CN108437246A - 一种硅芯边皮切割成品硅芯的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了硅芯边皮切割成品硅芯的方法和设备，包括机架、龙门架、移动机构、收放线机构、夹持机构，龙门架通过移动机构安装在机架上且驱动龙门架在机架上作直线往复运动，龙门架上安装有升降部件以及安装在升降部件上的切割头，收放线机构安装在机架一端且通过切割线连接切割头，机架上设有夹持机构。本发明提供了一种工作效率高、损耗小、节约能耗、硅棒利用率高的硅芯边皮切割成品硅芯的方法和设备。
Description
技术领域
本发明属于切割工具领域，更具体涉及一种硅芯边皮切割成品硅芯的方法和设备。
背景技术
目前，国内外生产多晶硅原料的工艺大部分都是三氯氢硅氢还原法,即改良西门子法,改良西门子法或其他类似方法生产大直径多晶硅的主要设备是多晶硅还原炉，多晶硅还原炉在细长的硅芯上通上电源，使硅芯加热发红，直至表面温度达到1050-1100摄氏度，通入高纯的三氯氢硅和氢气，使其在高温下发生氢还原反应，使三氯氢硅中的硅分子堆积在硅芯上，使其的直径不断地增大，通常，硅芯的直径在7-10毫米，可以是圆形也可以是方型，或是其他形状，最终通过氢还原反应使直径不断地增大到120-200毫米，生产出高纯太阳能级6N或电子级11N的多晶硅。
现硅芯的制备方法有二种，传统的方法是用CZ法(区熔提拉法)，即把直径在20-50毫米的硅棒在充满惰性气体的真空炉膛内用高频感应加热，使其顶部局部熔化，从上部放入1根直径在5-10毫米的籽晶，然后慢慢向上提拉，使其成为直径在7-10毫米，长度在1900-3000毫米之间的细长圆硅芯，其缺点是提拉速度慢，一般为8-12毫米/分钟，拉制1根2米的硅芯需要4小时，生产效率低，电力消耗大，设备投资大。
另一种是用金刚石工具切割法，采用金刚石线的数控多晶硅硅芯多线切割机床ZL200910148648.2，用于硅芯的制备。通过利用电镀上金刚石微粒的细钢丝线在被加工工件上高速地往复运动或单向移动，将直径150-250mm硅棒压在该机床用金刚石线交叉组成的方形线网上，从而将该硅棒切割成细长的硅芯。其优点十分明显，10-12小时可以切割出400根左右2米长的7X7或8X8毫米的方形硅芯，或100根左右2.6米长的15X15毫米的方形硅芯，电力消耗小，加工效率高。
在对于单晶硅生长成的硅棒变成细长的方硅芯，还需要经过将硅棒的分切、处理成立方体，但是硅棒通常为不规则的圆柱体，因此在将圆柱形的硅棒切割成立方体时会存在多个的边缘呈现圆弧型的废料得不到利用存在较大的浪费，而且对于硅棒的生长需要较大的能耗。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种工作效率高、损耗小、节约能耗、硅棒利用率高的硅芯边皮切割成品硅芯的方法和设备。
根据本发明的一个方面，硅芯边皮切割设备包括机架、龙门架、移动机构、收放线机构、夹持机构，龙门架通过移动机构安装在机架上且驱动龙门架在机架上作直线往复运动，龙门架上安装有升降部件以及安装在升降部件上的切割头，收放线机构安装在机架一端且通过切割线连接切割头，机架上设有夹持机构。
在一些实施方式中，夹持机构包括切割台和气动夹具，切割台设有若干且沿龙门架的移动方向设置，切割台上规则设有若干气动夹具。
在一些实施方式中，气动夹具包括第一安装座以及延伸出第一安装座的第一夹块、气缸和第二夹块，第一安装座设有安装槽，气缸固定在安装槽内，所述气缸连接第二夹块，第一安装座上设有若干安装孔。
在一些实施方式中，收放线机构包括第一移动部件、第三电机、第一收放线辊、第二移动部件、第四电机、第二收放线辊和张力机构，第三电机连接第一收放线辊，第三电机和第一收放线辊均安装在第一移动部件上，第四电机连接第二收放线辊，第四电机和第二收放线辊均安装在第二移动部件上，第一收放线辊和第二收放线辊之间设有若干过线轮，切割线穿过切割线轮、张力机构以及若干过线轮卷绕在第一收放线辊和第二收放线辊上。
