專(zhuān)利名稱(chēng)：一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石墨熱場(chǎng)加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法。
背景技術(shù)：
在單晶硅制備中，需要用到石墨熱場(chǎng)器件。在石墨熱場(chǎng)器件中核心部件主要有石墨坩堝、內(nèi)外導(dǎo)流筒等。目前，生產(chǎn)這種石墨熱場(chǎng)器件的工藝過(guò)程是:選擇合適尺寸的石墨材料，然后通過(guò)車(chē)床、銑床、鉆床等機(jī)器將其加工到所需形狀。在國(guó)內(nèi)，單晶硅制備行業(yè)所用的爐子沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化，故與其相配套的石墨熱場(chǎng)器件的大小也是不同的。同時(shí)，熱場(chǎng)有22寸、20寸、18寸等不同的尺寸規(guī)格。這就造成了石墨原材料尺寸規(guī)格種類(lèi)繁多，給采購(gòu)部門(mén)帶來(lái)困擾。而石墨原材料廠家，不可能提供所有尺寸規(guī)格的原材料。因此，許多企業(yè)往往用尺寸比較大的原材料去生產(chǎn)小的熱場(chǎng)器件，即大材小用。這種常規(guī)的工藝方法存在的弊端是:切削量大，加工周期長(zhǎng)，由此浪費(fèi)了大量的人力和物料，增加了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法，在同一套石墨熱場(chǎng)中，根據(jù)石墨熱場(chǎng)器件之間存在套裝的關(guān)系，利用“套裁”的原理，將所要求的器件在一塊石墨熱場(chǎng)的原材料上加工出來(lái)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法，包括以下步驟:
(一)、在計(jì)算機(jī)上利用繪圖軟件進(jìn)行套裁模擬設(shè)計(jì):
根據(jù)石墨坩堝、外導(dǎo)流筒和內(nèi)導(dǎo)流筒所要求的尺寸用繪圖軟件繪出各自的二維圖形，然后將石墨坩堝、外導(dǎo)流筒和內(nèi)導(dǎo)流筒的二維圖形套裝在一起，根據(jù)石墨原材料的高度，調(diào)整各個(gè)器件之間的間隔距離以及切削量，利用繪圖軟件標(biāo)注模擬器件的各部位的尺寸，得到一組用于器件毛坯加工的參數(shù)；
(二)、內(nèi)外導(dǎo)流筒毛坯和石墨坩堝毛坯的切削加工過(guò)程:
1)徑向錐面加工:將石墨原材料裝夾在臥式車(chē)床的卡盤(pán)上，根據(jù)步驟(一)得到的加工內(nèi)導(dǎo)流筒毛坯的參數(shù)，在石墨原材料的頂部先預(yù)留出內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部的高度，然后用固定在小刀架上的傾斜刀具在內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部的下方進(jìn)行徑向切入，沿原材料的一圈切出圓環(huán)狀的缺口，缺口上部切至內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部與內(nèi)導(dǎo)流筒的連接處，缺口的高度與步驟(一)設(shè)定的內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒之間的軸向高度相同；
2)斜向錐面加工:將掏料刀具置于上述缺口處，調(diào)整小刀架上掏料刀具的刀桿的角度，使刀桿與軸向的夾角等于內(nèi)導(dǎo)流筒的錐角的一半，進(jìn)行斜向切入，切削至步驟(一)設(shè)定的內(nèi)導(dǎo)流筒的底部，斜向切入的寬度與步驟(一)設(shè)定的內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒之間的徑向?qū)挾认嗤?br> 3)中心孔加工及分離:根據(jù)內(nèi)導(dǎo)流筒底部孔的大小，用刀具沿石墨原材料中心向內(nèi)導(dǎo)流筒的底部加工一個(gè)圓柱形的孔，然后選用“L”形刀具在徑向方向上沿孔的底部向內(nèi)導(dǎo)流筒的斜向錐面進(jìn)行切削加工，切削至步驟2)的斜向錐面加工的位置，完成內(nèi)導(dǎo)流筒毛坯與石墨原材料之間的分離；
