt, daß das Produkt sogar dann wertlos ist, wenn die Blätter mit der größtmöglichen Sorgfalt ausgetauscht werden.

Ferner müssen beim konventionellen Verfahren die Blätter 4mal während des Arbeitsprozesses ausgetauscht werden, da sie unterschiedlich abgenutzt sind und nicht wieder verwendet werden können und die für das vollständige Abtrennen notwendige Zeit tatsächlich über die aus der Trenngeschwindigkeit berechnete Zeit ansteigt, da die Austauschzeit zur Trennzeit dazugerechnet werden muß.

Beim Vergleichs-Trennverfahren ist die Trenngeschwindigkeit im Anfangsstadium der Bearbeitung relativ hoch, wird jedoch gradweise aufgrund der Zusetzung langsamer. Die Blätter müssen während des Arbeitsprozesses zweimal ausgetauscht werden. Die durchschnittliche Trenngeschwindigkeit bleibt gering.

Das Trennverfahren nach der Erfindung ermöglicht eine hohe Trenngeschwindigkeit und geringe Abnutzung der Kante, so daß die beim gesamten Trennen notwendige Zeit erheblich, verglichen mit dem konventionellen Verfahren, verkürzt werden kann, da es nicht notwendig ist, die Maschine anzuhalten und eine gleichmäßigere Trennung erhalten werden kann, wodurch die grundlegenden Verbesserungen durch die Erfindung begründet sind.

Beispiel 2

Ein Gußteil aus einer superelastischen Nickeltitan-Legierung (56 Gew.-% Nickel, 44 Gew.-% Titan, 100 mm×100 mm× 250 mm), einem schwierig zu trennenden Material, wird durch vier verschiedene Arten Blätter 1 bis 4 geschnitten, wobei die Einflüsse der Form der Blattkante und des Isolationsüberzugs der Blattseite auf die Trenngeschwindigkeit untersucht werden.

1) Blatt mit alle 5 mm abwechselnd angeordneten Bereichen mit abrasiver Schicht und ohne abrasive Schicht, über die gesamte Länge der Blattkante verteilt
Blatt A (Blatt mit unterbrochener Kante),
2) Blatt mit etwa 5 µm starker Isolationsschicht aus Siliciumnitrid auf beiden Seiten des Blattes A durch Ionenabscheidung
Blatt B (Blatt mit unterbrochener Kante),
3) Blatt mit gleichmäßig und kontinuierlich anhaftender Schleifschicht an der Kante über die gesamte Länge
Blatt C (Blatt mit kontinuierlicher Kante),
4) Blatt mit Isolationsschicht auf der Seite des Blatts C, wie auch beim Blatt B
Blatt D (Blatt mit kontinuierlicher Kante).

Die Verarbeitungsbedingungen sind die gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1, außer den nachfolgenden Einzelheiten:

Zahl der Blattbefestigungsplatten:10 Belastung (alle Belastungen):6 kg Arbeitsspannung:120 V (Gleichspannung) Säuberungsspannung:30 V (Gleichspannung)

Es wurden die in Tabelle 2 zusammengefaßten Resultate gemessen.

Tabelle II

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß Ungleichmäßigkeiten der Blattkante und die Blattseitenisolation eine wirksame Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit bewirkt.

Andererseits wird die Abnutzung der Blattkante selbstverständlich erhöht, da die unterbrochene Kante einer größeren Belastung/Längeneinheit als beim Blatt mit gleichmäßiger Kante ausgesetzt wird.

Wenn die Blattseite isoliert ist, fließt die Prozeßspannung vollständig durch die Endoberfläche der Blattkante, um die Abnutzung des Blattes zu erhöhen; diese erhöhte Abnutzung ist jedoch wenig, verglichen mit der Zunahme der Arbeitsgeschwindigkeit.

Es ist demzufolge vorteilhaft, eine Isolationsschicht auf der Blattseite auszubilden.

Beispiel 3

Beim Trennen eines stangenförmigen Rohmaterials aus intermetallischer Titanaluminiumverbindung mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von 300 mm mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung werden miteinander verglichen: Trenngeschwindigkeit, bei der der Stab um seine Mittelachse gedreht wird und ein anderer Fall, bei dem der Rohmaterialstab um 10 Grad rechts und links um eine senkrecht zur Blattseite gerichtete Achse, parallel zur Mittelachse des Stabes, geschwenkt wird, die sich in einer unteren exzentrischen Stelle, 60 mm von der Mittelachse des Stabes entfernt, befindet.