在一些实施方式中，移动机构包括第一电机、主动轮、同步带和从动轮，第一电机连接主动轮，同步带连接主动轮和从动轮，同步带连接龙门架。
在一些实施方式中，升降部件包括第二电机、第二同步带、丝杆、螺母座和固定板，第二同步带连接第二电机和丝杆，螺母座套设在丝杆上，固定板固定连接螺母座。
在一些实施方式中，固定板上安装有若干切割头。
在一些实施方式中，龙门架上设有若干压轮组件，压轮组件包括第二气缸、支撑架和压轮，第二气缸连接支撑架，压轮安装在支撑架上，压轮上设有规则凸起。
在一些实施方式中，硅芯边皮切割成品硅芯的方法，包括如下步骤：
(1)、分拣硅芯边皮，将大小相同的硅芯边皮分拣出来；
(2)、装夹，将硅心边皮需要切割方向向上安装在硅芯边皮切割设备上；
(3)、切割，利用硅芯边皮切割设备对硅心边皮进行切割；
(4)、调整硅芯边皮，将切割好的硅芯边皮向左或者向右旋转90°；
(5)、装夹，将硅心边皮需要切割方向向上安装在硅芯边皮切割设备上；
(6)、切割，利用硅芯边皮切割设备对硅心边皮进行切割；
(7)、收料，将切割完成的成品硅芯收取起来。
附图说明
图1是硅棒切割以后的结构示意图；
图2是本发明硅芯边皮切割设备的结构示意图；
图3是本发明硅芯边皮切割设备的夹持机构的结构示意图；
图4是本发明硅芯边皮切割设备的收放线机构的结构示意图；
图5是本发明硅芯边皮切割成品硅芯的方法的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1所示，硅棒通常为不规则的圆柱体，因此在将圆柱形的硅棒切割成立方体时会存在多个的边缘呈现圆弧型的废料得不到利用存在较大的浪费，而且对于硅棒的生长需要较大的能耗，这就进一步造成的能源的极大地浪费。通常需要将立方体的硅棒切割成15*15cm或者10*10cm的规格，因此可以通过挑选将边缘呈现圆弧型的废料进行进一步切割改小规格，提高硅棒的利用率、节约能耗。
如图2所示，本发明所述的一种硅芯边皮切割成品硅芯的方法和设备包括硅芯边皮切割成品硅芯的方法和设备包括机架1、龙门架2、移动机构3、收放线机构4、夹持机构5，龙门架2通过移动机构3安装在机架1上且驱动龙门架2在机架1上作直线往复运动，龙门架2上安装有升降部件21以及安装在升降部件21上的切割头22，收放线机构4安装在机架1一端且通过切割线6连接切割头22，机架1上设有夹持机构5。通过夹持机构5便于对硅棒废料的切割，利用龙门架2上的升降部件21实现对切割量的控制，通过移动机构3带动切割头22对硅棒废料从头到尾的切割，便于将废料切割成较小规格，进而提高硅棒的利用率、节约能耗。
如图3所示，夹持机构5包括切割台51和气动夹具52，切割台51设有若干且沿龙门架2的移动方向设置，切割台51上规则设有若干气动夹具52。切割台51设有平整的平面，且若干个切割台51平行设置，且处于同一高度，便于对固定在切割台51上的硅棒废料切割的高度一致。
气动夹具52包括第一安装座521以及延伸出第一安装座521的第一夹块522、气缸523和第二夹块524，第一安装座521设有安装槽525，气缸523固定在安装槽525内，所述气缸523连接第二夹块524，第一安装座521上设有若干安装孔526。通过气缸523将第二夹块524向第一夹块522出收紧便于夹紧安装在第一夹块522和第二夹块524之间的多个硅棒废料，且第一夹块522和第二夹块524的高度应该小于10cm，防止切割线6撞击到第一夹块522和第二夹块524。采用气缸523有两个有益效果：1、气缸523夹紧力较小，硅棒废料较脆防止加大的夹紧力造成硅棒废料的断裂；2、气缸523的夹紧力一致，会持续的提供夹紧力。
