Dispositif de sciage par fil équipé d'un système de gestion de fil permettant l'utilisation de bobines de fil de très grande longueur

Abstract

 Le dispositif de sciage comprend une nappe de fils parallèles (8) se déplaçant selon un mouvement alternatif ou continu en appui contre une pièce à scier (9) fixée sur une table support (10). Le fil provient d'une zone de gestion du fil (41a) constitué de deux bobines de fils débitrice (2a) et réceptrice (14a) non rotatives, mais ayant un organe rotatif de bobinage et de débobinage (42) autour desdites bobines permettant de rendre le dispositif de sciage indépendant de la masse des bobines de fils (2a,14a) donc de la longueur du fil.

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif de sciage par fil comprenant une zone de sciage dans laquelle une pièce à scier est en appui contre le fil susceptible d'être déplacé selon un mouvement alternatif ou continu pour scier la pièce et un dispositif de gestion du fil comportant une bobine débitrice alimentant en fil neuf la zone de sciage et une bobine réceptrice reprenant le fil usé provenant de la zone de sciage.

[0002] Les dispositifs de sciage connus comprennent le plus souvent une nappe de fils susceptible de se déplacer selon un mouvement continu ou alternatif en appui contre une pièce à scier en tranches définissant ainsi une zone de sciage. La zone de sciage est constituée d'un ensemble de cylindres placés parallèlement. Ces cylindres appelés guide-fils, sont gravés avec des gorges définissant l'intervalle entre les fils de la nappe, soit l'épaisseur des tranches à scier. La pièce à scier est fixée sur une table support qui se déplace perpendiculairement à la nappe de fils. La vitesse de déplacement définie la vitesse de coupe. Le renouvellement du fil ainsi que le contrôle de la tension se fait dans une partie appelée "zone de gestion du fil" et située en dehors de la zone de sciage proprement dite. L'agent qui régira la découpe est soit un abrasif fixé sur le fil, soit un abrasif libre amené par barbotage. Le fil n'agit que comme transporteur.

[0003] Le fil utilisé, même s'il n'agit que comme transporteur, subit une certaine usure qui devra être compensée par un taux de renouvellement qui sera définit par la surface sciée par unité de temps. Le développement actuel du sciage par fil est conduit par la tendance des utilisateurs de se diriger vers le sciage de grandes pièces, donc de grandes surfaces et par conséquent d'une grande consommation de fil. L'emploi de fils de grande longueur devient impératif.

[0004] Les systèmes de gestion du fil couramment utilisés dans les dispositifs de sciage sont réalisés par l'utilisation de bobines montées horizontalement ou verticalement sur un axe motorisé dont la vitesse est gérée par un dispositif régulant le débit et la tension de fil via une commande électronique. Le fil passera donc d'une bobine de fil neuf à la zone de sciage pour revenir après utilisation à une bobine de fil usagé. Dans une grande partie des cas, un mouvement de va-et-vient longitudinal dissymétrique est appliqué, la dissymétrie étant utilisée pour ajuster le taux de renouvellement. Le mouvement de va-et-vient longitudinal va imposer aux bobines de fil neuf et usagé des changements de direction fréquents avec de fortes accélérations. Si l'on ne veut pas augmenter la puissance des moteurs au delà du raisonnable, la limitation actuelle de ces dispositifs de sciage est donc déterminée par le poids des bobines de fil qu'il faut accélérer ou décélérer et par conséquent par la longueur de fil qui peut être gérée de cette manière. Une autre difficulté provient du fait que la bobine passe du poids plein au poids vide en cours de travail. Cette grande variation de poids perturbe les systèmes de régulation et rend plus difficile, si cela n'est impossible, le contrôle en général. De plus, si la longueur est limitée, le changement de fil devra s'effectuer plus fréquemment avec pour conséquence une manutention plus importante et une interruption du temps de production prolongée.