Es wurden die gleichen Arbeitsbedingungen wie im Beispiel 2, außer den nachfolgenden, eingesetzt:

Blattgröße:0,4 mm × 10 mm (Breite) × 500 mm (Länge) Materialqualität:metallgebundener Trennscheibe (CBN- Konzentration 100), verwendet mit 180 Mesh CBN-Schleifkörpern Form der Kante:1) unterbrochene Kante, wobei Bereiche mit Kante von 3 mm und Teile ohne Kante von 2 mm alternierend auf einem Blatt angeordnet sind
2) kontinuierliche Kante

Die Seite besitzt eine Isolationsschicht.

Die in Tabelle 3 gezeigten Resultate wurden erhalten.

Tabelle 3

Aus den oben aufgeführten Resultaten ist ersichtlich, daß Rotation oder Schwenken des Werkstückes die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht.

Bei Vergleich der ununterbrochenen und der unterbrochenen Kante miteinander hat letztere weitaus bessere Wirkungen als erstere dann, wenn das Werkstück in Drehung versetzt wird.

Beispiel 4

Eine runde Stange Siliciumnitridkeramik mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Länge von 250 mm wird unter den nachfolgenden Bedingungen getrennt, wobei die Zuführung der Arbeitsflüssigkeit geändert wird und die Einflüsse auf die Trenngeschwindigkeit verglichen werden.

Blattgröße:0,3 mm (Dicke) × 10 mm (Breite) × 500 mm (Länge) Blattkantenmaterial:metallgebundene Trennscheibe mit 220 Mesh Diamant-Schleifkörpern (Diamantkonzentration 100) Form der Blattkante:unterbrochene Blattkante, wobei Abschnitte von 4 mm Länge und Bereiche mit 1 mm Länge ohne Kante alternierend auf dem Blatt angeordnet sind Blattsatzzahl:10 Hub:200 mm Blatt Hin-und-Her-
Bewegung:120/min Belastung:3 kg Arbeitsspannung:90 Volt Säuberungsspannung:30 Volt Arbeitsflüssigkeit:Flüssigkeit wie Beispiel 1 Zuführung der Arbeits-
flüssigkeit:1) Injektion über Düsen vom oberen Bereich des Blattes zum Kontaktbereich zwischen Blatt und Werkstück
2) Eintauchen von Werkstück und gesamten Blättern in die Arbeitsflüssigkeit

Die Trennzeiten betrugen bei Einsprühen der Arbeitsflüssigkeit 4,8 Stunden und bei Eintauchen in die Arbeitsflüssigkeit 3,9 Stunden. Demzufolge kann der Arbeitsflüssigkeit- Zuführweg Einflüsse auf die Trenngeschwindigkeit ausüben; falls ein Werkstück und Werkzeug vollständig in die Arbeitsflüssigkeit eingetaucht werden kann, unabhängig von der schwierigen Realisierung beim konventionellen Trennverfahren, kann die Trenngeschwindigkeit erheblich verbessert werden.

Beispiel 5

Die die Trenngeschwindigkeit beeinflussenden Einflüsse dem Werkstück, dem Blatt und der Arbeitsflüssigkeit jeweils aufgezwungener Ultraschallschwingungen bei Trennen einer runden Stange aus massivem Zirkon mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Länge von 300 mm wurden untersucht.

Als Arbeitsbedingungen wurden die gleichen Bedingungen wie im Beispiel 4, außer den nachfolgenden, eingesetzt:

Zuführung der
Arbeitsflüssigkeit:Eintauchen des Werkstücks und ganzen Blättern in Arbeitsflüssigkeit Verfahren der Aufbringung
der Ultraschallschwingung:1) Beaufschlagung durch Befestigung eines Vibrators an den Blattbefestigungen
2) Beaufschlagung durch Befestigung eines Vibrators am Werkstückhaltetisch
3) Regulierung durch Einbringung des Vibrators in die Arbeitsflüssigkeit zum Freihalten der Vibrationsoberfläche und um den Schwingungsbauch der Vibration an der Endkante der Blattkante anzuordnen
4) Kombination 1+3
5) Kombination 2+3 Ultraschallspannung:600 Volt

Im Fall 1 betrugen die Trenngeschwindigkeiten 28 mm/h, 26 mm/h im Fall 2, 20 mm/h im Fall 3, 36 mm/h im Fall 4, 33 mm/h bei Fall 5, verglichen mit 15 mm/h bei Arbeiten ohne Anwendung von Ultraschall.