升降部件21包括第二电机211、第二同步带212、丝杆213、螺母座214和固定板215，第二同步带33连接第二电机211和丝杆213，螺母座214套设在丝杆上，固定板215固定连接螺母座214。固定板215上安装有若干切割头22。通过第二电机211驱动固定板215的升降，便与实现对切割头22升降量的控制，进而能够调整对硅棒废料的量。
龙门架2上设有若干压轮组件23，压轮组件23包括第二气缸231、支撑架232和压轮233，第二气缸231连接支撑架232，压轮233安装在支撑架232上，压轮233上设有规则凸起。凸起的设置规则为需要切割硅棒废料的规格的倍数，便于准确地压住硅棒废料。
移动机构3包括第一电机31、主动轮32、同步带33和从动轮34，第一电机31连接主动轮32，同步带33连接主动轮32和从动轮34，同步带33连接龙门架2，通过移动机构3带动切割头22对硅棒废料从头到尾的切割，便于将废料切割成较小规格，进而提高硅棒的利用率、节约能耗。
如图4所示，收放线机构4包括第一移动部件41、第三电机42、第一收放线辊43、第二移动部件44、第四电机45、第二收放线辊46和张力机构48，第三电机42连接第一收放线辊43，第三电机42和第一收放线辊43均安装在第一移动部件41上，第四电机45连接第二收放线辊46，第四电机45和第二收放线辊46均安装在第二移动部件44上，第一收放线辊43和第二收放线辊46之间设有若干过线轮47，切割线6穿过切割线6轮36、张力机构48以及若干过线轮47缠绕在第一收放线辊43和第二收放线辊46上。通过张力机构48保持切割线6上的压力一致，有效的提高切割效率。切割时一个放线，一个收线，采取前进100，后退99，也就是说，负责收线的那个桶，电机每正反转一次，收回1米旧线；如此循环，直到放线桶将近将线放完，放线桶和储线桶的功能互换，再倒切通过这样的方式能够有效的解决切割线6延伸的问题。
在使用时首先将若干硅棒废料摆放在切割台51上；第二气缸231驱动压轮233压住若干硅棒废料；且由龙门架2带动压轮233移动，移动至气动夹具52位置时，气缸523驱动第二夹块524向第一夹块522出收紧，夹紧硅棒废料；收放线机构4运转，第二电机211驱动固定板215的升降，实现对切割头22升降量的控制；移动机构3带动切割头22对硅棒废料从头到尾的切割，便于将废料切割成较小规格，进而提高硅棒的利用率、节约能耗。
如图5所示，硅芯边皮切割成品硅芯的方法，包括如下步骤：
(1)、分拣硅芯边皮，将大小相同的硅芯边皮分拣出来，按照需要切割的规格将能够继续使用的硅芯边皮挑选出来，可以将图1中中间有虚线的硅芯边皮挑选出来；
(2)、装夹，将硅心边皮需要切割方向向上安装在硅芯边皮切割设备上，将硅芯边皮放置在切割台51上，升降部件21下降，第二气缸231驱动压轮233压住硅心边皮，气动夹具52主意夹紧；
(3)、切割，利用硅芯边皮切割设备对硅心边皮进行切割，收放线机构4运转，第二电机211驱动固定板215的升降，实现对切割头22升降量的控制，移动机构3带动切割头22对硅棒废料从头到尾的切割，便于将废料切割成较小规格；
(4)、调整硅芯边皮，将切割好的硅芯边皮向左或者向右旋转90°，硅心边皮一端切割完成以后，需要调整翻面再进行切割，因此将切割过一端的硅心边皮调整翻面；
(5)、装夹，将硅心边皮需要切割方向向上安装在硅芯边皮切割设备上，将硅芯边皮放置在切割台51上，升降部件21下降，第二气缸231驱动压轮233压住硅心边皮，气动夹具52主意夹紧；
(6)、切割，利用硅芯边皮切割设备对硅心边皮进行切割，收放线机构4运转，第二电机211驱动固定板215的升降，实现对切割头22升降量的控制，移动机构3带动切割头22对硅棒废料从头到尾的切割，便于将废料切割成较小规格；
