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解決方案


超音波切割應用技術

本公司最新開發出可適用於加工電子零部件(陶瓷類零部件)及光學零部件(光學電子零部件、光學通訊零部件)的超音波切割技術,該應用技術能夠對迄今為止針對加工困難的玻璃以及陶瓷等難切削材料進行切割加工。

過去加工難切削材料時遇到的困難
在對玻璃、陶瓷、金屬以及樹脂等難切削材料進行切割加工時,容易出現以下各種各樣的問題。
  1. 由於發生切割刀片磨粒鈍化*1、及氣孔堵塞*2等現象,致使加工負荷增大。隨著加工負荷變大*3,會進一步增加加工物崩裂及毛邊的形成,及導致切割刀片發生破損,異常磨損以及加工物產生過熱現象。
*1 切割刀片端部的磨粒產生磨損,且表面磨粒發生鈍化的現象。在這種狀態下,切割刀片就無法正常進行加工。
*2 由於在切割刀片端部粘附了加工物的切削碎屑及膠膜粘合劑等,致使表面磨粒不能突出的現象。在這種狀態下與磨粒鈍化一樣,切割刀片就無法正常進行加工。
*3 使用較細的磨粒或提高進刀速度,都會導致加工負荷上昇。通過觀察主軸電流值的變化,就可確認加工負荷是否在上昇。
  1. 由於該類型切割刀片的適用範圍受到限制,因此在選擇結合劑時,為防止磨粒鈍化及氣孔堵塞等現象的發生,製程中就必須要求切割刀片產生適度的磨耗,所以使用樹脂類以外的結合劑就會比較困難達到此要求。另外,即使在選擇磨粒尺寸時,也需要採用尺寸較大的#320~#600磨粒。
為了解決在難切削材料加工過程中出現的如上所述的問題,本公司開發出作為其解決方案之一的超音波切割技術。
超音波切割加工原理
採用超音波技術進行切割加工時,將安裝在主軸後方的超音波振動器所產生的前後振動,經過主軸及切割刀片的基台傳遞到切割刀片的外圓部分,並轉換成半徑方向上的膨脹運動。通過這種振動轉換方式,就能夠獲得超音波加工所需要的理想的振動方向。(圖1)
圖1.超音波振動發生的原理
通過超音波的作用使切割刀片在半徑方向上產生瞬間的伸縮式振動,就能在極短的時間內,使磨粒與加工物之間在高加速度狀態下反復進行碰撞。(圖2)其結果是一邊使加工物表面產生微小的破碎層,一邊對其進行加工,因此能大幅度地降低切割刀片的加工負荷。另外,由於超音波的振動,致使切割刀片與加工物之間產生間隙,從而大大改善了磨粒的冷卻效果,並且可防止磨粒鈍化及氣孔堵塞等現象的發生,就能夠提高加工物的加工品質,並延長切割刀片的使用壽命。(圖4)
圖2.超音波切割加工原理
[加工條件]
加工物:
鈉玻璃 厚度為 1mm
主軸轉速: 12000rpm
進刀量: 0.5mm
圖3.比較在加工鈉玻璃時的主軸電流值
超音波OFF
由於切割刀片的端部被磨耗掉,使表面磨粒無法突出,從而導致磨粒鈍化現象的發生。
超音波ON
在超音波ON的狀態下,能夠保持表面磨粒突出在外。
加工石英玻璃時超音波ON/OFF的比較照片
圖4.防止磨粒鈍化的效果  
超音波切割的優點
通過減少加工負荷,改善磨粒的冷卻狀況,就能夠獲得各種良好的效果。
  1. 1. 即使原來因切割刀片發生破損而無法使用的磨粒細度為#2000左右的電鑄結合劑切割刀片也能夠對玻璃、石英、陶瓷等脆性材料實施切割加工。其結果可大幅度地改善加工品質。另外,即使採用與原來尺寸相同的磨粒實施加工,由於加工負荷得到了降低,所以也能夠使進給速度得到大幅度的提高。(圖5、6)
[加工條件]
加工物:
石英玻璃 厚度為300μm
切割刀片: #2000電鑄型
主軸轉速: 12000rpm
圖5.比較在加工石英玻璃時的進刀速度  
超音波OFF
進刀速度: 1㎜/sec(超音波OFF)
*切割刀片發生破損
超音波ON
進刀速度: 6㎜/sec(超音波ON)
[加工條件]
加工物:
石英玻璃 厚度为300μm
切割刀片: #2000電鑄型
主軸轉速: 12000rpm
圖6.加工石英時的表面崩裂(與圖5的條件相同)  
  1. 即使在加工樹脂和金屬等韌性材料時,由於磨粒的冷卻效果和超音波的作用,也能夠抑制切削碎屑粘附在切割刀片的端部,從而能防止因氣孔堵塞而導致加工不良現象的發生(毛邊增大)。
超音波OFF
進刀速度: 20㎜/sec(超音波OFF)
超音波ON
進刀速度: 20㎜/sec(超音波ON)
[加工條件]
加工物: QFN (全金属)
切割刀片: #360電鑄型
主軸轉速: 12000rpm
進刀速度: 20㎜/sec
圖7.加工QFN時產生的電極毛邊  
  1. 由於能採用強度雖然較高,但容易發生磨粒鈍化及氣孔堵塞的電鑄類結合劑,並且還可選擇尺寸較小的磨粒,所以能減小切割刀片的厚度,從而提高了材料的成品率。
超音波切割專用切割刀片
迪思科公司通過靈活運用豐富的切割刀片專業生產技術,成功地開發出超聲波切割專用切割刀片。另外,其結合劑類型也可以從樹脂結合劑、金屬結合劑、電鑄結合劑中進行選擇,從而能滿足客戶各種各樣的要求。
配置超音波主軸的設備
超音波主軸作為特殊選項可配置在DAD3350型設備上。
本公司計劃將來逐步擴大可安裝該主軸的產品系列。
DAD3350



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