Aus den obengenannten Resultaten ist ersichtlich, daß die Trenngeschwindigkeit durch Ultraschallschwingungen effizient verbessert werden kann, wobei beträchtliche Wirkungen zu erwarten sind, wenn das Werkstück oder das Blatt und gleichzeitig damit die Arbeitsflüssigkeit in Ultraschallschwingungen versetzt werden.

Nachfolgend wird die Ausführungsform mit einem einzelnen Blatt anhand von Vergleichsbeispielen erläutert.

Beispiel 6 Einzelblatttrennen von Quarz oder Aluminiumoxid

Ein Quarzblock und ein Aluminiumoxidblock werden unter den nachfolgenden Bedingungen getrennt, und mit dem Fall ohne Anwendung einer Reinigungsspannung (Vergleichsbeispiel) mit einem konventionellen Verfahren (Metallsäge) verglichen.

Blattgröße:1,2 mm×25 mm×350 mm Form der Blattkante:Blattkante mit Schleifkörpern einer Länge von 10 mm, die 1,0 mm vorstehen, und in 3-mm-Intervallen auf der Blattkante aufgeklebt sind Materialqualität:metallgebundener Diamant (Korngröße 120 Mesh, Konzentration 100) Hub:200 mm Anzahl der Hin-und-
Her-Bewegungen:60/min Belastung:10 kg Reinigungsspannung:40 Volt

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können der Quarzblock in 20 min und der Aluminiumoxidblock in 50 Minuten getrennt werden.

Im Gegensatz dazu bricht bei der Verwendung einer konventionellen Sägekante diese kurz nach Beginn des Trennvorgangs in beiden Fällen. Das Trennen wird daraufhin bei einer Trenntiefe von etwa 1 mm im Quarzblock und von weniger als 1 mm im Aluminiumoxidblock eingestellt.

Wenn die Säuberungsspannung bei den obengenannten Bearbeitungsbedingungen Null ist, tritt eine Beladung des Trennblattes während der Bearbeitung auf, wodurch das Trennen bei einer Trenntiefe von 23 mm im Quarzblock und bei einer Trenntiefe von 9 mm im Aluminiumblock eingestellt werden muß.

Beispiel 7 Einzelblatttrennen von harten und spröden, schwierig zu trennenden Legierungen

Ein Hartmetall und eine Nickeltitanlegierung mit Formerinnerungsvermögen werden durch diese Vorrichtung getrennt und mit dem konventionellen Verfahren (Metallsägen) verglichen.

Die Arbeits- und die Reinigungsspannung der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung sind unten aufgeführt, die anderen Arbeitsbedingungen sind die gleichen wie im Beispiel 6.

Arbeitsspannung:0 Volt, 60 Volt, 120 Volt Säuberungsspannung:30 Volt

Demzufolge betragen die für das Trennen benötigten Zeiten (Minuten) die in Tabelle 4 angegebenen Werte.

Tabelle 4

Gemäß der detaillierten Erläuterung der Erfindung anhand der Beispiele ist ersichtlich, daß durch das auf einem neuen Arbeitsprinzip beruhende und neuartige Ideen beinhaltende Trennverfahren sowie die Vorrichtung, große Werkstücke, die nicht im konventionellen Außenkanten- Sägeverfahren getrennt werden können, mit einer Arbeitspräzision (Dickenpräzision), die der der Innenkanten- Trennmethoden entspricht, getrennt werden können, wobei die Trenneffizienz besser als die des konventionellen Blatttrennverfahrens ist und auch neues schwierig zu bearbeitendes Rohmaterial, das mit bekannten Trennblattverfahren nicht geschnitten werden kann, getrennt werden kann.

Dies bedeutet, daß das Trennverfahren sowie die Trennvorrichtung gemäß der Erfindung die Nachteile aller bekannten Trennverfahren durch eine einfache Konstruktion vermeiden und es ermöglichen, die bekannten Rohmaterialien zu trennen. Dieses wird beim praktischen Einsatz auch zukünftig zu entwickelnder Rohmaterialien helfen. So können auch dahingehend ausgelegt werden, große Konstruktionen, wie Stahlbeton und ähnliches zu trennen und in weiteren, unterschiedlichen Gebieten eingesetzt werden.