4)根據(jù)步驟(一)得到的加工外導(dǎo)流筒毛坯的參數(shù)，按照上述步驟I)-3)的方法，完成外導(dǎo)流筒毛坯和石墨坩堝毛坯的切削加工過(guò)程；
(三)、內(nèi)導(dǎo)流筒、外導(dǎo)流筒和石墨坩堝的成型加工過(guò)程:
將分離后的內(nèi)外導(dǎo)流筒毛坯和石墨坩堝毛坯，按照要求的尺寸進(jìn)行精細(xì)切削和加工，得到所需的內(nèi)導(dǎo)流筒、外導(dǎo)流筒和石墨坩堝。所述步驟(一)中利用繪圖軟件模擬同一套熱場(chǎng)的石墨器件，得到加工過(guò)程中需要的數(shù)據(jù)，在同一塊石墨原材料上生產(chǎn)出所需的器件。所述步驟(一)中利用繪圖軟件模擬不同熱場(chǎng)的石墨器件，得到加工過(guò)程中需要的數(shù)據(jù)，在同一塊石墨原材料上生產(chǎn)出所需的器件。徑向錐面的切削過(guò)程中，車(chē)床的轉(zhuǎn)速V l=80-100r/min,傾斜刀具的進(jìn)給量dl=0.28mm/min ;斜向錐面的切削過(guò)程中，車(chē)床的轉(zhuǎn)速v 2=60_80r/min,掏料刀具的進(jìn)給量d2=0.65mm/min ;兩器件分離加工的過(guò)程中，車(chē)床的轉(zhuǎn)速v 3=10_25r/min, “L”形刀具的進(jìn)給量 d3=0.28mm/min。所述步驟(二)中的傾斜刀具的刀頭為傾斜設(shè)置，刀頭與軸向的夾角等于內(nèi)導(dǎo)流筒的錐角的一半。所述步驟(二)中的掏料刀具包含刀柄、刀桿和刀頭，刀柄長(zhǎng)于刀桿，且刀柄一端的端面設(shè)為斜面，刀桿桿身一端與刀柄的斜面固定連接，且固定連接后的刀桿和刀柄之間的夾角為95-105°，刀桿桿身的另一端設(shè)有刀頭，且刀頭的刀鋒與刀柄的軸線(xiàn)平行。所述的掏料刀具由一組不同的尺寸的刀具組成，其中掏料刀具的刀桿尺寸分別為1OOmm,140mm,180mm,220mm,260mm 和 300mm。有益效果:本發(fā)明所述的加工方法，(I)充分利用石墨原材料，將石墨熱場(chǎng)的核心部件的毛坯成套加工出來(lái)，材料利用率提高30%以上；(2)避免了石墨原材料在反復(fù)裝夾過(guò)程中發(fā)生碰撞破損的現(xiàn)象出現(xiàn)；(3)該方法利用范圍不局限于同一套熱場(chǎng)的器件，可以加工不同熱場(chǎng)的器件；(4)用電腦軟件模擬出滿(mǎn)足加工要求的器件，只要能進(jìn)行“套裁”組合，此法均可行；(5)加工過(guò)程中先對(duì)石墨原材料進(jìn)行徑向錐面加工，是為后續(xù)使用掏料刀具沿斜向錐面加工提供切入的空間；(6)針對(duì)不同的切削過(guò)程，使用不同的刀具，能更有效的利用石墨原材料，節(jié)省了生產(chǎn)成本。


圖1為熱場(chǎng)中坩堝以及內(nèi)外導(dǎo)流筒的裝配關(guān)系示意 圖2為“套裁”工藝設(shè)計(jì)示意 圖3為“套裁”原料原理示意 圖4為徑向錐面加工示意 圖5為斜向錐面加工示意 圖6為分離加工示意 圖7為內(nèi)導(dǎo)流筒分離的工藝流程圖；圖8為外導(dǎo)流筒分離的工藝流程圖。圖中標(biāo)記為:1、石墨坩堝，2、外導(dǎo)流筒，3、內(nèi)導(dǎo)流筒，4、外導(dǎo)流筒外沿部，5、內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部，6、徑向錐面，7、傾斜刀具，8、斜向錐面，9、掏料刀具，10、“L”形刀具；
圖2中的標(biāo)記為:B1、B2分別表示外導(dǎo)流筒和坩堝之間、內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒之間的徑向?qū)挾?，B3、B4分別表示外導(dǎo)流筒和內(nèi)導(dǎo)流筒徑向錐面加工時(shí)缺口上部的徑向切削量，D1、D2分別表示內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒底部的外半徑，H為材料的總高度，Hl表示石墨坩堝毛坯高度，H2、H3分別表示外導(dǎo)流筒和石墨坩堝之間、內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒之間的軸向高度，H4、H5分別表示外導(dǎo)流筒和內(nèi)導(dǎo)流筒斜向錐面加工時(shí)掏料刀具的斜向切削長(zhǎng)度，H6、H7分別表示內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒的中心孔的深度，HS、H9分別表示內(nèi)導(dǎo)流筒與外導(dǎo)流筒的端口直徑，α為內(nèi)導(dǎo)流筒的錐角，β為外導(dǎo)流筒的錐角。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1:
(一)、在計(jì)算機(jī)上利用繪圖軟件進(jìn)行套裁模擬設(shè)計(jì):
如圖所示，根據(jù)廠家要求的18寸石墨熱場(chǎng)，石墨坩堝I的外徑D=496mm，選擇原材料的
規(guī)格為Φ510πιπιΧ 562mm，內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部5和外導(dǎo)流筒外沿部4的高度均為10mm。根據(jù)石
墨坩堝1、外導(dǎo)流筒2和內(nèi)導(dǎo)流筒3所要求的尺寸用繪圖軟件繪出各自的二維圖形，然后將 石墨坩堝1、外導(dǎo)流筒2和內(nèi)導(dǎo)流筒3的二維圖形套裝在一起，根據(jù)石墨原材料的高度，調(diào)整
各個(gè)器件之間的間隔距離以及切削量，利用繪圖軟件標(biāo)注模擬器件的各部位的尺寸，得到
一組用于器件毛還加工的參數(shù)；如表I所不:
表I 18寸石墨熱場(chǎng)加工工藝參數(shù)(單位mm)
材料 |bi |B2 |B3 |B4 Idi Id2 Ih IhiIh2 —
規(guī)格 _19.I 12 ~36 ~145~ 175 56~ 34290Φ510Χ H3 H4 ~H5 Η6~Η7~H8 H9~ a g562 丨95 丨207.2 |l93.8 丨284 丨400 丨422 丨438 丨26。|l7°~
(二)、內(nèi)外導(dǎo)流筒毛坯和石墨坩堝毛坯的切削加工過(guò)程:
1)徑向錐面6加工:將石墨原材料裝夾在CW61125B臥式車(chē)床的卡盤(pán)上，根據(jù)步驟(一)得到的加工內(nèi)導(dǎo)流筒毛坯的參數(shù)，在石墨原材料的頂部先預(yù)留出IOmm的內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部5的高度，用固定在小刀架上的傾斜刀具7在內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部5的下方進(jìn)行徑向切入，沿原材料的一圈切出圓環(huán)狀的缺口，缺口上部切至內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部5與內(nèi)導(dǎo)流筒3的連接處，缺口的高度與步驟(一)設(shè)定的內(nèi)導(dǎo)流筒3和外導(dǎo)流筒2之間的軸向高度H3相同，缺口上部的徑向切削量為B4 ;徑向錐面6的切削過(guò)程中，車(chē)床的轉(zhuǎn)速V l=80r/min，傾斜刀具7的進(jìn)給量dl=0.28mm/min，傾斜刀具7的刀頭與軸向的夾角等于內(nèi)導(dǎo)流筒3的錐角a的一半；
2)斜向錐面8加工:將掏料刀具9置于上述缺口處，調(diào)整小刀架上掏料刀具9的刀桿的角度，使刀桿與軸向的夾角等于內(nèi)導(dǎo)流筒3的錐角a的一半，進(jìn)行斜向切入，切削至步驟
(一)設(shè)定的內(nèi)導(dǎo)流筒3的底部，斜向切入的寬度與步驟(一)設(shè)定的內(nèi)導(dǎo)流筒3和外導(dǎo)流筒2之間的徑向?qū)挾菳2相同，斜向切削長(zhǎng)度達(dá)到參數(shù)值H5 ;斜向錐面8的切削過(guò)程中，依次用刀桿尺寸為100mm, 140mm, 180mm, 220mm的掏料刀具9進(jìn)行切削，車(chē)床的轉(zhuǎn)速v 2=80r/min,掏料刀具9的進(jìn)給量d2=0.65mm/min ；3)中心孔加工及分離:根據(jù)內(nèi)導(dǎo)流筒3底部孔的大小，用刀具沿石墨原材料中心向內(nèi)導(dǎo)流筒3的底部加工一個(gè)圓柱形的孔，加工深度值為H6，然后選用“L”形刀具10在徑向方向上沿孔的底部向內(nèi)導(dǎo)流筒3的斜向錐面8進(jìn)行切削加工，切削至步驟2)的斜向錐面8加工的位置，完成內(nèi)導(dǎo)流筒毛坯與石墨原材料之間的分離，內(nèi)導(dǎo)流筒毛坯將要分離出來(lái)時(shí)要用支架托??；兩器件分離加工的過(guò)程中，車(chē)床的轉(zhuǎn)速v3=25r/min，“L”形刀具10的進(jìn)給量d3=0.28mm/miη ；
