CN102416497A

CN102416497A - 单晶炉炉门数控加工变形控制方法

Info

Publication number: CN102416497A
Application number: CN2011104295906A
Authority: CN
Inventors: 王兆峻
Original assignee: BEIJING JINGYISHIJI ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: Beijing Instrument Industry Group Co., Ltd.
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN102416497B

Abstract

本发明提出一种单晶炉炉门数控加工变形控制方法，所述单晶炉炉门数控加工变形控制方法包括：A、将单晶炉炉门用夹具水平地固定到机床工作台上，粗加工所述门框的待加工面和密封槽，粗加工后，所述待加工面的厚度去除量为所述待加工面总加工量的60-80％，所述密封槽的长度等于所需长度，所述密封槽的宽度和厚度分别为所需尺寸的50-70％；B、然后松开夹具让所述炉门充分自由变形；C、此后再次将单晶炉炉门用夹具水平地固定到机床工作台上，在所述门框底部中间位置施加一向上支撑力，使所述门框中间位置处的向上变形量达到许用变形量的1/4至1/2；D、然后铣削待加工面和所述密封槽至各自所需尺寸。

Description

单晶炉炉门数控加工变形控制方法

技术领域

本发明涉及一种单晶炉炉门数控加工变形控制方法。

背景技术

利用单晶硅所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为电能，在能源短缺，环境保护问题日益严重的今天，低成本高效率地利用太阳能将越发重要。高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料，硅纯度要求99.9999％，而在半导体行业单晶硅的纯度要求更高。目前单晶硅主要是在单晶硅炉内用CZ法拉制的，单晶硅炉的副室大开门结构主要通过矩形门框和门框内的门板焊接形成，门框为中空和薄壁结构，由于便于清扫，在高端配置的单晶炉中应用非常广泛。

然而由于门框壁薄、刚性差，在加工中的变形问题也日渐突出。

铣削加工这类薄壁零件时，主要采用压板式夹紧方法夹压工件的四周(有时候为了增加装卡的刚性，在中部也施加固定约束)。加工后的零件常常出现如下的变形问题：

(1)加工完成后密封接合面的平面度不合格。

(2)面型的不平整，以中部翘曲为多。

目前，加工后对已变形件进行矫正等一些常规的变形控制措施虽然也能勉强满足使用要求，但在长期的使用过程中蠕变现象也会比较严重，这一些都会影响到炉门的密封性能和产品质量。航空航天中使用高速加工控制铝合金薄壁零件的加工变形取得了一定的进展，但是使用的设备昂贵、而且对应于航空铝合金的工艺并不完全适合不锈钢的加工。

发明内容

本发明提供一种单晶炉炉门数控加工变形控制方法，使用普通数控设备加工不锈钢单晶炉炉门，以克服现有技术加工单晶炉炉门平面度不合格的问题。

为此，本发明提出一种单晶炉炉门数控加工变形控制方法，用于加工单晶炉炉门，所述单晶炉炉门包括门框和门板，所述门框为实心钢板，所述门框的表面开设有密封槽，所述单晶炉炉门数控加工变形控制方法包括：

A、将单晶炉炉门用夹具水平地固定到机床工作台上，粗加工所述门框的待加工面和密封槽，粗加工后，所述待加工面的厚度去除量为所述待加工面总加工量的60-80％，所述密封槽的长度等于所需长度，所述密封槽的宽度和厚度分别为所需尺寸的50-70％；