[0005] Des dispositifs de sciage par fil du type précité sont déjà connus spécialement dans l'industrie des composants électroniques, des ferrites, des quartz et silices, pour l'obtention en tranches fines de matériaux tels que le silicium poly-ou monocristallin ou les nouveaux matériaux tels que GaAs, InP, GGG (grenats de gadolinium-gallium) ou également quartz, saphir synthétique, et matériaux céramiques. Le prix élevé de ces matériaux rend le sciage par fil plus attractif comparativement à d'autres techniques comme le sciage par disque diamanté. Ces dispositifs de sciage par fil utilisent un fil en acier d'un diamètre généralement compris entre 0.1 et 0.2 mm, typiquement 0.18mm. La longueur courant est comprise entre 100 et 300 km donc d'un poids maximum de 60 kg, non compris la bobine support.

[0006] La précision des pièces à scier, très importante pour des applications électroniques, dépend de la gestion du fil et de sa consommation. Le contrôle de la consommation permettra le contrôle de l usure du fil adapté aux exigences grandissantes de la technologie qui autorise la fabrication de pièces à scier de plus grand diamètre et de plus grande longueur. Cette tendance impose un contrôle de la consommation adapté à ces nouvelles possibilités et de ce fait nécessite l'emploi de fils de grande longueur peu propices aux systèmes actuels.

[0007] Les buts de la présente invention consistent donc à remédier aux limitations des dispositifs de sciage connus, qui ne peuvent gérer que des longueurs limitées de fil, à supprimer le facteur d'inertie des bobines en rotation lors des grandes accélérations et décélérations, à rendre possible des longueurs de fils très importantes et à obtenir une précision de sciage élevée.

[0008] Afin de réaliser ces buts, le dispositif selon la présente invention est caractérisé par le fait que le dispositif de gestion du fil comprend au moins un organe rotatif de débobinage et/ou de rembobinage monté de façon tournante autour de la périphérie de cette bobine et agencé de façon à débobiner et/ou rembobiner le fil avec un débit réglable.

[0009] Par ces caractéristiques, l'invention permet l'utilisation de bobines de fil lourdes ayant un grand diamètre sans que l'utilisation de moteurs de grande puissance soit nécessaire. Cela permettra également de travailler pendant de longues périodes sans intervention humaine, améliorant ainsi la productivité et la qualité. Par l'utilisation de bobines statiques, ou en tous cas sans rotation rapide, et en enroulant ou déroulant le fil par un dispositif tournant autour de celles-ci, l'inertie n'est alors plus dépendante du poids du fil ou de celui de la bobine, mais uniquement de celle du dispositif de bobinage ou débobinage qui peut lui, être réalisé aussi léger que possible. Les longueurs de fil deviennent uniquement limitées par la disponibilité du marché, et ainsi des bobines de 400 kg contenant jusqu'à 2000 km de fil de diamètre 0.18 sont rendues possibles.

[0010] L'utilisation de bobines de fil non rotatives permet donc de réaliser un dispositif de sciage par fil ayant une autonomie de fonctionnement étendue avec de très grandes longueurs de fil, sans que le système de contrôle du fil ne soit affecté par la masse de celui-ci. Cela permettra d'avoir un débit plus régulier, d'obtenir de plus grandes vitesses tout en gardant les avantages opérationnels et une grande précision de découpe.

[0011] Un mode d'exécution avantageux est caractérisé par le fait que le fil est agencé dans la zone de sciage sous forme d'une nappe de fils parallèles, par le fait que les deux bobines débitrice et réceptrice sont montées de façon non rotative sur un support et que le dispositif de gestion du fil comprend deux organes rotatifs montés de façon tournante autour des deux bobines et agencées de façon à agir comme régulateurs de débit et de tension du fil.

[0012] On obtient ainsi un dispositif de sciage d'une construction simple, d'un fonctionnement fiable, rapide, précis et entièrement indépendant du poids des deux bobines de fils et comportant une régulation du débit et de la tension du fil efficace, peu compliquée, et d'un prix de revient faible.

[0013] Avantageusement, ledit organe rotatif comprend une tête de bobinage montée de façon tournante autour de la périphérie de la bobine et comportant au moins un premier élément de renvoi agencé à guider le fil provenant de ou aboutissant à la bobine en direction d'un second élément de renvoi.

