Патент на изобретение №2230043

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ РЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ СЛОИСТОГО МАТЕРИАЛА, ВЫПОЛНЕННОГО ИЗ ХРУПКОГО МАТЕРИАЛА И ПЛАСТМАССЫ

(57) Реферат:

Нагревают пластмассу, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза, при этом понижая ее вязкость. Размещают единый режущий инструмент на пластмассовой стороне слоистого материала с возможностью регулирования усилия прижатия. Посредством обеспечения относительного движения между режущим инструментом и слоистым материалом по заранее определенной линии разреза разрезают пластмассу и одновременно царапают хрупкий материал, при этом вызывая механическое напряжение. В случае необходимости в дальнейшем увеличивают механическое напряжение по линии разреза за предел прочности на разрыв процарапанного хрупкого материала. Предпочтительная область применения – это разрезание тонких слоистых материалов из стекла или стеклокерамики и пластмассы. Технический результат изобретения – обеспечение резки слоистого материала за одну операцию с обеспечением высокой точности быстрой резки. 2 с. и 33 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение касается способа и устройства для резки слоистого материала, выполненного из хрупкого материала и пластмассы. Предпочтительным случаем применения является резка тонких слоистых материалов из стекла или стеклокерамики и пластмассы.

Слоистые материалы, выполненные из хрупкого материала и пластмассы, являются композиционными материалами, составные части которых представляют собой материалы, различающиеся по своим механическим и термическим свойствам.

Пластмассы, обычно используемые для изготовления таких слоистых материалов, в основном, являются сравнительно гибкими или пластичными и имеют высокий коэффициент теплового расширения, обычно равный 20-80 частей на миллион/К, и низкую температуру размягчения, обычно равную 120-260С.

В противоположность этому хрупкие материалы, как, например, стекло, стеклокерамика или керамика, используемые для изготовления слоистых материалов, являются механически хрупкими и обычно имеют низкий коэффициент теплового расширения и высокую температуру размягчения. Коэффициент теплового расширения стекла обычно составляет около 3,5-11 частей на миллион/К, а температура размягчения Т_G обычно равна 500-750С.

Ввиду различных физических свойств двух материалов, по существу, до настоящего времени не существует способов или устройств для резки единым режущим инструментом слоистого материала за одну операцию, содержащего хрупкую часть и пластмассу. Ранее известные способы и устройства относятся только к резке соответственно необработанного материала, а не композиционного материала.

Для механической резки необработанного хрупкого материала, как, например, стекла, выполняют царапину на поверхности стекла, например, с помощью алмазного резца либо небольшого режущего диска или режущего лезвия, изготовленного из твердого металла. Повреждение поверхности, выполненное таким способом, представляет собой последующую линию излома стекла, вдоль которой контролируемым образом развивается трещина под действием растягивающего усилия. Во время выполнения царапины на стекле нормальная сила, оказываемая на режущий инструмент, не должна превышать определенной величины, зависящей от толщины стекла. В противном случае это обычно приводит к неконтролируемому излому стекла (Н.Jebsen-Marwedel and (издатели) Glastechnische Fabrikationsfehler [дефекты при обработке стекла], Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1980, page 577 et seq., Chapter 12.7, F.Kerkhof and , Das “Schneiden” des Glases [“резка” стекла]).

Кроме обычной механической резки уже некоторое время известны способы, при которых с помощью теплового средства вызывают напряжения по линии разреза. Например, в DE 19715537 A1 описываются способ и устройство для резки плоских заготовок, выполненных из хрупкого материала, с помощью лазерного луча, используемого для создания термомеханических напряжений по линии разреза.

Кроме того, известна резка необработанного хрупкого материала пескоструйным способом с применением трафарета (JP 06008145 А) или водоструйным способом с применением абразивного вещества (DE 3533340 Al).

В противоположность этому необработанные пластмассовые пленки обычно разрезают или резанием с постепенным углублением лезвия в материал, используя разрезающее усилие двух лезвий с острыми кромками, изготовленных из твердого металла и движущихся друг к другу, или резанием с использованием очень острого ножа или режущего диска.