(7)、收料，将切割完成的成品硅芯收取起来，最终切割完成，将硅芯边皮切割成小规格的成品硅芯，将成品硅芯收取。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.硅芯边皮切割设备，其特征在于，包括机架(1)、龙门架(2)、移动机构(3)、收放线机构(4)、夹持机构(5)，所述龙门架(2)通过移动机构(3)安装在机架(1)上且驱动龙门架(2)在机架(1)上作直线往复运动，所述龙门架(2)上安装有升降部件(21)以及安装在升降部件(21)上的切割头(22)，所述收放线机构(4)安装在机架(1)一端且通过切割线(6)连接切割头(22)，所述机架(1)上设有夹持机构(5)。
2.根据权利要求1所述的硅芯边皮切割设备，其特征在于，所述夹持机构(5)包括切割台(51)和气动夹具(52)，所述切割台(51)设有若干且沿龙门架(2)的移动方向设置，所述切割台(51)上规则设有若干气动夹具(52)。
3.根据权利要求2所述的硅芯边皮切割设备，其特征在于，所述气动夹具(52)包括第一安装座(521)以及延伸出第一安装座(521)的第一夹块(522)、气缸(523)和第二夹块(524)，所述第一安装座(521)设有安装槽(525)，所述气缸(523)固定在安装槽(525)内，所述气缸(523)连接第二夹块(524)，所述第一安装座(521)上设有若干安装孔(526)。
4.根据权利要求1所述的硅芯边皮切割设备，其特征在于，所述收放线机构(4)包括第一移动部件(41)、第三电机(42)、第一收放线辊(43)、第二移动部件(44)、第四电机(45)、第二收放线辊(46)和张力机构(48)，所述第三电机(42)连接第一收放线辊(43)，所述第三电机(42)和第一收放线辊(43)均安装在第一移动部件(41)上，所述第四电机(45)连接第二收放线辊(46)，所述第四电机(45)和第二收放线辊(46)均安装在第二移动部件(44)上，所述第一收放线辊(43)和第二收放线辊(46)之间设有若干过线轮(47)，切割线穿过切割线轮(36)、张力机构(48)以及若干过线轮(47)卷绕在第一收放线辊(43)和第二收放线辊(46)上。
5.根据权利要求1所述的硅芯边皮切割设备，其特征在于，所述移动机构(3)包括第一电机(31)、主动轮(32)、同步带(33)和从动轮(34)，所述第一电机(31)连接主动轮(32)，所述同步带(33)连接主动轮(32)和从动轮(34)，所述同步带(33)连接龙门架(2)。
6.根据权利要求5所述的硅芯边皮切割设备，其特征在于，所述升降部件(21)包括第二电机(211)、第二同步带(212)、丝杆(213)、螺母座(214)和固定板(215)，所述第二同步带(212)连接第二电机(211)和丝杆(213)，所述螺母座(214)套设在丝杆(213)上，所述固定板(215)固定连接螺母座(214)。
7.根据权利要求6所述的硅芯边皮切割设备，其特征在于，所述固定板(215)上安装有若干切割头(22)。
8.根据权利要求1-7任一项权利要求所述的硅芯边皮切割方法和设备，其特征在于，所述龙门架(2)上设有若干压轮组件(23)，所述压轮组件(23)包括第二气缸(231)、支撑架(232)和压轮(233)，所述第二气缸(231)连接支撑架(232)，所述压轮(233)安装在支撑架(232)上，所述压轮(233)上设有规则凸起(234)。
9.硅芯边皮切割成品硅芯的方法，包括如下步骤：
(1)、分拣硅芯边皮，将大小相同的硅芯边皮分拣出来；
(2)、装夹，将硅心边皮需要切割方向向上安装在硅芯边皮切割设备上；
(3)、切割，利用硅芯边皮切割设备对硅心边皮进行切割；
(4)、调整硅芯边皮，将切割好的硅芯边皮向左或者向右旋转90°；
(5)、装夹，将硅心边皮需要切割方向向上安装在硅芯边皮切割设备上；
(6)、切割，利用硅芯边皮切割设备对硅心边皮进行切割；
(7)、收料，将切割完成的成品硅芯收取起来。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180824 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |