CN108297290B - П型石墨电热器的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种П型石墨电热器的加工方法，包括如下步骤：确定待加工石墨电热器的电参数后，将石墨块通过石蜡粘附于钢板上，然后在石墨块顶面的两端对称加工四个螺丝孔的洞，钻头的进刀量4.1cm；取下工件，在石墨块表面通过片铣刀切割深为3mm的槽；将石墨块与钢板加热分离后，将石墨块的切割面通过石蜡粘附于钢板上；然后通过柱铣刀贯通四个螺丝孔，并通过片铣刀切割深度为3.78cm，长度为14cm的槽；将两切缝中间的部分铣掉，进刀量为3.78cm，将工件取下，加热直到石蜡挥发殆尽，待冷却后将石墨件拿下。本发明利用石蜡和钢板的粘附功能、改变切割方法和次序成功地加工出了这种П型石墨电热器，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及电热器加工领域，具体涉及一种П型石墨电热器的加工方法。
背景技术
在一些真空加热炉中采用石墨材料作电发热器件的方案不在少数。特别是需要有非常平坦的等温面，非石墨材料莫属。其次，因为石墨热涨系数很小且电阻率均匀，容易加工等优点。在有限的真空空间里既需要足够大的发热面积，又不能在功率线引入端有太大的面积，这就需要我们将电热器制成П型。此外，石墨材料发脆，形变不能太大，虽然设计容易但是加工却非常不容易。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种П型石墨电热器的加工方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
П型石墨电热器的加工方法，包括如下步骤：
S1、确定待加工石墨电热器的电参数；
S2、取一长和宽均大于石墨块长和宽的长方形钢板，置于电炉上加热，将石蜡熔于所述钢板表面后，将4×14×18cm的长方型石墨块置于所述石蜡上，停止加热；待冷却后，石墨块被石蜡牢固地粘附于钢板上；
S3、将粘好石墨块的钢板置于钻床工件台上，固定后，在石墨块顶面的两端对称加工四个螺丝孔M5的洞，钻头的中心点位于两边缘5mm处，钻头的进刀量4.1cm，注意不能太大，否则，钢板铁屑会损伤石墨；
S4、取下工件，装于铣床的工件台上，左右两边各留出1cm的距离，用0.2mm或0.1mm的片铣刀切割深为3mm的槽，如果第一刀从前面开口的话，第二刀就从后面开口，循环往复，直至切到留下一个1cm的电极宽度；
S5、将工件取下，置于电炉上加热，待石蜡融化后立即将石墨块取下；然后在钢板表面再熔融一层石蜡，将取下的石墨块的切割面向下，置于熔融的石蜡上，停止加热，待冷却后，石墨块被石蜡牢固地粘附于钢板上；
S6、将所得的工件置于铣床上紧固，用直径5mm柱铣刀贯通四个螺丝孔后，左右两边各留出1cm的距离，用0.2mm或0.3mm的片铣刀沿短边(14cm边)切割深度为3.78cm槽，使得槽前后割通；
S7、换上柱铣刀将两切缝中间的部分铣掉，总进刀量为3.78cm，此时可以看见下边的缝隙；
S8、将工件取下，置于电炉上加热，冒烟直到石蜡挥发殆尽，待冷却后，将防护托架凸面向下，置于石墨件上，然后用尺子横推长出钢板1cm，配合托架从该端扶起，倒过来将石墨件托住拿下，即得。
本发明利用石蜡和钢板的粘附功能、改变切割方法和次序成功地加工出了这种П型石墨电热器，操作方便。
附图说明
图1为本发明实施例加工所得的П型石墨电热器的结构示意图。
图2为电热器加工成型后防止受应力断裂的保护托架示意图。
图中：1-电极安装螺丝孔；2-钳工划线切割线和片铣刀切割后的缝隙。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
П型石墨电热器的加工方法，包括如下步骤：
S1、确定待加工石墨电热器的电参数；具体的：
S11、在进行电参数设计之前先在石墨块上切割一1×1×10cm3的石墨条测出室温下石墨材料的电阻率。这是因为同一厂家不同批次的电阻率不同，不同厂家生产的石墨其电阻率更不一样；
S12、找出石墨的各种参数：石墨的灰度系数ε＝0.7-0.9之间，电阻率ρ＝3.5×10-5Ωm；
斯忒潘-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann constant)常数σ＝5.67×10-8W/m2·K4；
S13、各参数计算：
黑体在真空中的换热公式：W＝σT4；考虑到石墨的灰度系数和表面积，其辐射公式可以近似表示为W＝AεσT4，在这里，A是辐射体表面积，ε为石墨灰度系数，T石墨表面温度，σ斯忒潘-玻尔兹曼常数。设其表面积是A＝14×16cm2＝0.0224m2，最高温度1000℃，＝1273.15K.其辐射总功率为W＝W1+W2+W3+W4+W5+W6，其中W1是单位时间主辐射面能量，W2是次辐射面能量，因为加了反射镜，这个面放出的能量只为主辐射面的0.5。W3、W4是左右两个小边的辐射能，W5，W6是前后两条边的辐射能，ε为灰度，取0.8。先计算
W1＝0.0224×0.8×5.67×10-8×1273.154＝2669，56W，对于W2，其面积和主辐射面相等，但是下表面加了反射镜，它的热耗只有主辐射面的0.5，故W2＝0.5×2669.56W其余四条边面积太小，略去小边的辐射能量，则总辐射功率为W1+W2＝2669.56+0.5×2669.56W＝4004.3W。考虑到可控硅控制电流，故其有效电压最大为200伏特，这样其加热电流为I＝20.02A，由
W＝I2R，故
石墨的电阻温度系数很低，在1200℃以下为负值(随温度上升，电阻减小)，在1200℃以上为正值(随温度上升，电阻增加)，实际使用时，这种变化较小，所以电阻率ρ一般按3.5×10-5Ωm.在高温下有所下降，这个误差可以通过加大电源功率来修正。这里取
ρ＝3.5×10-5Ωm＝3.5×10-3Ωcm.根据这些数据确定石墨电热片的长度与宽度。
由公式
其中，L为长度，S为横截面，ρ为电阻率。先确定石墨加热片厚度为0.22cm，则S＝0.22b，其中b为加热片条宽度。写出片条长度公式：
以上求得电阻为9.99Ω，片条厚度取0.22cm，如果b一旦取值则立即可得L。
现在取b＝0.61cm，则
这是发热条总长度。实际切割时按0.61cm划线，这考虑到刀片厚度，切割之后正好0.6cm。
注意到，所选石墨块发热面积为A＝c×d＝14×16＝224cm2，立即可以得到应该切割的总条数n.这里有cn＝L，即
14n＝383，n＝27.36，取整数n＝27。0.36的零头可打入切割缝隙误差。
由设计可知，其功耗为约4000W，温度控制器的总功率应该为5000-6000W.这样才能适应电热器温度的调节。
S2、取一长和宽均大于石墨块长和宽的长方形钢板，置于电炉上加热，将石蜡熔于所述钢板表面后，将4×14×18cm的方型石墨块置于所述石蜡上，停止加热；待冷却后，石墨块被石蜡牢固地粘附于钢板上；
S3、将粘好石墨块的钢板置于钻床工件台上，固定后，在石墨块顶面的两端对称加工四个螺丝孔M5的洞，钻头中心距边缘线5mm，钻头的进刀量4.1cm，注意不能太大，否则，钢板铁屑会损伤石墨；
S4、取下工件，装于铣床的工件台上，左右两边各留出1cm的距离，用0.2mm或0.1mm的片铣刀按照计算好的宽度切割深为3mm的槽，如果第一刀从前面开口的话，第二刀就从后面开口，第三刀从前面，第四刀从后面……，循环往复，一直切到留下一个1cm的电极宽度；
S5、将工件取下，置于电炉上加热，待石蜡融化后立即将石墨块取下；然后在钢板表面再熔融一层石蜡，将取下的石墨块的切割面向下，置于熔融的石蜡上，停止加热，待冷却后，石墨块被石蜡牢固地粘附于钢板上；
S6、将所得的工件置于铣床上紧固，用直径5mm柱铣刀贯通四个螺丝孔后，左右两边各留出1cm的距离，用0.2mm或0.3mm的片铣刀沿短边(14cm边方向)切割深度为3.78cm槽，使得该槽前后通透；
S7、换上柱铣刀将两切缝中间的部分铣掉，总进刀量为3.78cm，此时可以看见下边被切割的缝隙；
S8、将工件取下，置于电炉上加热，冒烟直到石蜡挥发殆尽，待冷却后将如图2所示的保护托架(0.5-0.8mm铝板制成)凸面向下，置于石墨件上，然后用尺子横推长出钢板1cm，配合托架从该端扶起，倒过来将石墨件托住拿下备用，即得。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.П型石墨电热器的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、确定待加工石墨电热器的电参数；
S2、取一长和宽均大于石墨块几何尺寸的长方形钢板，置于电炉上加热，将石蜡熔于所述钢板表面后，将长18cm、宽14cm、高4cm的方型石墨块置于所述石蜡上，停止加热；待冷却后，石墨块被石蜡牢固地粘附于钢板上；
S3、将粘好石墨块的钢板置于钻床工件台上，固定后，在石墨块顶面的两端对称加工四个螺丝孔M5的洞，钻头的进刀量4.1cm；
S4、取下工件，装于铣床的工件台上，左右两边各留出1cm的距离，用0.2mm或0.1mm的片铣刀切割深为3mm的槽，第一刀从前面开口的话，第二刀就从后面开口，循环往复，直至切到留下一个1cm的电极宽度；
S5、将工件取下，置于电炉上加热，待石蜡融化后立即将石墨块取下；然后在钢板表面再熔融一层石蜡，将取下的石墨块的切割面向下，置于熔融的石蜡上，停止加热，待冷却后，石墨块被石蜡牢固地粘附于钢板上；
S6、将所得的工件置于铣床上紧固，用直径5mm柱铣刀贯通四个螺丝孔后，左右两边各留出1cm的距离，用片铣刀沿短边切割深度为3.78cm,长14cm的槽；
S7、换上柱铣刀将两切缝中间的部分铣掉，总进刀量为3.78cm，此时可以看见下边的切割缝隙，П型电热器形成；
S8、将工件取下，置于电炉上加热，冒烟直到石蜡挥发殆尽，待冷却后将石墨件拿下，即得。
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