Однако все вышеупомянутые способы не пригодны для резки слоистого материала упомянутого типа, например слоистого материала из стекла и пластмассы. Вполне очевидно, что разрезание с постепенным углублением лезвия в слоистый материал возможно только при использовании тонких стекол. Однако разрезание с постепенным углублением лезвия в материал, достигаемое посредством разрезающего усилия в тонком стеклянном листе, вызывает неконтролируемое образование трещин хрупкого излома поперек направления резания. Хотя острый скальпелеобразный нож и может разрезать пластмассовую пленку, он не способен прорезать или царапать стекло. Более того, он очень быстро затупляется на стеклянной поверхности.

При резке алмазным стеклорезом или небольшим режущим диском из твердого металла необходимо поддерживать усилие прижатия ниже определенной предельной величины, чтобы избежать неконтролируемого разлома стекла. Однако максимального усилия прижатия режущего инструмента, ограниченного таким образом, недостаточно для надежной резки пленки в слоистом композиционном материале. Из-за его гибкости требуются сравнительно большие усилия прижатия (или нормальные силы) для разрезания пластмассовой пленки, которые опять привели бы к неконтролируемому разлому стекла.

Вследствие этих фактов невозможно за одну операцию разрезать слоистые материалы, используя обычные способы механической резки. Альтернативные способы резки таких композиционных материалов обладают рядом недостатков.

При известной лазерной резке затраты на оборудование значительно выше из-за использования лазера и необходимых оптических периферийных устройств, что приводит к значительно более высоким расходам. На слоистый материал или оптические устройства могут осаждаться испаряющиеся или даже термически разлагающиеся вещества.

Водоструйная резка приводит к загрязнению поверхности и к образованию дефектов поверхности под действием воды и примешанного к ней абразивного вещества. Подобным же образом пескоструйная резка приводит к загрязнению поверхности и образованию дефектов на поверхности слоистого материала. Эти способы вызывают дополнительные расходы на очистку.

Внедрение слоистых материалов, как, например, тонких слоистых материалов из стекла и пластмассы, в существующие отрасли производства, например в промышленность по производству дисплеев в качестве заменителя тонких стеклянных подложек, значительно упростилось бы, если бы существовал способ резки, который был бы по возможности совместим с обычными способами резки, вызывал бы лишь небольшие дополнительные затраты и, если это было бы целесообразно, мог бы применяться в существующем оборудовании для резки стекла.

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для резки единым режущим инструментом слоистого материала, изготовленного из хрупкого материала, например из стекла, стеклокерамики или керамики и пластмассы, с обеспечением при этом резки слоистого материала по возможности за одну операцию с одновременным обеспечением высокой точности резки и соответствия контуру, а также быстрой резки.

Кроме того, задачей изобретения является создание способа и устройства, которые могут совмещаться с существующими способами резки, вызывать небольшие дополнительные расходы и, если это целесообразно, применяться с существующим резательным оборудованием.

Согласно изобретению задача в отношении способа резки слоистого материала, выполненного из хрупкого материала и пластмассы, за одну операцию посредством единого режущего инструмента достигается посредством следующих стадий:

– нагревают пластмассу, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза, обеспечивая снижение вязкости пластмассы,

– размещают режущий инструмент на пластмассовой стороне слоистого материала с возможностью регулирования усилия прижатия режущего инструмента к поверхности слоистого материала,

– создают относительное движение между режущим инструментом и слоистым материалом по линии разреза, разрезая пластмассу и одновременно царапая хрупкий материал, при этом вызывая механическое напряжение, и, если это необходимо,

– дополнительно увеличивают механическое напряжение по линии разреза за предел прочности на разрыв процарапанного хрупкого материала.

Согласно изобретению задача в отношении устройства достигается созданием устройства, имеющего:

– средство для нагрева пластмассы, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза, обеспечивая снижение вязкости пластмассы,

– единый режущий инструмент, выполненный с возможностью его размещения на пластмассовой стороне слоистого материала и регулирования его усилия прижатия к поверхности слоистого материала,

– средство для обеспечения относительного движения между режущим инструментом и слоистым материалом по линии разреза для разрезания пластмассы и одновременного царапания хрупкого материала, при этом вызывая механическое напряжение, и, если это необходимо,

– средство для дополнительного увеличения механического напряжения по линии разреза за предел прочности на разрыв процарапанного хрупкого материала.

Посредством настоящего изобретения обеспечивается эффективное разрезание единым режущим инструментом за одну операцию слоистого материала, изготовленного из хрупкого материала и пластмассы, в частности слоистого материала, изготовленного из хрупкого материала со слоем пластмассы, нанесенным с одной стороны.

Это является большим преимуществом, так как использование двух режущих инструментов, направленных друг к другу или установленных один после другого, всегда вызывает необходимость осуществления сложной и зависящей от процесса регулировки, которая не требуется в случае данного технического решения.

Режущий инструмент должен быть размещен на пластмассовой стороне слоистого материала, чтобы надежно разрезать пластмассу и одновременно царапать хрупкий материал для хрупкого разрушения в месте разреза.

Для решения существенных проблем, связанных с механической резкой слоистых материалов, необходимо уменьшить большое усилие прижатия режущего инструмента при резании пластмассы. При нагревании пластмассы, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза значительно снижается ее вязкость, поэтому для резания пластмассы уже достаточно небольшого усилия прижатия режущего инструмента.

Возможное необходимое дополнительное увеличение механического напряжения по линии разреза до предела прочности на разрыв процарапанного хрупкого материала может быть осуществлено, например, сгибанием в области царапины, при этом распространение трещины, вызванной напряжением, происходит по линии разреза.

Для осуществления резки слоистого материала, изготовленного из хрупкого материала со слоями пластмассы, нанесенными с обеих сторон, разрезают пластмассу на каждой стороне слоистого материала и царапают хрупкий материал либо с одной стороны, либо с двух сторон.

В этом случае разрезание пластмассы и царапание хрупкого материала могут быть выполнены двумя противоположно установленными режущими инструментами за одну операцию или, по крайней мере, одним режущим инструментом за две последовательные операции. С этой целью нагревают пластмассу, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза, снижая вязкость пластмассы, при этом нагревание осуществляют, по крайней мере, на пластмассовой стороне слоистого материала, на которой размещают режущий инструмент. Режущий инструмент размещают на одной пластмассовой стороне слоистого материала, при этом необходимо регулировать усилие прижатия режущего инструмента к поверхности слоистого материала. Затем обеспечивают относительное движение между режущим инструментом и слоистым материалом по линии разреза, разрезая пластмассу на этой стороне.

На противоположной пластмассовой стороне слоистого материала размещают этот режущий инструмент или другой дополнительный режущий инструмент с возможностью регулирования усилия прижатия режущего инструмента к поверхности слоистого материала. Обеспечивают относительное движение между дополнительным режущим инструментом и слоистым материалом по линии разреза, разрезая пластмассу и одновременно царапая хрупкий материал, вызывая механическое напряжение. Если это необходимо, то дополнительно увеличивают механическое напряжение по линии разреза за предел прочности на разрыв процарапанного хрупкого материала.

Резка слоистого материала, изготовленного из хрупкого материала со слоями пластмассы, нанесенными с обеих сторон, при которой разрезание пластмассы и царапание хрупкого материала выполняют двумя противоположно установленными режущими инструментами, предпочтительно имеет следующие стадии:

– используют дополнительный режущий инструмент для слоя пластмассы, нанесенного со второй стороны хрупкого материала,

– нагревают пластмассу, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза, обеспечивая снижение вязкости пластмассы,

– соответственно размещают режущий инструмент на каждой пластмассовой стороне слоистого материала с возможностью регулирования усилия прижатия соответствующего режущего инструмента к поверхности слоистого материала,

– обеспечивают относительное движение между режущими инструментами и слоистым материалом по линии разреза, разрезая пластмассу и одновременно царапая хрупкий материал, вызывая механическое напряжение, при этом хрупкий материал царапают на одной стороне или на двух сторонах, и, если это необходимо,

– дополнительно увеличивают механическое напряжение по линии разреза за предел прочности на разрыв процарапанного хрупкого материала.

В этом случае два режущих инструмента предпочтительно устанавливают прямо напротив друг друга и осуществляют их синхронное движение относительно слоистого материала по линии разреза.

Если два режущих инструмента располагают с опережением один относительно другого, то режущий инструмент, который разрезает только пластмассу на одной стороне слоистого материала, предпочтительно устанавливают впереди противоположного режущего инструмента, который разрезает пластмассу и одновременно царапает хрупкий материал.

Пластмассу предпочтительно нагревают излучением, в частности инфракрасным, и/или лазерным излучением, и/или струей горячего газа. В этом случае можно также нагревать весь слоистый материал.

