CZ307545B6 - Způsob a zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu - Google Patents
Způsob a zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307545B6 CZ307545B6 CZ2017-699A CZ2017699A CZ307545B6 CZ 307545 B6 CZ307545 B6 CZ 307545B6 CZ 2017699 A CZ2017699 A CZ 2017699A CZ 307545 B6 CZ307545 B6 CZ 307545B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- dividing
- rod
- pulse
- divided
- tube
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 claims 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 claims 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000002195 soluble material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B33/00—Severing cooled glass
- C03B33/06—Cutting or splitting glass tubes, rods, or hollow products
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
Abstract
Vynález se týká způsobu dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, zvláště ze skla, při kterém se na povrchu předmětu nejdříve vytvoří v určeném místě alespoň jeden obvodový vryp (11), načež se na dělený předmět působí silovým impulzem nebo impulzy. Silovým impulzem se působí ve směru podélné osy děleného předmětu, čímž vzniká podélná napěťová vlna šířící se předmětem ve směru jeho podélné osy, která se odrazí od volného konce děleného předmětu jako vlna (TA) tahová, která v místě zeslabeném obvodovým vrypem (11) nejbližším volnému konci předmětu způsobí oddělení části trubičky, nazývané preforma (12). Vynález se také týká zařízení k provádění tohoto způsobu.
Description
Způsob a zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu
Oblast techniky
Způsob dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, zvláště ze skla, při kterém se na povrchu předmětu nejdříve vytvoří v určeném místě alespoň jeden obvodový vryp, načež se na upevněný předmět působí silovým impulzem o zvolené amplitudě a časovém průběhu.
Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, zvláště ze skla, které obsahuje řezné zařízení k vytváření obvodových vrypů na předmětu z křehkého materiálu a zdroj impuizní síly s volitelným výkonem a/nebo amplitudou, a upínač pro upevnění předmětu vzhledem ke zdroji impuizní síly.
Dosavadní stav techniky
Pracnost při velkosériové výrobě skleněných předmětů (korálků, šatonů) z trubiček nebo tyčí, zvláště skleněných trubiček nebo tyčí malých průměrů, je značně ovlivněna požadavkem na kvalitu povrchu jejich čel. V současné době se dělení provádí například sekáním nebo lámáním. Nedostatkem je nízká kvalita lomové plochy.
Dokument US 2436819 z roku 1944, který se týká výroby skleněných korálků, vychází ze svazku rovnoběžně těsně vedle sebe uspořádaných dlouhých skleněných trubiček. Prostory mezi povrchy trubiček jsou přitom zality materiálem rozpustným ve vodě, který po ztuhnutí vytvoří s trubičkami pevné těleso. To se potom řeže úzkým abrazivním kotoučem na kruhové desky, které se perou ve vodě. Tím se ztuhlý materiál rozpustí, načež se volné korálky suší. Nevýhodou je relativně náročná a nesnadně automatizovatelná operace vytvoření tuhého svazku skleněných trubiček i vymývání částic lepicího materiálu k vyčištění jednotlivých skleněných tělísek. Průměr svazku trubiček vyžaduje tuhý kotouč, což se promítne do tloušťky řezacího prostředku a tím i velké tloušťky řezu. Plocha řezu trubiček patrně nebude bez další dokončovací operace dostatečně hladká.
Dokument DE 102005054669 A1 se primárně zabývá řezáním skleněných tabulí. V tabuli se v místě, ve kterém má být tabule rozdělena, provede přímá rýha řezacím kolečkem, jehlou nebo laserem. Do kontaktu se sklem se v blízkosti rýhy přivede ultrazvukový oscilátor, který se při frekvenci 20 až 30 kHz vede po skle podél rýhy, čímž se sklo v místě rýhy oddělí. Alternativně je uveden i způsob dělení skleněné trubičky, do jejíhož povrchu je předem vytvořena rýha. Kontaktní ploška ultrazvukového oscilátoru je pak vedena po obvodu trubičky v místě rýhy. Tento způsob je však technicky i ekonomicky nevyužitelný pro dělení trubiček malých průměrů např. při výrobě skleněných korálků.
Cílem vynálezu je odstranit nedostatky dosavadního stavu techniky a vytvořit řešení, které by bylo ekonomické zvláště pro malé průměry skleněných trubiček a kterým by se u výsledných dělených elementů dosáhlo kvalitní dělicí plochy bez dalších pracných operací.
