[发明专利]超声波线切割方法及专用设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于固体材料线切割及多线切割的方法及实施该方法的专用设备。

背景技术

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线切割及多线切割的方法，通常包括步骤：使用单根或多根切割线通过布线系统排列成包含有至少1条切割线的切割线或切割线网，使切割线做切割运动的同时，使待切割固体材料与切割线或切割侧切割线网接触，通过切割线本身的切割作用，或由切割线携带的切割或研磨砂浆的切割作用，实现待切割固体材料的切割，包括晶体锭的剖方，或切片，等等。其中，切割线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。

使用现有的线切割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材料易产生出线边缘崩边等损伤。为此，中国专利说明书ZL03133682.5介绍了采用超声波振动装置的超声波线切割锯，利用超声能量辅助金刚石线锯切割，实现了高效率、高精度、低成本的线锯方法。但是，这种线锯需要把超声波变幅杆与金刚石线的一端固定连接，只能适用于往复走线的短线锯切割，无法用于单向走线切割，也无法实现连续切割。

中国专利申请CN201010565214公开了一种超声锯切机床，其设置有与超声波发生装置的变幅杆连接的振动头，使振动头与金刚石切割线保持压力接触实现金刚石切割线的超声振动。这种机床虽然实现了金刚石线锯的连续切割，但是，由于振动头与高速运动的金刚石切割线接触会被切割，不仅快速切割消耗振动头，也使金刚石线发生无效切割磨损，降低了线锯的有效利用率，并且，由于硬性接触中难以实现超声波在多根切割线上的同步传递，只能用于单线切割，不能用于多线切割。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供新型线切割方法，以更为有效、经济的方式，实现超声波线切割方法；本发明的再一个目的是，提供实施该新型超声波线切割方法的专用线切割设备，从而为该方法的工业化提供装备基础。

为此，本发明提供了一种固体材料的线切割方法，包括步骤：

(1)设置包含有切割侧的至少一根切割线或切割线网：

(2)提供与至少部分切割侧切割线接触的液体，并在其中浸入超声波发生装置的超声发射表面；

(3)使切割线切割待切割固体材料，并启动超声波发生装置；

其中，所述的切割侧是指切割线或切割线网的参与切割的一侧，在该侧的部分位置，通常是中部，待切割固体材料与切割线接触，通过切割线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，所述的液体为任意液体，但优选有利于切割的液体，如参与切割的磨削液、悬浮砂浆、冷却液、切屑分散液；其中，所述的液体可以是置于容液装置例如容器或容液槽内的液体或流动的液体，也可以是悬空的、持续流动、且基本上不断流的液体流，使切割线或切割线网的一部分接触或浸入所述的液体或液体流中，其中，所述的接触包含液体的浸没；其中，所述的超声波发生装置的超声发射表面，可以是超生换能器的超声发射表面，也可以是超声变幅杆的超声发射表面，或者是超声振子的超声发射表面，或者是超声振板的超声发射表面，或者是超声聚焦透镜的超声发射表面。

本发明中，所述的超声波发生装置的超声发射表面发射的超声波，可以通过所述的液体传递到同样接触或浸没在所述的液体中的部分切割侧切割线，使切割中的切割线发生超声振动，从而实现切割线的超声波切割。

根据本发明的方法，优选设置所述的与液体接触的切割线或切割线网部分与所述的超声发射表面尽可能靠近，并优选所述的超声发射表面正对所述的切割线或切割线网与液体接触的部分，这样有利于获得高的超声传递效率。

根据本发明的方法，所述的超声发射表面在所述的液体中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。

根据本发明的方法，所述的切割线的切割方向可以是从待切割物体下方向上方切割、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，对于固结磨料切割线的情况，优选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。

超声发射表面在所述的液体中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。