周波 ZHOU Bo
（东旭集团有限公司，石家庄 050021）
（TUNGHSU Group，Shijiazhuang 050021，China）
摘要： 本文结合液晶基板玻璃加工的特点，以及对切割品质的判断依据，分析了切割的原理，并对常见的三种刀轮作出了对比。文中结合生产实际经验，提出了刀轮压力精密调整以及掰断分步进行两项优化措施。经实际检验，很好的改善了切割品质，提高了良品率。
Abstract： Based on the characteristics of liquid crystal substrate glass processing and the judgment basis of the quality of the cutting， this paper analyzes the principle of cutting， and compares the three common cutter wheels. Combined with the actual production experience， the paper makes the optimization measures of cutter wheel pressure precision adjustment and snapping in step. Through the practical test， it improves the cutting quality well and increases the yield.
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关键词 ： 基板玻璃；切割；掰断；刀轮
Key words： glass substrate；cutting；snapping；cutter wheel
中图分类号：TN873.93 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）18-0091-02
作者简介：周波（1980-），男，河北石家庄人，硕士研究生，工程师，东旭集团有限公司科技成果部部长，研究方向为机械电子工程。
0 引言
基板玻璃的生产中，切割是一项重要的加工步骤。虽然现阶段已有激光切割工艺的应用，然而，绝大多数的生产线使用的仍然是刀轮划线加机械掰断的方式。对于液晶基板玻璃来讲，切割品质判定的依据有三项：一是切割后基板玻璃无破损、裂纹等缺陷；二是切割后基板玻璃的尺寸精度要满足要求；三是切割工艺，尽量减少玻璃碎屑和玻璃粉的产生，减少对基板玻璃的二次污染。传统的切割方法，在应用于液晶基板玻璃，尤其是超薄（0.5mm以下）基板玻璃时，面临破损、裂纹率高，玻璃碎屑和玻璃粉尘量大等难题。因此，有必要对其进行一定的工艺优化，使其满足加工生产超薄液晶基板玻璃的需要。
1 切割的原理
根据脆性材料断裂的微裂纹理论，脆性材料的断裂可以分为两个过程：第一是微裂纹的产生，第二是微裂纹的扩展至玻璃自动断裂。当断裂深度大于玻璃的断裂临界长度时，就会迅速扩展使材料断裂。
如图1所示，在刀轮压力的作用下，刀轮切入基板玻璃一定的深度。此时，由伺服机构带动刀头在基板玻璃上作直线运动，划出一道凹痕。基板玻璃属于脆性材料，在划出凹痕后，微裂纹会沿深度方向自动扩展。在机械掰断的作用下，扩展的速度会加快。最终，扩展至超过临界长度时，基板玻璃断裂，完成切割过程。
2 三种刀轮的应用比较
目前，市场上常见的刀轮有钻石刀轮、合金刀轮和齿形刀轮三种。①早期使用钻石刀轮切割基板玻璃。由于成本过高，后发明出超硬合金材料代替钻石；②合金刀轮可以很好地完成划线切割动作，但存在刀轮边缘过于光滑，抓地力不足容易划刀。因此在刀轮边缘增加齿痕，以增加刀轮的抓地力；③随着刻齿技术的发展，齿形刀产生了，引入了工业烧结钻石作为刀轮的材料。合金刀轮是使用最为普遍的一种刀轮，具有成本低、效果好等有点，有多种角度、直径可供选择。齿形刀在划线同时，可辅助形成一定的裂深，具有寿命长（可达合金刀轮10倍以上）的优点，但成本非常高昂。
3 优化改进措施
在我们实际的应用中，通过大量的实验验证，总结出较为有效的改善措施如下：
3.1 刀压的精密调整 从切割的原理可以看出，刀轮的压力与刀轮切入基板玻璃的深度密切相关。不同刀轮角度所需要的压力是不一样的。另外，基板玻璃表面温度不同时，硬度也不一样。因此，在切割机上，刀轮切入基板玻璃的压力是需要设计一套精密调整机构的。我们采取的是精密调压阀加低摩擦气缸来实现。实际生产中，要根据不同的基板玻璃厚度，以及基板玻璃到达切割机时的温度来调整压力，提高良品率。
3.2 掰断分步进行 由切割的原理分析，我们知道，基板玻璃的断裂，并不是刀轮直接将其切断。而是刀轮在基板玻璃表面划出一个凹痕后，在基板玻璃内应力的作用下，形成自然裂深后，再施加一个掰断力矩将其断裂。实际上，如果采用高渗透刀轮，即在划出凹痕后，可形成很深的自然裂深，此种情况，即使没有机械掰断力矩，将基板玻璃静置一段时间，也可自然断裂。
我们分析得出结论，如果掰断进行的过早，自然裂深尚未形成，掰断的力矩强加在凹痕上，使得基板玻璃在剪切应力的作用下裂开。这是粉尘大量产生，以及边部裂纹、破损产生的主因之一。因此，为改善切割品质，必须使基板玻璃自然裂开而非机械断裂。然而，随着基板玻璃生产速率的提升，单纯的增加划痕后和掰断之间的延时，是不能满足要求的。必须加快自然裂深的形成。
我们优化了原掰断机构，主要是优化了原掰断机构的控制气路。原掰断机构由气缸（1）驱动，该气缸经由调压阀和电磁阀控制。掰断的过程仅有一个气压。优化后的控制气路，增加了一个精密减压阀（7）和一个电磁阀（5）。精密减压阀调节在一个较小的压力，该压力下，气缸的输出力不足以掰断基板玻璃。但可以在基板玻璃上施加一个掰断力矩，在此掰断力矩的作用下，刀轮的划痕处形成应力集中，裂深的形成加快。力矩施加一定时间后，电磁阀（5）切换至由调压阀（8）调节的正常压力值，更大的掰断力矩将基板玻璃断开，完成切割。（图2）
4 实践结果
经过上述改进优化后，在加强洁净管控、操作人员培训等措施的配合下，基板玻璃切割品质有较大改善。首先，基板玻璃切割后破损、裂纹明显降低切割良品率大幅提升。对单纯切割工艺统计，因破损、裂纹造成的损失由8%降至1%以下。在操作人员熟练且不发生误操作或其它偶然因素时，可连续切割数千片基板玻璃而不产生任何裂纹、破损等缺陷（原有平均出现破损的产量在几百片）。第二，切割后产生的碎玻璃屑和玻璃粉尘明显减少。割断后的基板玻璃边缘，在10Klux强光照射下，无明显可见的成片粉尘，已超越国外同行企业水平。
综上，本文中的优化措施，对原切割设备结构不做较大改动，仅改动气路及控制程序的情况下，很好地改善了切割工艺品质，满足了超薄基板玻璃生产的需求。应用于我集团各生产线多年，效果良好、产品品质稳定，获得了一致好评。成果已获得实用新型专利一项。
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参考文献：
[1]潘金龙.玻璃工艺学[M].中国轻工业出版社，1994.
[2]卿剑波.液晶玻璃基板双刀轮切割机理[D].华南理工大学，2013.
[3]吕沫，张飞特，王建花.TP玻璃切割工艺研究[J].电子工艺技术，2014，04，003.