[0014] Ces caractéristiques permettent une construction très précise et peu compliquée.

[0015] Le second élément de renvoi peut favorablement être agencé de façon que le fil soit disposé sensiblement sur l'axe de rotation dudit organe rotatif confondu avec l'axe de la bobine et agencé de façon à guider le fil en direction de la zone de sciage.

[0016] Cette disposition assure une conduite du fil très favorable et précise.

[0017] Selon une variante particulièrement avantageuse, le premier élément de renvoi comprend une première poulie dont une normale à l'axe de rotation est sensiblement perpendiculaire à l'axe de la bobine autour de laquelle elle tourne et une seconde poulie dont l'axe de rotation est monté tournant autour d'un arbre agencé de manière que le fil aboutisse de façon sensiblement tangentielle à la bobine quelque soit le degré de remplissage de cette dernière.

[0018] Le fil peut ainsi être enroulé et déroulé du début à la fin de la bobine, très régulièrement et avec une orientation précise.

[0019] De manière avantageuse, l'organe rotatif comprend un bras équipé de ladite tête de bobinage et ayant pour axe de rotation l'axe de la bobine.

[0020] On obtient par ces caractéristiques une construction simple et d'un prix de revient peu élevé.

[0021] Selon un variante, l'organe rotatif peut comprendre un anneau concentrique à la bobine et portant ladite tête de bobinage entraînée par un moteur en rotation sur l'anneau.

[0022] Selon une autre variante, l'organe rotatif peut comprendre un anneau concentrique à la bobine formé par un roulement à deux bagues, la tête de bobinage étant fixée sur une des bagues entraînées en rotation par un moteur.

[0023] Ces variantes permettent d'obtenir un enroulement très précis et fiable.

[0024] Favorablement, la fonction de trancannage des bobines est réalisée par un mouvement de va-et-vient axial de celles-ci au moyen d un organe d'entraînement mécanique, électrique, hydraulique ou pneumatique.

[0025] Le fil peut ainsi être enroulé de façon très régulière sur les bobines. Le mouvement de va-et-vient selon l axe de la bobine est appliqué, avec un amplitude qui est égale a la longueur de remplissage définie par la distance entre les flasques de la bobine.

[0026] En conclusion, le dispositif de sciage se présentera donc sous la forme de deux modules, l'un contenant la zone de sciage composé des cylindres guide-fils supportant la nappe de fils et de la table support qui se déplace perpendiculairement à la nappe de fils, l'autre contenant la gestion du fil, sera composé de support de bobines sur lesquels seront posées les bobines débitrice et réceptrice. Celles-ci pourront être animées d'un mouvement de va-et-vient pour réaliser l'opération de trancannage, à savoir le bobinage successif fil contre fil. A chacune des bobines de fil est attribué un système de bobinage ou de débobinage tournant autour de celle-ci. Cette fonction peut être réalisée par exemple par un bras tournant centré sur l'axe de la bobine ayant à ses extrémités un dispositif de poulies avec divers renvois ou par un rail extérieur supportant un chariot avec les poulies de renvoi.

[0027] D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détail à l'aide de dessins qui représentent schématiquement et à titre d'exemple un mode d'exécution et des variantes.

[0028] La figure 1 représente schématiquement un dispositif de sciage conventionnel, utilisé avant la présente invention.

[0029] La figure 2 est une vue schématique d un mode d'exécution du dispositif de sciage selon la présente invention.

[0030] La figure 3 est une vue schématique d'un détail de la figure 2.

[0031] Les figures 4 et 5 sont des vues schématiques de deux variantes.