Однако нагрев пластмассы можно также осуществлять нагретым режущим инструментом, в частности его нагретым нижним концом. В этом случае нагрев пластмассы, по крайней мере, в области линии разреза посредством теплопередачи через нагретый режущий инструмент можно осуществлять как в отдельности, так и в дополнение к другим способам нагрева.

Нагрев пластмассы можно осуществлять как выше ее температуры размягчения, так и ниже ее температуры размягчения, предпочтительно немного ниже ее температуры размягчения.

Нагретую пластмассу разрезают, обеспечивая относительное движение между режущим инструментом и слоистым материалом, при этом перемещая режущий инструмент и/или перемещая слоистый материал вдоль заранее определенной линии разреза.

Кроме того, при той же самой операции можно режущим инструментом наносить царапину на поверхность хрупкого материала и образовывать линию разреза. Так как до этого уже была разрезана пластмассовая сторона композиционного материала, то обеспечивается разделение слоистого материала в результате распространения трещины, образованной растягивающим напряжением, по линии разреза. Скорости резания, которые достигаются в этом случае для разрезания пластмассы и одновременного царапания хрупкого материала, сравнимы со скоростями при обычной резке стекла.

Кроме того, расплавленная пластмассовая пленка в точке резки позволяет обходиться без влажной пленки, например, из воды, гликоля или пропанола, часто используемой при обычной резке стекла для улучшения качества резки и увеличения ресурса стойкости режущего инструмента.

Тонкий разрез, требуемый при резке пластмассы и одновременно при нанесении царапины на хрупкий материал, предпочтительно имеет место при резке слоистого материала режущим инструментом, имеющим установленный алмазный наконечник, режущим диском или режущим лезвием.

Алмаз, который является самым твердым минералом, благодаря этому свойству идеально подходит для резки слоистого материала при его установке на режущем инструменте независимо от того, выполнены ли режущие кромки из природного или искусственного алмаза.

Предпочтительно используют режущие диски и/или режущие лезвия, которые изготовлены из особенно твердого и прочного сплава или из керамики, например из металлокерамического сплава, содержащего карбид вольфрама и/или алмаз. Режущие диски предпочтительно скошены клинообразным образом и на наружной кромке снабжены хорошо отполированными поверхностями.

Создавая вибрацию, режущий инструмент и особенно его нижний конец могут подвергаться осевым и, возможно, также поперечным колебаниям с небольшой амплитудой и с регулируемой частотой. В результате улучшается резка. Улучшение резки не зависит от конкретной частоты. Однако, как установлено, при более высоких частотах достигается лучший эффект в результате большего числа колебаний за единицу времени. Предпочтительно использовать ультразвук, высокая частота которого может быть генерирована с помощью сравнительно недорогого средства. Частоты в диапазоне свыше 100 кГц могут быть генерированы с необходимыми амплитудами только при сравнительно больших расходах. Для создания ультразвука предпочтительно использовать модулятор, например кварцевый генератор или магнитострикционный модулятор, например никелевый стержень, введенный в сильное магнитное переменное поле. Ультразвук, создаваемый ультразвуковым воздействием, означает звуковые волны с частотой выше, чем 16 кГц. Согласно изобретению предпочтительно использовать звуковые волны с частотой от 20 до 100 кГц и амплитудой от 5 до 40 мкм. В этом случае колебания режущего инструмента, проходящие поперечно, продольно и/или поперечно относительно направления резания, обеспечивают лучшее смещение пластмассы от линии разреза. Таким образом, предотвращается возобновленное течение вместе с только что разрезанной, еще мягкой пластмассой. Осевые колебания режущего инструмента понижают осевую и поддерживающую силы, необходимые для разрезания пластмассы и одновременно для образования царапины на хрупком материале.

Согласно настоящему изобретению улучшается качество резки и уменьшается риск неконтролируемого разрушения хрупкого материала. В результате этого улучшаются показатели способа и повышается производительность при операции резки или обеспечивается возможность такой операции.

Способ и устройство используются предпочтительно для резки слоистых материалов, в частности тонких слоистых материалов, выполненных из хрупкого материала, например из стеклянного, стеклокерамического или керамического листа, и из пластмассы, в частности из пластмассовой пленки, при этом в качестве пластмассовой пленки может быть использована защищающая от царапания пленка, предпочтительно из полиэтилена, или пленка из напыленного полимера.

Кроме того, способ и устройство используются для резки слоистых материалов, выполненных из хрупкого материала и пластмассы, вязкость которой может быть снижена посредством нагрева режущим инструментом. Подходящими пластмассами являются, например, термопласты, а из них особенно подходящими являются, например, полиамиды, поликарбонаты, полиэфирсульфоны, олефиновые сополимеры, полиэтиленнафталины, полиакрилаты, полипентадиены или полиэтилентерефталат.

В этом случае слоистые материалы предпочтительно имеют толщину пластмассы от 1 до 300 мкм и хрупкого материала от 10 до 300 мкм.

Хрупкий материал и пластмассы предпочтительно соединены слоем клеящего вещества толщиной предпочтительно от 2 до 50 мкм.

С другой стороны, пластмасса может быть нанесена на хрупкий материал экструзией, способом отливки, напыления или нанесения покрытия валиком или наслоением пластмассовой пленки.

Однако способ и устройство пригодны также для резки слоистых материалов, изготовленных из сравнительно толстого хрупкого материала, например из стекла, в частности из листового стекла, стеклокерамики или керамики, и из пластмассы, при этом толщина хрупкого материала предпочтительно составляет до 30 мм.

Кроме того, можно также разрезать такие слоистые материалы, в которых хрупкий материал состоит из кремния, германия или углерода.

Для образования необходимой линии разреза и, в частности, необходимой линии царапания требуется особое размещение режущего инструмента. Угол между продольной осью режущего инструмента и плоскостью резания в направлении резания предпочтительно регулируется в пределах от 55 до 75. Особенно предпочтительно угол, равный 65.

Нижеследующий пример предназначен для дополнительной иллюстрации изобретения со ссылкой на чертеж.

На чертеже показано предпочтительное устройство для резки единым режущим инструментом 5 за одну операцию слоистого материала 1, изготовленного из хрупкого материала 2 и пластмассы 4. Слоистым материалом 1 является, например, тонкий стеклянно-пластмассовый слоистый материал из стеклянного листа 2 толщиной предпочтительно 10-300 мкм и пластмассовой пленки 4 толщиной 1-300 мкм, предпочтительно соединенных друг с другом слоем клеящего вещества 3 толщиной 2-50 мкм.

Нагреваемый единый режущий инструмент 5 может быть размещен на пластмассовой стороне 4 стеклянно-пластмассового слоистого материала 1, при этом усилие прижатия режущего инструмента 5 к поверхности стеклянно-пластмассового слоистого материала 1 можно регулировать с помощью подходящего средства, например, пружинными элементами 13. Соответствующее усилие прижатия можно легко определить опытным путем, и оно обычно соответствует усилию прижатия, которое необходимо для царапания необработанного хрупкого материала соответствующей толщины. Нижний конец 6 нагреваемого режущего инструмента 5 содержит установленный клинообразный алмаз для образования особенно тонких линий разреза. С помощью электронагревательного элемента 7 режущий инструмент 5 и особенно предпочтительно его нижний конец 6 могут быть нагреты до температуры, необходимой для разрезания соответствующей пластмассы 4.

Электронагревательный элемент 7 предпочтительно регулируется устройством 8 для регулирования напряжения нагрева, при этом в особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения автоматический контроль и регулирование температуры осуществляются посредством термопары 9, которая как можно ближе прикреплена к нижнему концу 6 режущего инструмента 5 и соединена с устройством 8 для регулирования напряжения нагрева. Таким образом, можно устанавливать и регулировать температуру режущего инструмента 5, необходимую для разрезания определенной пластмассы 4.

Во время разрезания следует поддерживать постоянную температуру режущего инструмента 5 или, по крайней мере, температуру его нижнего конца 6, необходимую для разрезания соответствующей пластмассы 4.

Соответствующую температуру режущего инструмента 5 и, в частности, его нижнего конца 6 можно также легко определить опытным путем. В качестве точки отсчета можно использовать температуру размягчения пластмассы 4, соответственно подлежащей разрезанию, или температуру, которая находится несколько выше температуры размягчения. В этом случае для обеспечения необходимой теплопередачи к пластмассе 4, соответственно подлежащей разрезанию, температура режущего инструмента 5 и, в частности, температура его нижнего конца 6 может быть тем выше, чем больше скорость резания. При нагреве пластмассы 4 режущим инструментом 5 вязкость пластмассы 4 должна понижаться до такой степени, чтобы не увеличивалось или почти не увеличивалось усилие прижатия, необходимое для одновременного царапания стекла 2.

С помощью устройства (не показано), которым предпочтительно может быть источник излучения, например источник тепла, инфракрасный и/или лазерный нагреватель, либо источник струи горячего газа, пластмасса может быть также дополнительно нагрета, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза.

При дальнейшем усовершенствовании изобретения устройство для нагрева размещают таким образом, чтобы местный нагрев пластмассы происходил, по крайней мере, вдоль линии разреза. Это устройство для нагрева предпочтительно размещают вместе с режущим инструментом и впереди последнего. В этом случае указанное устройство может использоваться для нагрева пластмассы как в отдельности, после чего не требуется нагрев режущим инструментом, так и в дополнение к нагреву нагретым режущим инструментом.

Режущий инструмент 5 через подвеску 14 соединен с направляющими элементами 15, которые обеспечивают движение режущего инструмента 5 по любой требуемой, предварительно определенной линии разреза вдоль стеклянно-пластмассового слоистого материала 1, причем такое движение можно осуществлять вручную и механически.

Благодаря движению нагретого режущего инструмента 5 по заранее определенной линии разреза разрезается пластмасса 4 вместе со слоем клеящего вещества 3 и одновременно образуется царапина на нижерасположенном стекле 2, которое соединено с пластмассой 4, в результате чего возникает механическое напряжение по линии разреза. Это происходит при резке тонких слоистых материалов.

При необходимости с помощью дополнительного устройства (не показано) можно увеличить механическое напряжение по линии разреза за предел прочности на разрыв стекла 2. Таким образом достигается распространение трещины по линии разреза, т.е. так называемый разлом стекла. В этом случае разлом происходит, по существу, под действием растягивающего усилия при изгибе по линии царапания с цепочкой нижерасположенных мелких возникающих трещин.

В качестве примера, по крайней мере, нижний конец режущего инструмента нагревают до приблизительно 200С для резки плоского стеклянно-пластмассового слоистого материала, содержащего стеклянный лист толщиной 50-400 мкм, который соединен с пластмассовой пленкой 4 толщиной 50 мкм, изготовленной из полиэтилентерефталата. В этом случае усилие прижатия устанавливают приблизительно 1 Н для скорости резания приблизительно в 10 м/мин.

Изобретение не ограничено выполнением прямых разрезов; конечно могут быть также выполнены изогнутые разрезы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения режущий инструмент 5 и предпочтительно его нижний конец 6 могут посредством пьезо- или магнитострикционного модулятора 10 и соединительного элемента 12 подвергаться ультразвуковым колебаниям, которые являются продольными и/или поперечными по отношению к режущему инструменту 5 (вдоль и/или поперек направления резания) и имеют низкую амплитуду, предпочтительно от 5 до 40 мкм, и регулируемую частоту. Частота ультразвуковых колебаний может быть установлена посредством функционального генератора 11, при этом необходимые разрезы достигаются при частотах в диапазоне от 20 до 100 кГц.

Режущий инструмент предпочтительно может быть выполнен с возможностью его поворота, по крайней мере, одним осевым элементом 16 перпендикулярно и параллельно плоскости резания в направлении резания, при этом угол между продольной осью режущего инструмента 5 и плоскостью резания в направлении резания можно регулировать в пределах от 55 до 75, предпочтительно 65.

Кроме того, изобретение не ограничено резкой плоских слоистых материалов, могут быть также разрезаны слоистые материалы, имеющие неплоскую форму, например выпуклые композитные изделия, такие как автомобильные ветровые стекла или зеркала с пластмассовым покрытием, а также композитные изделия, изготовленные из полого стекла с пластмассовым покрытием.

Способ согласно изобретению и устройство согласно изобретению совместимы с существующими механическими способами резки стекла и могут быть без больших затрат включены в существующие способы и устройства. Способ и устройство впервые дают возможность разрезать единым режущим инструментом с большой скоростью и за одну операцию слоистые материалы, изготовленные из хрупкого материала и пластмассы. Точность резки и следование контурам соответствуют известным способам резки хрупких материалов или необработанных пластмасс.

Предпочтительным применением является резка тонких слоистых материалов из стекла или стеклокерамики и пластмассы при толщине стекла или стеклокерамики предпочтительно 10-300 мкм и толщине пластмассы 1-300 мкм.

Перечень позиций:

1. Слоистый материал

2. Хрупкий материал

3. Слой клеящего вещества

4. Пластмасса

5. Режущий инструмент

6. Нижний конец режущего инструмента

7. Нагревательный элемент

8. Устройство для регулирования напряжения нагрева

9. Термопара

10. Пьезо- или магнитострикционный модулятор

11. Функциональный генератор

12. Соединительный элемент

13. Пружинные элементы

14. Подвеска

15. Направляющий элемент

16. Осевой элемент

Формула изобретения

1. Способ резки слоистого материала, выполненного из хрупкого материала и пластмассы, за одну операцию посредством единого режущего инструмента, который включает следующие стадии: нагревают пластмассу, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза, обеспечивая снижение вязкости пластмассы, размещают режущий инструмент на пластмассовой стороне слоистого материала с возможностью регулирования усилия прижатия режущего инструмента к поверхности слоистого материала, создают относительное движение между режущим инструментом и слоистым материалом по линии разреза, разрезая пластмассу и одновременно царапая хрупкий материал, при этом вызывая механическое напряжение, и, если это необходимо, дополнительно увеличивают механическое напряжение по линии разреза за предел прочности на разрыв процарапанного хрупкого материала.

2. Способ по п.1, в котором используют дополнительный режущий инструмент для слоя пластмассы, нанесенного со второй стороны хрупкого материала, нагревают пластмассу, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза, обеспечивая снижение вязкости пластмассы, соответственно размещают режущий инструмент на каждой пластмассовой стороне слоистого материала с возможностью регулирования усилия прижатия соответствующего режущего инструмента к поверхности слоистого материала, обеспечивают относительное движение между режущими инструментами и слоистым материалом по линии разреза, разрезая пластмассу и одновременно царапая хрупкий материал, при этом вызывая механическое напряжение, причем хрупкий материал царапают на одной стороне или на двух сторонах, и, если это необходимо, дополнительно увеличивают механическое напряжение по линии разреза за предел прочности на разрыв процарапанного хрупкого материала.

3. Способ по п.1 или 2, в котором нагрев осуществляют излучением, например, инфракрасным и/или лазерным излучением, либо струей горячего газа.

4. Способ по одному из пп.1-3, в котором нагрев осуществляют нагретым режущим инструментом, предпочтительно его нагретым нижним концом.

5. Способ по одному из пп.1-4, в котором нагревают весь слоистый материал.

6. Способ по одному из пп.1-5, в котором слоистый материал разрезают установленным алмазным наконечником режущего инструмента.

7. Способ по одному из пп.1-6, в котором слоистый материал разрезают режущим диском и/или режущим лезвием режущего инструмента.

8. Способ по п.7, в котором используют режущий диск или режущее лезвие, выполненные из твердого металла или керамики, в частности из металлокерамического сплава, содержащего карбид вольфрама и/или алмаз.

9. Способ по одному из пп.1-8, в котором режущий инструмент, предпочтительно его нижний конец, выполнен с возможностью осуществления осевых ультразвуковых колебаний.

10. Способ по одному из пп.1-9, в котором режущий инструмент, предпочтительно его нижний конец, выполнен с возможностью осуществления поперечных ультразвуковых колебаний вдоль и/или поперек относительно направления резания.

11. Способ по п.9 или 10, в котором ультразвуковые колебания имеют низкие амплитуды, например от 5 до 40 мкм.

12. Способ по одному из пп.9-11, в котором используют частоты ультразвуковых колебаний в диапазоне от 20 до 100 кГц.

13. Способ по одному из пп.1-12, в котором в качестве пластмассы используют пластмассовую пленку или пленку из напыленного полимера.

14. Способ по п.13, в котором используют пластмассовую пленку из полиэтилена или поликарбоната.

15. Способ по одному из пп.1-14, в котором пластмасса имеет толщину от 1 до 300 мкм.

16. Способ по одному из пп.1-15, в котором в качестве хрупкого материала используют стекло, например плоское стекло, стеклокерамику или керамику.

17. Способ по п.16, в котором хрупкий материал имеет толщину до 30 мм.

18. Способ по одному из пп.1-17, в котором в качестве хрупкого материала используют стеклянный, стеклокерамический или керамический лист.

19. Способ по п.18, в котором хрупкий материал имеет толщину от 10 до 300 мкм.

20. Способ по одному из пп.1-19, в котором хрупкий материал и пластмасса соединены друг с другом слоем клеящего вещества.