Podstata vynálezu
Cíle vynálezu je dosaženo způsobem dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, na němž je vytvořen v určeném místě obvodový vryp, načež se na upevněný předmět působí silovým impulzem o zvolené amplitudě a časovém průběhu, jehož podstatou je to, že silovým impulzem se působí ve směru podélné osy děleného předmětu, čímž
- 1 CZ 307545 B6 vzniká podélná tlaková napěťová vlna šířící se předmětem ve směru jeho podélné osy, která se odrazí od volného konce děleného předmětu jako vlna tahová, která v místě zeslabeném obvodovým vrypem nejbližším volnému konci předmětu způsobí oddělení koncové časti trubičky dále nazývané preforma. Tlakový napěťový pulz totiž projde místem obvodového vrypu bez účinku, načež vracející se tahová vlna, která se sečítá s postupující tlakovou vlnou, vyvolá napětí vyšší, než je pevnost děleného předmětu v místě vrubu.
Cíle vynálezu je dosaženo rovněž zařízením k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, jehož podstatou je to, že zdroj impulzní síly je uspořádán tak, že jeho výkonový výstup leží v podélné ose děleného předmětu.
Zdrojem impulzní síly je v jednom výhodném provedení zařízení k urychlení kovového projektilu, který mechanicky narazí na čelo děleného předmětu.
V dalším výhodném provedení je zdrojem impulzní síly ultrazvukový oscilátor, který obsahuje piezoelektrický element zvyšující jeho účinek. V dalším provedení je mezi piezoelektrickým elementem a děleným předmětem uspořádán koncentrátor impulzní síly generované ultrazvukovým oscilátorem. Ultrazvukový oscilátor může vyslat několik přibližně sinusových vln s vhodně zvolenou frekvencí tak, aby tlaková půlvlna postupující vlny, která se odrazí jako tahová, se sečetla s postupující tahovou půlvlnou. Tím se získá dvojnásobná tahová amplituda. Pak stačí k oddělení preformy poloviční výkon ultrazvukového oscilátoru. Při vhodně zvoleném počtu vln (dvě nebo tři), se vytvoří maximum tahového napětí v místě posledního vrypu před koncem tyče a oddělí se jenom jedna preforma. Poté se může cyklus opakovat.
Objasnění výkresů
Část zařízení k dělení skleněné trubičky, zvláště trubičky malého průměru, podle vynálezu je schematicky znázorněna na obr. 1 až 3, na obr. 4a až 4c je schematicky znázorněn průběh dělení trubičky.
Příklady uskutečnění vynálezu
Zařízení k dělení skleněné trubičky nebo tyče (v dalším textuje pro zjednodušení používán pouze výraz „trubička“) podle vynálezu má dvě základní části. První známá část zařízení, která není předmětem vynálezu, není znázorněna. Obsahuje řezný prostředek sloužící k narušení povrchu trubičky vytvořením alespoň jednoho obvodového vrypu do vnějšího povrchu trubičky. To se provádí některým ze známých řezných nástrojů, například řezacím kolečkem, jehlou, laserem a podobně. Důležité je, aby vrypy měly předepsanou vzájemnou vzdálenost a vhodný tvar, tedy aby vrypy vytvořily vhodné zeslabení průřezu stěny trubičky. Vrypy mohou mít také různou hloubku podle vzdálenosti od impulzního zařízení, čímž může být respektována změna síly impulzu v závislosti na této vzdálenosti. Obvodový vryp představuje místo s výrazně nižší pevností oproti nenarušené části trubičky, proto k lomu a oddělení části trubičky dojde řízené v místě tohoto vrypu.
Druhá část zařízení znázorněná na obr. 1 obsahuje aktivní prostředek k odlomení části nebo částí trubičky 1, kterým je zdroj 2 impulzní síly.
V prvním příkladném provedení podle vynálezu znázorněném na obr. 2 je zdrojem 2 impulzní síly blíže neznázorněné zařízení 21 k urychlení kovového projektilu 22 na potřebnou rychlost směrem k čelu dělené trubičky 1 v její podélné ose a k nárazu na toto čelo. Silová část zařízení 21 využívá k urychlení projektilu 22 stlačeného vzduchu, odstředivé síly nebo magnetické síly.
-2CZ 307545 B6
V druhém příkladném provedení podle vynálezu znázorněném na obr. 3 je zdrojem 2 impulzní síly ultrazvukový oscilátor 23 obsahující piezoelektrický element, na nějž navazuje zužující se ocelový nástavec tvořící koncentrátor 24 soustřeďující generovanou impulzní sílu do čela trubičky 1, které je v přímém plošném kontaktu s čelem koncentrátoru 24 odvráceným od ultrazvukového oscilátoru 23.
Trubička 1 je v příkladných provedeních uložena v neznázoměném závěsu v ose zdroje 2 impulzní síly s volností ve směru této osy. To umožňuje volné šíření silového impulzu v osovém směru trubičky 1. Důležitý je přenos impulzu do trubičky 1, proto při buzení rázem musí být zajištěn velmi dobrý styk mezi projektilem 22 nebo čelem koncentrátoru 24 a čelem trubičky 1 pokud možno v celém průřezu trubičky 1.
