CN105252650A - 用于切割石墨坩埚的新型刀具 - Google Patents

Abstract

一种新型的一次性切割石墨坩埚的新型刀具，属于机械设计领域。解决了现有的切割石墨坩埚过程中对石墨柱原材料的损耗较大、切割下来的内部掏料无法进行再一次的石墨坩埚加工的问题。该切割石墨坩埚的新型刀具由主动齿轮、螺栓、径向刀具、刀架、从动齿轮、轴向刀具、主动轴、从动轴、挡板、刀架座组成；通过底部隐藏径向切割刀具的方式对底部进行加工，以齿轮传动装置来控制底面的加工。该新型刀具加工效率高，可靠性好、可以满足对不同尺寸的石墨坩埚进行加工。

Description

用于切割石墨坩埚的新型刀具

技术领域

本发明涉及机械设计领域，具体地说，本发明涉及一种新型的一次性切割石墨坩埚的新型刀具。

背景技术

单晶硅是信息技术产业以及新能源产业的基础，是电子计算机、自动控制系统、航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等现代科学技术中不可缺少的基本材料。在单晶硅的制造过程中，石墨坩埚是常见的耗材，影响着单晶硅的产品质量。目前，高性能石墨坩埚的制备通常要采用高纯的等静压石墨原料，具体做法是：采用不同尺寸成角度的L形刀具对原料石墨柱进行切割，切割出来的内部掏料的形状是一个倒圆台状。弄碎内部倒圆台状废料,再对外部原料进行加工制成。这样切割方式存在有两个弊端：对石墨柱原材料的损耗较大；切割下来的内部掏料无法进行再一次的石墨坩埚的加工。若切除的内部圆柱体废料可以完整取出，则可以利用取出原料再加工成一个小型的坩埚，不仅节约了成本，又创造了收益。本项目就是对石墨原料的切割工艺进行研究，通过制作一种特殊工具，一次性整体切割成石墨坩埚，达到节约石墨原材料的目的。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，现有切割石墨坩埚的工艺浪费大量高纯石墨原料，原材料利用率低，需要采用新的整体切割方式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

采用可以一次性整体切割石墨坩埚的新型刀具，即底部隐藏径向切割刀具的方式对底部进行加工。将底部的径向刀具与传动装置用传动轴连接，通过齿轮传动装置来控制底面的加工。具体做法是：将刀具与车床固定，随着石墨棒料沿进给方向的运动，先用刀具上的两个轴向车刀完成石墨棒料的轴向切割，切出套筒型结构，然后转动手柄带动齿轮传动，将刀具上的两个径向车刀转出并同时进行石墨坩埚的径向切割，加工坩埚底部，最后将切割下来的中心棒料完整取出，形成石墨坩埚，切割下来的中心棒料可继续用于制造小尺寸的坩埚。

刀具的结构设计：整个刀具是一个可拆装的套筒状刀架座和固定挡板构成，不同直径的套筒状刀架座可对应不同内径大小的石墨坩埚要求，四组车刀安装在刀架座的套筒边缘，对称分布：其中两个车刀沿轴向固定用于轴向切割且刀口朝外，两个车刀由套筒底部的主动轴轴连接，用于径向切割且刀口沿周向方向，径向车刀的刀柄为弧形，贴合在套筒底部的圆上。切割时从石墨棒料边缘入刀，沿轴向用轴向切刀切割。在送至石墨底部后，转动轴的上部，将径向车刀转出，进行径向切割。技术关键在于刀具的套筒直径设计要满足切割的坩埚尺寸，切割后的坩埚壁薄且需要一定强度。

该刀具的工作原理：利用套筒底部的轴向刀具沿石墨棒料轴向进行切割，以套筒底部安装的弧形径向刀进行径向切割，达到切断中心棒料形成坩埚底部的目的。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

本发明从现有的石墨坩埚制造工艺出发，针对无法切割内圆柱体底部的困难，制造一种刀具，对圆柱体形的石墨原料进行轴向和径向切割，切割出的内部小型的圆柱体可以完整取出，可以继续利用制造尺寸更小的石墨坩埚，节约成本并创造了更多价值，符合市场需求和可持续发展的制造趋势。

附图说明

图1切割石墨坩埚的新型刀具主视图。

图2切割石墨坩埚的新型刀具俯视图。

图中：主动齿轮1、螺栓2、径向刀具3、刀柄4、从动齿轮5、轴向刀具6、主动轴7、从动轴8、挡板9、套筒状刀架座10。

具体实施方式

以附图为具体实施方式对本发明作进一步说明：

切割石墨坩埚的新型刀具，如图1，该新型刀具包括：主动齿轮1、螺栓2、径向刀具3、刀柄4、从动齿轮5、轴向刀具6、主动轴7、从动轴8、挡板9、套筒状刀架座10。

构成本发明刀具的各部分之间的连接为：

用螺栓(2)连接刀具的主体即挡板(9)和可拆装的套筒状刀架座(10)：在挡板(9)一侧，将主、从动齿轮(1)、(5)通过键连接固定在主、从动轴(7)、(8)上，主动轴可用手柄控制，起转动径向刀具(3)的作用；在套筒状刀架座(10)的套筒沿圆周部分,将两个轴向刀具(6)和固定有两个径向刀具(3)的刀柄(4)安装在其上，对称分布。

新型刀具的工作原理：

新型刀具用于切割石墨坩埚，由挡板(9)和套筒状刀架座(10)连接固定在一起。当电动机带动石墨旋转接近刀具时，轴向刀具(6)首先对石墨棒料进行轴向切割，随着石墨棒料的进给，当达到要求的坩埚深度时，转动主动轴手柄带动齿轮传动，使安装在套筒状刀架座底部的径向刀具(3)随刀柄(4)转出并进行径向切割，达到切断中心棒料形成坩埚底部的目的。

技术关键在于刀具的选择要满足切割的坩埚尺寸，切割后的坩埚壁薄且需要一定强度。

Claims (1)

1.一种用于切割石墨坩埚的新型刀具，包括用螺栓(2)连接刀具的主体即挡板(9)和可拆装的套筒状刀架座(10)，其连接方式为：在挡板(9)一侧，将主动齿轮(1)和从动齿轮(5)通过键连接固定在主动轴(7)和从动轴(8)上，主动轴(7)可用手柄控制，起转动径向刀具(3)的作用；在套筒状刀架座(10)的套筒沿圆周部分,将两个轴向刀具(6)和固定有两个径向刀具(3)的刀柄(4)安装在其上，对称分布；

其特征在于，刀具按下列步骤对石墨原料进行切割：

a)粗车原料：根据所加工成品坩埚的外径和高度规格，将石墨棒料外径和高度留出余量，切割成圆柱体；

b)套筒调整：由于套筒的尺寸即坩埚的内径，选用相应尺寸套筒的刀具，通过螺栓(2)连接挡板(9)和可拆装的刀架座(10)，将主动齿轮(1)和从动齿轮(5)通过键连接固定在主动轴(7)和从动轴(8)上；

c)轴向切割：将刀具与车床垂直固定，石墨圆柱体固定于车床进给装置，确定圆柱体径向基准面与刀具中心轴垂直。当电动机带动石墨旋转接近刀具时，轴向刀具(6)首先对石墨棒料进行轴向切割，随着石墨棒料的进给，控制坩埚的加工深度至坩埚深度要求，停止车床进给运动；

d)径向切割：转动刀具上的主动轴手柄，带动齿轮转动，使安装在刀架作底部的径向刀具(3)随刀柄(4)转出，对石墨内部进行径向切割，达到切断中心棒料形成坩埚底部的目的；

e)精车成形：挖出芯料后，将石墨坩埚内外表面精车至成品尺寸；

f)更换套筒：更换不同尺寸的套筒状刀架座，重复上述步骤a)至步骤e)，制作更小尺寸坩埚的系列刀具。