21. Способ по п.20, в котором слой клеящего вещества имеет толщину от 2 до 50 мкм.

22. Способ по одному из пп.1-21, в котором на хрупкий материал пластмассу наносят экструзией, способом отливки, напылением или нанесением покрытия валиком либо наслоением пластмассовой пленки.

23. Устройство для резки слоистого материала, выполненного из хрупкого материала и пластмассы, которое содержит средство для нагрева пластмассы, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза для обеспечения снижения вязкости пластмассы, единый режущий инструмент, выполненный с возможностью его размещения на пластмассовой стороне слоистого материала и регулирования усилия прижатия к поверхности слоистого материала, средство для обеспечения относительного движения между режущим инструментом и слоистым материалом по линии разреза для разрезания пластмассы и одновременного царапания хрупкого материала, при этом вызывая механическое напряжение, и, если это необходимо, средство для дополнительного увеличения механического напряжения по линии разреза за предел прочности на разрыв процарапанного хрупкого материала.

24. Устройство по п.23, которое включает дополнительный режущий инструмент, выполненный с возможностью размещения на слое пластмассы, нанесенном со второй стороны хрупкого материала, и регулирования усилия прижатия к поверхности, слоистого материала, средство для нагрева пластмассы, по крайней мере, в области заранее определенной линии разреза для обеспечения снижения вязкости пластмассы, средство для обеспечения относительного движения между режущими инструментами и слоистым материалом по линии разреза для разрезания пластмассы и одновременного царапания хрупкого материала, при этом вызывая механическое напряжение, с обеспечением царапания хрупкого материала на одной стороне или на обеих сторонах, и, если это необходимо, средство для дополнительного увеличения механического напряжения по линии разреза за предел прочности на разрыв процарапанного хрупкого материала.

25. Устройство по п.23 или 24, в котором средство для нагрева пластмассы содержит источник излучения, например источник тепла в виде инфракрасного и/или лазерного нагревателя, и/или источник струи горячего газа.

26. Устройство по одному из пп.23-25, в котором режущий инструмент, предпочтительно его нижний конец, выполнен с возможностью его нагрева.

27. Устройство по одному из пп.23-26, в котором нижний конец режущего инструмента содержит установленный алмаз.

28. Устройство по одному из пп.23-27, в котором нижний конец режущего инструмента выполнен в виде режущего диска и/или режущего лезвия, выполненных из твердого металла или из керамики, например из металлокерамического сплава, содержащего карбид вольфрама и/или алмаз.

29. Устройство по одному из пп.23-28, в котором режущий инструмент, предпочтительно его нижний конец, выполнен с возможностью совершения ультразвуковых колебаний в направлении по оси режущего инструмента посредством пьезо- или магнитострикционного модулятора и соединительного элемента.

30. Устройство по одному из пп.23-29, в котором режущий инструмент, предпочтительно его нижний конец, выполнен с возможностью совершения ультразвуковых колебаний поперек направления резания в направлении, поперечном к режущему инструменту, посредством пьезо- или магнитострикционного модулятора и соединительного элемента.

31. Устройство по одному из пп.23-30, в котором режущий инструмент, предпочтительно его нижний конец, выполнен с возможностью совершения ультразвуковых колебаний продольно направлению резания в направлении, поперечном к режущему инструменту, посредством пьезо- или магнитострикционного модулятора и соединительного элемента.

32. Устройство по одному из пп.29-31, в котором амплитуды и частоты ультразвуковых колебаний регулируются с обратной связью и без нее.

33. Устройство по п.32, в котором амплитуды ультразвуковых колебаний находятся в интервале от 5 до 40 мкм, а частоты ультразвуковых колебаний – в интервале от 20 до 100 кГц.

34. Устройство по одному из пп.23-33, в котором средство для нагрева пластмассы содержит, по крайней мере, один нагревательный элемент, одну термопару и одно устройство – для регулирования напряжения нагрева.

35. Устройство по одному из пп.23-34, в котором режущий инструмент выполнен с возможностью поворота, по крайней мере, одним осевым элементом перпендикулярно и параллельно плоскости резания, по крайней мере, в направлении резания.

РИСУНКИ

PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

(73) Патентообладатель(и):

ШОТТ ГЛАС (DE)

(73) Патентообладатель:

ШОТТ АГ (DE)

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 22.12.2005 № РД0005224

Извещение опубликовано: 20.02.2006 БИ: 05/2006