[0032] Dans la technique utilisée avant la présente invention illustrée à la figure 1, le fil neuf 1 sort de la bobine débitrice 2 qui est entraînée par un moteur 3. Une mesure de tension 4 corrige un bras de tension 5 accouplé à un moteur 6. Le fil passe alors dans la zone de sciage 40, autour des guide-fils 7 pour former la nappe de fils 8. La pièce à scier 9 fixée sur une table support 10 vient en appui contre celle-ci pour être sciée par l'abrasif 11 provenant d'un distributeur 12 et entraîné par les fils de la nappe 8. Le fil usé 13 sort de la nappe et retourne à la bobine réceptrice 14 par l'intermédiaire du bras de tension 5, de la mesure de tension 4 et de la poulie de trancannage 15 actionnée en va-et-vient latéral par le moteur 16. Le dispositif de gestion 41 du fil comprend donc des bobines 2 et 14 montées tournantes autour de leur axe.

[0033] La figure 2 illustre schématiquement un mode d'exécution de la présente invention. Le fil neuf 1 sort de la bobine débitrice 2a autour de laquelle tourne un bras 17 supportant des poulies 18,19,20,21. Le moteur du bras 22 donne la tension à appliquer au fil 1, cette tension étant donnée par une jauge de mesure 4. Le fil 1 va vers la zone de sciage 40 composée des mêmes éléments qu'à la figure 1. Le fil usé 13 revient sur la bobine réceptrice 14a par l'intermédiaire de la jauge de mesure 4 et du bras rotatif 17. Les bobines débitrice 2a et réceptrice 14a peuvent être animées d'un mouvement de va-et-vient généré par un dispositif d'entraînement 23 à des fins de trancannage. Le dispositif de gestion du fil 41a peut être parfaitement réversible.

[0034] Ainsi, les bobines 2a et 14a sont montées de façon fixe, non rotative sur un support quelconque. Les bras 17 avec leurs poulies 18 à 21 forment chacun un organe rotatif 42 de débobinage et/ou de rembobinage monté de façon tournante autour de la périphérie des bobines et agencé de façon à débobiner et/ou rembobiner le fil avec un débit réglable par la vitesse des moteurs 22. Les jauges de mesure 4 sont reliées à la commande des moteurs 22, de façon que les organes rotatifs 42 agissent comme régulateurs de débit et de tension du fil.

[0035] La figure 3 représente une possibilité de réaliser le dispositif de gestion du fil 41a selon l'invention. Le fil entre par une poulie 18, fixement orientée et accouplée à la jauge de tension 4, en provenance de la zone de sciage 40. Celui-ci passe au travers d'un palier 24 auquel est fixé le bras de tension 17 entraîné par le moteur de tension et de rotation 22 fixé sur un support 26. Il passe autour des poulies 19 et 20 fixes par rapport au bras et ayant des axes de rotation parallèles. La poulie de sortie 21 peut être rotative par rapport à l'arbre 25 pour conserver une orientation fixe par rapport au fil suivant le remplissage de la bobine réceptrice 14. Le palier 24 supporte le bras rotatif 17 avec son système de poulies. La bobine est animée d'un mouvement de va-et-vient généré par un mécanisme 23 pouvant être électrique, hydraulique, pneumatique ou autre.

[0036] Les poulies 20,21 forment donc une tête de bobinage 29 montée de façon tournante autour de la périphérie d'une des bobines 2a,14a. La poulie 21 constitue un organe de renvoi agencé à guider le fil provenant de ou aboutissant à la bobine en direction de la poulie 20. Cette dernière guide le fil vers les poulies 19 et 18 qui sont agencées de façon que le fil soit disposé sensiblement sur l'axe de rotation du palier 24, confondu avec l'axe de la bobine. De la poulie 18, le fil passe ensuite à la zone de sciage 40.

[0037] La poulie 20 possède un axe de rotation tel qu'une normale à cet axe est sensiblement perpendiculaire à l'axe de la bobine. Comme la poulie 21 tourne autour de l'arbre 25 le fil aboutit de façon sensiblement tangentielle à la bobine quelque soit le degré de remplissage de cette dernière.

[0038] La figure 4 représente une variante permettant de réaliser la fonction en utilisant un moteur linéaire 27 en rotation sur un anneau ou un rail circulaire 28 concentrique à la bobine 2a. Le chariot 29b du moteur linéaire 27 formant la tête de bobinage supporte les poulies nécessaires 20b et 21b. La poulie 18b accouplée à la jauge de tension 4b, ainsi que le palier 24b sont montés fixes sur le support 26b et la poulie 19b rotative par rapport à la poulie 18b est fixée sur le palier 24b. La poulie 21b est montée tournante sur l'arbre 25b, tandis que la poulie 20b comporte un axe de rotation fixe par rapport au chariot 29b.

[0039] La seconde variante représentée à la figure 5 comprend un support 26c et bras de support mobile 26d portant la bobine 2a fixe, non rotative. Grâce au moteur 23d, qui peut être de type mécanique, électrique, hydraulique, pneumatique ou autre, le bras de support 26d peut être déplacé verticalement pour effectuer la fonction de trancannage, correspondant à un mouvement de va-et-vient transversal, axial de la bobine de façon à enrouler le fil progressivement. Un anneau concentrique à la bobine est formé par un roulement à billes 30 comportant deux bagues. La tête de bobinage 29c est montée sur la bague intérieure 32 entraînée en rotation par le moteur 31, par exemple en fonction des signaux reçus de la jauge de tension ou d'un autre élément de commande.

[0040] Comme précédemment décrit les poulies 18c et 20 c possèdent des axes de rotation à orientation fixe par rapport au support 26c, respectivement à la tête de bobinage 29c, tandis que les poulies 19c et 21c sont montées de façon tournante par rapport au support 26c grâce au palier 24c, respectivement par rapport à la tête de bobinage 29c grâce a l'arbre 25c.

[0041] Selon une troisième variante, les bobines 2a, 14a pourraient être montées de façon tournante sur leur bras de support 26d (fig. 5) et entraînées en rotation pour faire passer le fil suivant un débit continu de la bobine débitrice vers la bobine réceptrice. On aurait alors un premier mouvement alternatif de sciage du fil obtenu grâce aux organes rotatifs 42 avec leur tête de bobinage 29 et un second mouvement continu de rembobinage du fil sur la bobine réceptrice pour compenser l'usure de ce dernier. Le mouvement de sciage alternatif pourra alors avoir une vitesse plus grande, par exemple 20m/sec, que celle du mouvement continu, par exemple 1 à 2m/sec.

[0042] De façon générale, le fil de sciage formant la nappe de fils 8 est constituée d'acier à ressort d'un diamètre compris entre 0.1 et 0.2 mm afin de scier des blocs de matériaux durs ou de compositions plus particulières, tels que silicium, céramique, composés des éléments des groupes III-V, GGG, saphir, etc, en tranches de 0.1 à 5mm d'épaisseur environ. L'agent abrasif est un produit du commerce et peut être du diamant, du carbure de silicium, de l'alumine etc, sous forme fixée au fil ou sous forme libre en barbotage.

[0043] Le dispositif de sciage permet par l'utilisation de bobines 2a,14a lourdes, contenant de grandes longueurs de fil, de rationaliser l'opération de sciage et de découper des pièces à scier 9 de grandes dimensions tout en obtenant la précision nécessaire. De plus, le concept général de la machine se trouve simplifié, permettant d'obtenir pour l'utilisateur un investissement plus faible et une exploitation plus économique.

[0044] Il est bien entendu que le mode de réalisation et les variantes décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils peuvent recevoir toutes modifications désirables à l'intérieur du cadre tel que défini par la revendications 1. En particulier, le dispositif de sciage pourra présenter dans la zone de sciage uniquement un seul fil, au lieu d'une nappe de fils. Il pourrait également comporter une seule bobine non rotative soit débitrice soit réceptrice et un autre dispositif de gestion de fils à l'autre bout, par exemple une bobine conique monoflasque. La fonction de trancannage des bobines pourrait également être réalisée par un mouvement de va-et-vient transversal de la tête de bobinage parallèlement à l'axe des bobines. Les poulies 18 à 21 pourraient être remplacées par tout autre organe de renvoi et de guidage adéquats. L'orientation de l'axe des bobines 2a,14a pourrait être différente, verticale ou oblique.