B、然后松开夹具让所述炉门充分自由变形；

C、此后再次将单晶炉炉门用夹具水平地固定到机床工作台上，在所述门框底部中间位置施加一向上支撑力，使所述门框中间位置处的向上变形量达到许用变形量的1/4至1/2；

D、然后铣削待加工面和所述密封槽，进行精加工至各自所需尺寸。

进一步地，步骤B中，松开夹具让所述炉门充分自由变形的时间为2分钟至30分钟。

进一步地，步骤C中，通过螺旋千斤顶支撑在所述门框底部中间位置，使得所述门框中间位置处的向上变形量达到许用变形量的1/4至1/2。

进一步地，步骤C中，通过在所述门框上面设置千分表显示和/或控制所述门框中间位置处的向上变形量。

进一步地，如果经过步骤A、B、C、D一遍后，所述门框平面度仍然超差，则重复步骤B、C、D一次。

进一步地，步骤C还包括：

C1：通过螺旋千斤顶支撑使所述门框底部中间位置，使得所述门框中间位置处的向上变形量达到许用变形量的2/5至4/5；

C2：然后在所述门框顶部中间位置施加压下力，使得所述门框中间位置处的向上变形量回退到许用变形量的1/4至1/2。

进一步地，步骤C2中，通过在所述门框中间位置使用夹具在所述门框顶部中间位置施加压下力。

进一步地，步骤C中，通过使用夹具固定所述门框的三个点将单晶炉炉门水平地固定到机床工作台上。

进一步地，步骤A中，所述待加工面总加工量为2至5mm，所述密封槽的宽度为6至8mm，深度为4至6mm。

进一步地，所述单晶炉炉门的门框，长1522mm至1722mm，外框宽270mm至370mm，内框宽182mm至242mm，门框单边宽度40至60mm，待加工前，门框厚度24至26mm，粗加工后，所述待加工面的厚度去除量为所述待加工面总加工量的70％，所述密封槽的宽度和厚度分别为所需尺寸的60％，所述门框中间位置处的向上变形量为0.05mm，精加工后，门框的厚度为21mm，待加工面加工后要求平面度≤0.15mm。

本发明通过步骤B松开夹具让所述炉门充分自由变形，在加工过程中增加一个应力释放步骤，该步骤保证了焊接残余应力、加工应力的充分释放，变形后的不平整面可以在后续的加工中去除，不引入新的应力，可以有效控制变形，加工效率提高、质量更加稳定。进而，采用三点定面的固定方式，通过使用夹具固定所述门框的三个点，既不产生装卡变形，也有利于工件加工过程中的应力释放。

另外，为减小铣削力的影响，在装卡时附加一个向上支撑力，防止了欠切现象。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的结构示意图，其中，炉门中部施加单向向上支撑；

图2为根据本发明第二实施例的结构示意图，其中，炉门中部施加向上支撑和压下两种作用力；

图3为根据本发明实施例的炉门的主视结构；

图4为图3中B-B剖视结构；

图5为根据本发明实施例的炉门的后视结构；

图6为图3中A-A剖视结构；

图7为图6中F处放大结构。

附图标号说明：

1、门板 2、门框 3、密封槽 4、压板 5、螺旋千斤顶 6、压板

7、压板 8、螺旋千斤顶 10、单晶炉炉门 14、视窗 15、内法兰

21、第一层板 23、第二层板 L、门框长度 H1、门框厚度 H2、内腔厚度

H3、密封槽深度 D1、内框宽度 D2、外框宽度 D3、密封槽宽度

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提出一种单晶炉炉门数控加工变形控制方法，用于加工单晶炉炉门10，所述单晶炉炉门10包括焊接的门框2和门板1，所述门框为实心钢板，所述门框2的表面开设有密封槽3，如图1所示，所述单晶炉炉门数控加工变形控制方法包括：

A、将单晶炉炉门10用夹具水平地固定到机床工作台上，夹具例如为压板4，此外，还可以再使用一个螺旋千斤顶8支撑在门框2的一角，粗加工所述门框2的待加工面和密封槽3，粗加工后，所述待加工面的厚度去除量为所述待加工面总加工量的60-80％，所述密封槽3的长度等于所需长度，所述密封槽的宽度和厚度分别为所需尺寸的50-70％；通常情况下，所述待加工面总加工量为2至5mm，例如为3mm、4mm，所述密封槽的宽度为6至8mm，例如为7mm，深度为4至6mm，例如为5mm；

B、然后松开夹具让所述炉门10充分自由变形；粗加工达到上述加工量后，通过应力的充分释放，使得述炉门充分自由变形，此后再进行精加工，变形后的不平整面可以在后续的加工中去除，而且精加工中变形较小，可以有效控制变形，本发明中，粗加工的加工量的选择控制了精加工的变形；

C、此后再次将单晶炉炉门10用夹具水平地固定到机床工作台上，在所述门框底部中间位置施加一向上支撑力，使所述门框中间位置处的向上变形量达到许用变形量的1/4至1/2；其中，许用变形量是根据加工所要达到的平面度来确定，例如，加工后平面度≤0.15mm，则许用变形量为0.15mm，所述门框中间位置处的向上变形量为0.05mm。对于单晶炉炉门10来说，在所要求的平面度为定值的情况下，通常所述门框中间位置处的变形最大，所以，选择门框底部中间位置施加一向上支撑力以防止欠切；

D、然后铣削待加工面和所述密封槽，进行精加工至各自所需尺寸，即进行精加工。

进一步地，步骤B中，松开夹具让所述炉门充分自由变形的时间为2分钟至30分钟，这个时间范围能够达到本发明中的单晶炉炉门的充分自由变形，这样能在炉门充分自由变形的情况下，提高加工效率。其中，松开夹具的时间例如为5分钟，10分钟，这样效率更高。

进一步地，步骤C中，通过螺旋千斤顶5支撑在所述门框底部中间位置，使得所述门框中间位置处的向上变形量达到许用变形量的1/4至1/2，例如向上变形量达到许用变形量的1/3。螺旋千斤顶5和螺旋千斤顶8结构可以相同，均为现有的机床的装卡工具。螺旋千斤顶结构简单、使用方便、成本低。

进一步地，步骤C中，通过在所述门框上面设置千分表显示和/或控制所述门框中间位置处的向上变形量。这样，可以精确测量门框中间位置处的向上变形量。

进一步地，如果经过步骤ABCD一遍后，所述门框平面度仍然超差，则重复步骤BCD一次，即可保证其平面度不再超差。

进一步地，如果遇到门框中部上翘，发生“过切”现象，则采用轻度下压的方式。如图2所示，步骤C还包括：

C1：通过螺旋千斤顶5支撑使所述门框2底部中间位置，使得所述门框中间位置处的向上变形量达到许用变形量的2/5至4/5；即算上门框中部上翘的变形量，再通过螺旋千斤顶8支撑使所述门框2底部中间位置，使得所述门框中间位置处的向上变形量达到许用变形量的2/5至4/5；

C2：然后在所述门框顶部中间位置施加压下力，使得所述门框中间位置处的向上变形量回退到许用变形量的1/4至1/2，这样，能够在门框既受向上的支撑，又受向下的压下的情况下使所述门框中间位置处的向上变形量保持在许用变形量的1/4至1/2，由于同时存在向上和向下的两个作用力，因而能够充分考虑上翘和加工中的下弯，更有效的防止过切，保证加工质量。

进一步地，步骤C2中，通过在所述门框中间位置使用夹具在所述门框顶部中间位置施加压下力。夹具例如为压板6和压板7，压板6和压板7的结构与压板4相同，均为机床的现有的装卡工具。这样，能够方便利用机床的装卡工具。

进一步地，步骤C中，通过使用夹具固定所述门框的三个点将单晶炉炉门水平地固定到机床工作台上。如图1和图2所示，单晶炉炉门10均被3个压板4固定住三个点，形成三点定面，这样的固定方式能够大大减少单晶炉炉门的束缚，有利于精加工中加工应力的充分释放，提高加工精度。

下面以一具体尺寸单晶炉炉门为例。如图3所示，所述单晶炉炉门的门框，长L为1622mm，如图6所示，外框D2宽320mm，内框D1宽212mm，门框单边宽度59mm，如图4和图5所示，门板1为弧形，门板1中间具有椭圆形视窗14，视窗14总厚85mm，视窗14处设有内法兰15，便于连接；如图4和图6所示，门板1由两层钢板焊接形成，分别为第一层板21和第二层板23，第一层板21和第二层板23之间为空腔，第一层板21和第二层板23的厚度分别为2至3mm和3至4mm，空腔的厚度H2为25至28mm。本发明主要针对门框2与门板1焊接后，对门框2进行加工，门板1的加工可以在与门板1焊接前加工或者采用其他现有技术进行加工。

门框2为实心钢板。待加工前，即将门框2与门板1焊接后，门框厚度H1为24至26mm，即门框2此时为24至26mm实心钢板。门框2的待加工面上具有密封槽3，如图7所示，密封槽3的深度为H3，宽度为D3，粗加工后，所述待加工面的厚度去除量为所述待加工面总加工量的70％，所述密封槽的宽度和厚度分别为所需尺寸的60％，所述门框中间位置处的向上变形量为0.05mm，精加工后，门框的厚度为21mm，即总加工量为3-4mm，待加工面加工后要求平面度≤0.15mm。