4)根據(jù)步驟(一)得到的加工外導(dǎo)流筒毛坯的參數(shù)，按照上述步驟I)-3)的方法，完成外導(dǎo)流筒毛坯和石墨坩堝毛坯的切削加工過(guò)程；
(三)、內(nèi)導(dǎo)流筒3、外導(dǎo)流筒2和石墨坩堝I的成型加工過(guò)程:
將分離后的內(nèi)外導(dǎo)流筒毛坯和石墨坩堝的毛坯，按照要求的尺寸進(jìn)行精細(xì)切削和加工，得到所需的內(nèi)導(dǎo)流筒3、外導(dǎo)流筒2和石墨坩堝I。所述步驟(一)中利用繪圖軟件可模擬同一套熱場(chǎng)的石墨器件，得到加工過(guò)程中需要的數(shù)據(jù)，在同一塊石墨原材料上生產(chǎn)出所需的器件；也可模擬不同熱場(chǎng)的石墨器件，得到加工過(guò)程中需要的數(shù)據(jù)，在同一塊石墨原材料上生產(chǎn)出所需的器件。所述步驟(二)中的掏料刀具9包含刀柄、刀桿和刀頭，刀柄長(zhǎng)于刀桿，且刀柄一端的端面設(shè)為斜面，刀桿桿身一端與刀柄的斜面固定連接，且固定連接后的刀桿和刀柄之間的夾角為95-105°，刀桿桿身的另一端設(shè)有刀頭，且刀頭的刀鋒與刀柄的軸線(xiàn)平行。實(shí)施例2:
(一)、在計(jì)算機(jī)上利用繪圖軟件進(jìn)行套裁模擬 設(shè)計(jì):
如圖所示，根據(jù)廠家要求的20寸石墨熱場(chǎng)，石墨坩堝I的外徑D=544mm，選擇原材料的
規(guī)格為Φ560πιπιΧ 605mm，內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部5和外導(dǎo)流筒外沿部4的高度均為13mm。根據(jù)石
墨坩堝1、外導(dǎo)流筒2和內(nèi)導(dǎo)流筒3所要求的尺寸用繪圖軟件繪出各自的二維圖形，然后將
石墨坩堝1、外導(dǎo)流筒2和內(nèi)導(dǎo)流筒3的二維圖形套裝在一起，根據(jù)石墨原材料的高度，調(diào)整
各個(gè)器件之間的間隔距離以及切削量，利用繪圖軟件標(biāo)注模擬器件的各部位的尺寸，得到
一組用于器件毛還加工的參數(shù)；如表2所不:
表2 20寸石墨熱場(chǎng)加工工藝參數(shù)(單位mm)
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法，其特征在于:包括以下步驟: (一)、在計(jì)算機(jī)上利用繪圖軟件進(jìn)行套裁模擬設(shè)計(jì): 根據(jù)石墨坩堝、外導(dǎo)流筒和內(nèi)導(dǎo)流筒所要求的尺寸用繪圖軟件繪出各自的二維圖形，然后將石墨坩堝、外導(dǎo)流筒和內(nèi)導(dǎo)流筒的二維圖形套裝在一起，根據(jù)石墨原材料的高度，調(diào)整各個(gè)器件之間的間隔距離以及切削量，利用繪圖軟件標(biāo)注模擬器件的各部位的尺寸，得到一組用于器件毛坯加工的參數(shù)； (二 )、內(nèi)外導(dǎo)流筒毛坯和石墨坩堝毛坯的切削加工過(guò)程: 1)徑向錐面加工:將石墨原材料裝夾在臥式車(chē)床的卡盤(pán)上，根據(jù)步驟(一)得到的加工內(nèi)導(dǎo)流筒毛坯的參數(shù)，在石墨原材料的頂部先預(yù)留出內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部的高度，然后用固定在小刀架上的傾斜刀具在內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部的下方進(jìn)行徑向切入，沿原材料的一圈切出圓環(huán)狀的缺口，缺口上部切至內(nèi)導(dǎo)流筒外沿部與內(nèi)導(dǎo)流筒的連接處，缺口的高度與步驟(一)設(shè)定的內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒之間的軸向高度相同； 2)斜向錐面加工:將掏料刀具置于上述缺口處，調(diào)整小刀架上掏料刀具的刀桿的角度，使刀桿與軸向的夾角等于內(nèi)導(dǎo)流筒的錐角的一半，進(jìn)行斜向切入，切削至步驟(一)設(shè)定的內(nèi)導(dǎo)流筒的底部，斜向切入的寬度與步驟(一)設(shè)定的內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒之間的徑向?qū)挾认嗤? 