Revendications

1. Dispositif de sciage par fil comprenant une zone de sciage (40) dans laquelle une pièce à scier (9) est en appui contre le fil (1) susceptible d'être déplacé selon un mouvement alternatif ou continu pour scier la pièce et un dispositif de gestion du fil (41a) comportant une bobine débitrice (2a) alimentant en fil neuf la zone de sciage (40) et une bobine réceptrice (14a) reprenant le fil usé provenant de la zone de sciage, caractérisé par le fait que le dispositif de gestion du fil (41a) comprend au moins un organe rotatif de débobinage et/ou de rembobinage (42) monté de façon tournante autour de la périphérie de cette bobine (2a,14a) et agencé de façon à débobiner et/ou rembobiner le fil avec un débit réglable.

2. Dispositif de sciage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fil est agencé dans la zone de sciage (40) sous forme d'une nappe de fils parallèles (8), par le fait que les deux bobines débitrices et réceptrices (2a,14a) sont montées de façon non rotative sur des supports et que le dispositif de gestion du fil (41a) comprend deux organes rotatifs (42) montés de façon tournante autour des deux bobines et agencées de façon à agir comme régulateurs de débit et de tension du fil.

3. Dispositif de sciage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit organe rotatif (42) comprend une tête de bobinage (29) montée de façon tournante autour de la périphérie de la bobine et comportant au moins un premier élément de renvoi (20,21) agencé à guider le fil provenant de ou aboutissant à la bobine en direction d'un second élément de renvoi (18,19).

4. Dispositif de sciage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le second élément de renvoi (18,19) est agencé de façon que le fil est disposé sensiblement sur l'axe de rotation dudit organe rotatif (42) confondu avec l'axe de la bobine (2a,14a) et agencé de façon à guider le fil en direction de la zone de sciage (40).

5. Dispositif de sciage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier élément de renvoi comprend une première poulie (20) dont une normale à l'axe de rotation est sensiblement perpendiculaire à l'axe de la bobine (2a,14a) autour de laquelle elle tourne et une seconde poulie (21) dont l'axe de rotation est monté tournant autour d'un arbre (25) agencé de manière que le fil abouti de façon sensiblement tangentielle à la bobine (2a,14a) quelque soit le degré de remplissage de cette dernière.

6. Dispositif de sciage selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le second élément de renvoi comprend une troisième poulie (19) montée sur un support de façon tournante telle que son axe de rotation est sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la première poulie (20) et une quatrième poulie (18) agencée de façon à guider le fil en direction de la zone de sciage (40).

7. Dispositif de sciage selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que l'organe rotatif (42) comprend un bras (17) équipé de ladite tête de bobinage (29) et ayant pour axe de rotation l'axe de la bobine.

8. Dispositif de sciage selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que l'organe rotatif (42) comprend un anneau (28) concentrique à la bobine et portant ladite tête de bobinage (29b) entraînée par un moteur en rotation sur l'anneau.

9. Dispositif de sciage selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que l'organe rotatif (42) comprend un anneau concentrique à la bobine formé par un roulement (30) à deux bagues, la tête de bobinage (29c) étant fixée sur une (32) des bagues entraînée en rotation par un moteur (31).

10. Dispositif de sciage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la fonction de trancannage des bobines (2a,14a) est réalisée par un mouvement de va-et-vient axial de celles-ci au moyen d'un organe d'entraînement mécanique, électrique, hydraulique ou pneumatique (23).

11. Dispositif de sciage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la fonction de trancannage des bobines est réalisée par un mouvement de va-et-vient axial de la tête de bobinage (29) parallèlement à l'axe des bobines (2a,14a).

12. Dispositif de sciage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de gestion du fil (41a) est agencé de façon à effectuer un premier mouvement alternatif de sciage du fil obtenu grâce à l'action dudit organe rotatif (42) et par le fait que les bobines sont montées de façon tournante sur des supports pour effectuer un second mouvement de rembobinage du fil usé sur la bobine réceptrice.

Dessins