1、将该零件用夹具固定到机床工作台上，把待加工面大致加工平整，材料去除量大约70％，并粗加工密封槽的尺寸至所需尺寸的60％；2、然后松开装卡(即夹具)让炉门充分自由变形，松开装卡的时间可以为10分钟。3、然后将炉门用三点定面的方式固定于工作台上，使待加工面尽量保持水平；4、为控制让刀现象导致的欠切，在炉门的门框2中部施加单向的向上支撑，在工件(单晶炉炉门的门框)下端施加一个螺旋千斤顶5的支撑力，同时在工件上面压上千分表，旋转千斤顶，使工件有向上0.05mm的变形量，这样既保证了顶紧，即使有过切也在允许的范围之内。5、铣削待加工面至所需尺寸。6、卸下工件测量其平面度，如果还有个别零件平面度超差，则重复2至5一遍即可保证其平面度不再超差。

如图2所示，在加工更大尺寸的炉门的时候，如果遇到中部上翘，发生“过切”现象，则采用轻度下压的方式。施加方式是：在下方用螺旋千斤顶5使工件(单晶炉炉门的门框)有向上约0.08mm的变形量，在螺旋千斤顶5的上方施加一个向下的压力，使用压板6和压板7，使变形回退约0.03mm，其余装卡工艺不变。采用以上加工变形控制措施，薄壁中空炉门的加工变形得到有效的控制，加工效率提高、质量更加稳定。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种单晶炉炉门数控加工变形控制方法，用于加工单晶炉炉门，所述单晶炉炉门包括门框和门板，所述门框为实心钢板，所述门框的表面开设有密封槽，其特征在于，所述单晶炉炉门数控加工变形控制方法包括：

B、然后松开夹具让所述炉门充分自由变形；

2.如权利要求1所述的单晶炉炉门数控加工变形控制方法，其特征在于，步骤B中，松开夹具让所述炉门充分自由变形的时间为2分钟至30分钟。

3.如权利要求1所述的单晶炉炉门数控加工变形控制方法，其特征在于，步骤C中，通过螺旋千斤顶支撑在所述门框底部中间位置，使得所述门框中间位置处的向上变形量达到许用变形量的1/4至1/2。

4.如权利要求1所述的单晶炉炉门数控加工变形控制方法，其特征在于，步骤C中，通过在所述门框上面设置千分表显示和/或控制所述门框中间位置处的向上变形量。

5.如权利要求1所述的单晶炉炉门数控加工变形控制方法，其特征在于，如果经过步骤A、B、C、D、一遍后，所述门框平面度仍然超差，则重复步骤B、C、D、一次。

6.如权利要求1所述的单晶炉炉门数控加工变形控制方法，其特征在于，步骤C还包括：

7.如权利要求6所述的单晶炉炉门数控加工变形控制方法，其特征在于，步骤C2中，通过在所述门框中间位置使用夹具在所述门框顶部中间位置施加压下力。

8.如权利要求1所述的单晶炉炉门数控加工变形控制方法，其特征在于，步骤C中，通过使用夹具固定所述门框的三个点将单晶炉炉门水平地固定到机床工作台上。

9.如权利要求1所述的单晶炉炉门数控加工变形控制方法，其特征在于，步骤A中，所述待加工面总加工量为2至5mm，所述密封槽的宽度为6至8mm，深度为4至6mm。

10.如权利要求1所述的单晶炉炉门数控加工变形控制方法，其特征在于，所述单晶炉炉门的门框，长1522mm至1722mm，外框宽270mm至370mm，内框宽182mm至242mm，门框单边宽度40至60mm，待加工前，门框厚度24至26mm，粗加工后，所述待加工面的厚度去除量为所述待加工面总加工量的70％，所述密封槽的宽度和厚度分别为所需尺寸的60％，所述门框中间位置处的向上变形量为0.05mm，精加工后，门框的厚度为21mm，待加工面加工后要求平面度≤0.15mm。