3)中心孔加工及分離:根據(jù)內(nèi)導(dǎo)流筒底部孔的大小，用刀具沿石墨原材料中心向內(nèi)導(dǎo)流筒的底部加工一個(gè)圓柱形的孔，然后選用“L”形刀具在徑向方向上沿孔的底部向內(nèi)導(dǎo)流筒的斜向錐面進(jìn)行切削加工，切削至步驟2)的斜向錐面加工的位置，完成內(nèi)導(dǎo)流筒毛坯與石墨原材料之間的分離； 4)根據(jù)步驟(一)得到的加工外導(dǎo)流筒毛坯的參數(shù)，按照上述步驟I) -3)的方法，完成外導(dǎo)流筒毛坯和石墨坩堝毛 坯的切削加工過(guò)程； (三)、內(nèi)導(dǎo)流筒、外導(dǎo)流筒和石墨坩堝的成型加工過(guò)程: 將分離后的內(nèi)外導(dǎo)流筒毛坯和石墨坩堝毛坯，按照要求的尺寸進(jìn)行精細(xì)切削和加工，得到所需的內(nèi)導(dǎo)流筒、外導(dǎo)流筒和石墨坩堝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法，其特征在于:所述步驟(一)中利用繪圖軟件模擬同一套熱場(chǎng)的石墨器件，得到加工過(guò)程中需要的數(shù)據(jù)，在同一塊石墨原材料上生產(chǎn)出所需的器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法，其特征在于:所述步驟(一)中利用繪圖軟件模擬不同熱場(chǎng)的石墨器件，得到加工過(guò)程中需要的數(shù)據(jù)，在同一塊石墨原材料上生產(chǎn)出所需的器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法，其特征在于:徑向錐面的切削過(guò)程中，車(chē)床的轉(zhuǎn)速V l=80-100r/min,傾斜刀具的進(jìn)給量dl=0.28mm/min ;斜向錐面的切削過(guò)程中，車(chē)床的轉(zhuǎn)速V 2=60-80r/min,掏料刀具的進(jìn)給量d2=0.65mm/min ;兩器件分離加工的過(guò)程中，車(chē)床的轉(zhuǎn)速V 3=10-25r/min, “L”形刀具的進(jìn)給量d3=0.28mm/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法，其特征在于:所述步驟(二)中的傾斜刀具的刀頭為傾斜設(shè)置，刀頭與軸向的夾角等于內(nèi)導(dǎo)流筒的錐角的一半。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法，其特征在于:所述步驟(二)中的掏料刀具包含刀柄、刀桿和刀頭，刀柄長(zhǎng)于刀桿，且刀柄一端的端面設(shè)為斜面，刀桿桿身一端與刀柄的斜面固定連接，且固定連接后的刀桿和刀柄之間的夾角為95-105°，刀桿桿身的另一端設(shè)有刀頭，且刀頭的刀鋒與刀柄的軸線(xiàn)平行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法，其特征在于:所述的掏料刀具由一組不同的尺寸的刀具組成，其中掏料刀具的刀桿尺寸分別為100mm, 140mm, 180mm, 220mm,260mm 和 30 0mm。
全文摘要
一種生產(chǎn)石墨熱場(chǎng)的方法，屬于石墨熱場(chǎng)加工技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟:(一)、在計(jì)算機(jī)上利用繪圖軟件進(jìn)行套裁模擬設(shè)計(jì)(二)、內(nèi)外導(dǎo)流筒毛坯和石墨坩堝毛坯的切削加工過(guò)程(三)、內(nèi)導(dǎo)流筒、外導(dǎo)流筒和石墨坩堝的成型加工過(guò)程。本發(fā)明充分利用石墨原材料，將石墨熱場(chǎng)的核心部件的毛坯成套加工出來(lái)，材料利用率提高30%以上；避免了石墨原材料在反復(fù)裝夾過(guò)程中發(fā)生碰撞破損的現(xiàn)象出現(xiàn)；該方法利用范圍不局限于同一套熱場(chǎng)的器件，也可以加工不同熱場(chǎng)的器件。
文檔編號(hào)B28D1/16GK103192458SQ201310130069
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者郭運(yùn)德, 李帥, 郭清源, 劉中英, 高曉棠 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)晶奧電子材料有限公司