Princip dělení je znázorněn na obr. 4a až 4c. V příkladném provedení je trubička 1 o délce Lq opatřena jedním obvodovým vrypem U, který je proveden ve vzdálenosti Lx od volného konce trubičky 1. Segment trubičky, který má být odlomen, je v dalším textu uváděn jako „preforma“ 12. K opačnému konci trubičky 1 je v její podélné ose připojen zdroj 2 síly.
Po vyvolání mechanického rázu se trubičkou 1 šíří ve směru S podélná tlaková elastická vlna TL (obr. 4a), která má pro zjednodušení trojúhelníkový průběh napětí. Její délka L je menší, než dvojnásobek délky Li požadované preformy 12. Tlakový napěťový pulz projde rovinou vrypu 11 bez účinku a na volném konci trubičky 1 se postupně odráží zpět s opačným znaménkem jako tahová vlna TA, která se sečítá s postupující tlakovou vlnou (obr. 4b). Pro případný výpočet šíření a odrazů vln lze použít například všeobecně dostupnou teorii šíření napěťových vln a rázů v tenkých tyčích.
Když ve znázorněném příkladu dospěje čelo tahové vlny k dělicí rovině v místě vrypu H, oddělí se koncová preforma 12 trubičky 1, protože materiál dělicí roviny nepřenese napětí vracející se tahové vlny TA (obr. 4c). Pokud má tedy napěťový pulz dostatečnou amplitudu a vhodný průběh, dojde k oddělení příslušné preformy 12.
Základní parametry způsobu dělení podle vynálezu lze odvodit z mechanických vlastností skla, ze kterého je trubička 1 vyrobena. V uvedeném příkladu lze vycházet z Youngova modulu pružnosti běžného skla E = 60 GPa, hustoty p = 2500 kg.m'3 a odpovídající rychlosti c = 4900 ms'1 šíření podélných vln.
Teoretickou délku T napěťového pulsu lze určit z výrazu
2Li
T = — c
Pro uvažovanou délku L| = 3,6 mm preformy 12 vychází časová délka tlakového napěťového pulsu přibližně T = 1,5 ps.
Ve druhém příkladném provedení podle vynálezu znázorněném na obr. 3, kde je zdrojem 2 impulzní síly ultrazvukový oscilátor 23, může ultrazvukový oscilátor vyslat několik přibližně sinusových vln s frekvencí vhodně zvolenou tak, aby tlaková půlvlna postupující vlny, která se odrazí jako tahová půlvlna, se sečetla s postupující tahovou půlvlnou. Tím se získá dvojnásobná tahová amplituda. Pak stačí k oddělení preformy 12 poloviční výkon ultrazvukového oscilátoru 23. Při vhodně zvoleném počtu vln (dvě nebo tři), se vytvoří maximum tahového napětí v místě posledního vrypu před koncem tyče a oddělí se jenom jedna preforma 12. Poté se může cyklus opakovat.
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, zvláště ze skla, při kterém se na povrchu předmětu nejdříve vytvoří v určeném místě alespoň jeden obvodový vryp (11) načež se na dělený předmět působí silovým impulzem o zvolené amplitudě a časovém průběhu, vyznačující se tím, že silovým impulzem se působí ve směru podélné osy děleného předmětu, čímž vzniká podélná napěťová vlna šířící se předmětem ve směru jeho podélné osy, která se odrazí od volného konce děleného předmětu jako vlna (TA) tahová, která v místě zeslabeném obvodovým vrypem (11) nejbližším volnému konci předmětu způsobí oddělení koncové preformy (12).
- 2. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu, zvláště ze skla, způsobem podle nároku 1, které obsahuje řezné zařízení k vytváření obvodových vrypů (11) na předmětu z křehkého materiálu a zdroj (2) impulzní síly s volitelným výkonem a/nebo amplitudou, a upínač pro upevnění předmětu vzhledem ke zdroji (2) impulzní síly, vyznačující se tím, že zdroj (2) impulzní síly je uspořádán tak, že jeho výkonový výstup leží v podélné ose děleného předmětu.
- 3. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu podle nároku 2, vyznačující se tím, že zdrojem (2) impulzní síly je zařízení (21) k urychlení kovového projektilu (22).
- 4. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu podle nároku 2, vyznačující se tím, že zdrojem (2) impulzní síly je ultrazvukový oscilátor (23).
- 5. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu podle nároku 4, vyznačující se tím, že ultrazvukový oscilátor (23) obsahuje piezoelektrický element.
- 6. Zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu podle nároku 5, vyznačující se tím, že mezi piezoelektrickým elementem a děleným předmětem je uspořádán koncentrátor (24).
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2017-699A CZ307545B6 (cs) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Způsob a zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu |
| EP18202506.4A EP3480172B1 (en) | 2017-11-01 | 2018-10-25 | Method for separating a rod-like or tubular object made of a brittle material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2017-699A CZ307545B6 (cs) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Způsob a zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2017699A3 CZ2017699A3 (cs) | 2018-11-21 |
| CZ307545B6 true CZ307545B6 (cs) | 2018-11-21 |
Family
ID=64269307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2017-699A CZ307545B6 (cs) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | Způsob a zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3480172B1 (cs) |
| CZ (1) | CZ307545B6 (cs) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009149482A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Tosoh Quartz Corp | ガラス管の切断方法 |
| CN104671656A (zh) * | 2013-12-03 | 2015-06-03 | 河南科技大学东海硅产业节能技术研究院 | 基于超声波的玻璃管自动切割装置 |
| KR101609782B1 (ko) * | 2015-04-22 | 2016-04-06 | 에스엔티코리아 주식회사 | 유리 기판 브레이킹장치 |
| CN105837016A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-08-10 | 苏州微米光学科技有限公司 | 一种利用超声波加工光学玻璃的装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8810976D0 (en) * | 1988-05-10 | 1988-06-15 | Sra Dev Ltd | Cutting brittle materials |
-
2017
- 2017-11-01 CZ CZ2017-699A patent/CZ307545B6/cs not_active IP Right Cessation
-
2018
- 2018-10-25 EP EP18202506.4A patent/EP3480172B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009149482A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Tosoh Quartz Corp | ガラス管の切断方法 |
| CN104671656A (zh) * | 2013-12-03 | 2015-06-03 | 河南科技大学东海硅产业节能技术研究院 | 基于超声波的玻璃管自动切割装置 |
| KR101609782B1 (ko) * | 2015-04-22 | 2016-04-06 | 에스엔티코리아 주식회사 | 유리 기판 브레이킹장치 |
| CN105837016A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-08-10 | 苏州微米光学科技有限公司 | 一种利用超声波加工光学玻璃的装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2017699A3 (cs) | 2018-11-21 |
| EP3480172A1 (en) | 2019-05-08 |
| EP3480172B1 (en) | 2020-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5869778B2 (ja) | レーザーショックピーニングのシステム及び方法 | |
| JP2009510256A5 (cs) | ||
| CN106893855B (zh) | 一种涡轮叶片主导边双面异步激光冲击强化方法 | |
| US20040251290A1 (en) | Cutting method for brittle non-metallic materials (two variants) | |
| PL1945401T3 (pl) | Urządzenie i sposób do rozdzielania materiału przy użyciu impulsów laserowych, z energią impulsu laserowego mniejszą niż energia impulsu laserowego do uzyskania rozdzielenia materiału | |
| Shi et al. | Quasi-brittle ice breaking mechanisms by high-velocity water jet impacts: An investigation based on PD-SPH coupling model and experiments | |
| EP0341942A3 (en) | Cutting brittle materials | |
| CN102810469B (zh) | 一种晶圆的裂片装置和方法 | |
| JP4830913B2 (ja) | 動的引張試験方法及び装置 | |
| US20170115204A1 (en) | Magnetostrictive Probe With Mechanical and Fluid Coupling for Guided Wave Testing of Tubular Structures | |
| Zhang et al. | Nanosecond shock wave-induced surface acoustic waves and dynamic fracture at fluid-solid boundaries | |
| CZ307545B6 (cs) | Způsob a zařízení k dělení tyčovitého nebo trubkovitého předmětu vytvořeného z křehkého materiálu | |
| MX2020000094A (es) | Sensores de ondas acústicas superficiales multiplexantes con codificación de línea de retardo. | |
| CN106313340B (zh) | 一种工程陶瓷复频超声加工装置 | |
| KR100845391B1 (ko) | 깨어지기 쉬운 비금속 물질의 절단방법(두가지의 변형) | |
| JP6556242B2 (ja) | ガラスプリフォームを形成する方法 | |
| Furumoto et al. | Thermal stress cleavage of a single-crystal round sapphire bar by carbon dioxide laser | |
| RU2012154754A (ru) | Способ комбинированного упрочнения поверхности деталей | |
| SHI et al. | A preliminary study on impact of piling underwater noise on the Yangtze finless porpoise (Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis) | |
| Biddell et al. | The development of oscillatory metal-drawing equipment—an engineer's view | |
| EP3480174B1 (en) | Method and device for separating a rod-like or tubular object made of a brittle material | |
| 诸国桢 et al. | Propagation of ultrasonic pulse along solid-solid interface recorded by the dynamic photo-elastic method | |
| RU167239U1 (ru) | Буровая машина для вращательно-ударного бурения в горных породах | |
| RU2494864C1 (ru) | Способ обработки заготовок из пластмасс | |
| RU2011111422A (ru) | Способ разделения хрупких неметаллических материалов под действием термоупругих напряжений |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20201101 |