Claims

1. Trennverfahren, bei dem aus mindestens einem länglichen Metallband hergestellte Blätter mechanisch gespannt werden; die Blattseitenkanten gegen ein zu bearbeitendes Werkstück mit einer vorherbestimmten Anpreßkraft gedrückt und eine Relativ-Bewegung zwischen den Blättern und dem Werkstück zum Trennen des Werkstücks ausgeführt wird, gekennzeichnet durch: kontinuierliches oder diskontinuierliches Anlegen einer elektrischen Spannung, um einen Plus- Pol auf einer Säuberungselektrode zwischen den mit leitfähigen abrasiven Schichten auf den Seitenkanten ausgerüsteten Blättern auszubilden, und gleichzeitige Zuführung einer leitfähigen Arbeitsflüssigkeit zu mindestens einem Kontaktabschnitt zwischen den Blättern und dem Werkstück.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Anlegen elektrischer Spannung zwischen den Blättern und dem zu bearbeitenden Werkstück derart, daß das Werkstück den Plus-Pol trägt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das zu bearbeitende Werkstück um eine senkrecht zur Blattseitenkante verlaufende Achse gedreht oder in Schwingungen versetzt wird, während das Blatt in einer Relativbewegung zum Werkstück hin- und herbewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner gekennzeichnet durch Zuführung einer leitfähigen Arbeits-Flüssigkeit durch Sprühen aus Düsen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner gekennzeichnet durch Zuführung einer leitfähigen Arbeitsflüssigkeit durch Eintauchen der Blätter und des zu bearbeitenden Werkstücks in die leitfähige Arbeitsflüssigkeit.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner gekennzeichnet durch Anlegen einer Ultraschallschwingung an mindestens ein Blatt und/oder ein zu bearbeitendes Werkstück und/oder eine Arbeitsflüssigkeit.

7. Trennvorrichtung mit einer mechanischen Spanneinrichtung für die Blätter zum Anlegen einer mechanischen Spannung an die jeweils aus mindestens einem länglichen Metallband hergestellten Blätter und um die Blattkante gegen ein zu bearbeitendes Werkstück mit einer vorherbestimmten Andrückkraft zu drücken; Einrichtungen zur Relativbewegung der Blätter und des zu bearbeitenden Werkstücks zum Trennen des Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine neben den mit einer leitfähigen abrasiven Schicht versehenen Blattkanten angeordnete Elektrode; einer Säuberungsspannungs- Quelle, um kontinuierlich oder diskontinuierlich Spannung zwischen der Elektrode und den Blättern derart anzulegen, daß die Plus-Pole auf den Blättern liegen; und eine Einrichtung, um ein leitfähiges Arbeitsfluid mindestens zum Arbeitsabschnitt zwischen den Blättern und dem Werkstück sowie der Elektrode zu fördern.

8. Trennvorrichtung nach Anspruch 7, ferner gekennzeichnet durch eine Arbeits-Spannungs-Quelle zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Blättern und dem zu bearbeitenden Werkstück derart, daß ein Plus-Pol auf der Werkstück- Seite liegt.

9. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Hin- und Herbewegung der Blätter in Längsrichtung.

10. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Rotation oder zum Schwenken eines zu bearbeitenden Werkstücks um eine zur Blattkante senkrechte Achse.

11. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Zuführung einer leitfähigen Arbeitsflüssigkeit durch Versprühen aus Düsen.

12. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung der leitfähigen Arbeitsflüssigkeit ein Tauchbehälter ist, in den die Blätter und ein zu bearbeitendes Werkstück eingetaucht werden.

13. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner gekennzeichnet durch einen Ultraschall-Oszillator, um Ultraschallschwingungen mindestens an ein Blatt, ein zu bearbeitendes Werkstück und/oder eine Arbeitsflüssigkeit anzulegen.

14. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blatt mit einer unterbrochenen abrasiven Schicht (Kante) ausgerüstet ist.

15. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blatt mit einer kontinuierlichen abrasiven Schicht (Kante) ausgerüstet ist.

16. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolations-Schicht auf mindestens einer Metall-Oberfläche beidseitig der Blätter gebildet ist.