CN116423611A - 一种石墨坩埚一次性成型设备及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石墨坩埚制造技术领域，特别涉及一种石墨坩埚一次性成型设备及其工艺，包括：底座、外模套和内芯，所述底座上设有第一平台和第二平台，所述外模套设在所述第一平台上，所述内芯设在所述第一平台下方，所述内芯包括主轴、轴套、内模、隔板、上端盖和下盖板，所述主轴与所述第二平台转动连接，周向间隔分布的内模与隔板和所述上端盖、所述下盖板之间形成圆筒状结构，周向分布的内模呈波浪运动。本发明的一种石墨坩埚一次性成型设备及其工艺的圆筒状内芯可以做波浪运动，从而在内部对石墨糊料进行直接挤压和振动，在石墨坩埚成型时提高排气泡的效率，同时具有噪音低的优点。

Description

一种石墨坩埚一次性成型设备及其工艺

技术领域

本发明涉及石墨坩埚制造技术领域，特别涉及一种石墨坩埚一次性成型设备及其工艺。

背景技术

坩埚是化学仪器的重要组成部分，它是熔化和精炼金属液体以及固液加热、反应的容器，是保证化学反应顺利进行的基础。石墨坩埚的成型主要由振动成型和石墨电极掏制而成，石墨电极掏制而成的石墨坩埚成本高，加工过程繁琐且损坏率高，振动成型中存在浇注糊料易混入气泡，导致模具表面凹凸不平，影响石英坩埚的使用效果和使用寿命的问题。

中国专利CN108527619A公开了一种石墨坩埚震动成型模具，该震动成型模具下模具与震动台固定连接，通过震动台的振动将糊料内的气泡震出，但这种方法排气泡效率低，且存在噪音大等问题。

发明内容

本发明旨在提出一种石墨坩埚一次性成型设备及其工艺，解决气泡排出效率低，噪音大等问题。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种石墨坩埚一次性成型设备，包括：底座、外模套和内芯；

所述底座包括第一平台和第二平台，所述第一平台与所述第二平台沿上下方向间隔分布，所述第一平台与所述第二平台之间设有驱动件，所述驱动件用于驱动所述第二平台相对所述第一平台上下移动；

所述外模套固定连接在所述第一平台上表面，所述外模套具有空腔，所述外模套内设有冷媒管和热媒管；

所述内芯包括主轴、轴套、内模、隔板、上端盖和下盖板，所述主轴与所述第二平台下表面连接，所述轴套套在所述主轴上，且与主轴转动配合，所述主轴上部连接有上端盖，所述主轴底端连接所述下盖板，所述内模的顶端与所述上端盖滑移配合，其底端与所述下盖板滑移配合，多个所述内模沿周向间隔分布，相邻所述内模之间设有隔板，所述内模、所述隔板、所述上端盖和所述下盖板之间形成圆筒状结构，所述内模与所述主轴之间通过弹簧连杆连接，所述轴套上设有凸轮，所述凸轮与所述轴套转动连接，且所述凸轮的长度大于所述内模与所述轴套之间的间距，所述内模内壁设有第一转动配合槽，所述第一转动配合槽的底面呈波浪状，所述隔板相应位置设有第二转动配合槽，所述轴套转动带动所述凸轮转动，所述凸轮端部向外推动所述内模并与所述第一转动配合槽的底面止抵，所述弹簧连杆用于所述内模复位，使得所述内模在内外方向上往复运动，当所述内模向外移动时，两侧相邻的所述内模向内移动，从而实现周向分布的多个内模呈波浪运动。

本发明的有益效果：

本发明的石墨坩埚一次性成型设备由内模及隔板形成的圆筒状内芯可以呈波浪运动，从而在内部对石墨糊料进行直接挤压和振动，内模波浪运动可以将石墨糊料内的气泡吸至内模外壁附近，并向上排出，实现提高排气泡的效率，从内部通过内模波浪运动对石墨糊料进行振动和挤压还可以减少设备的噪音。

在一些实施例中，其特征在于，所述内模两侧壁下部分别设有对称分布的第一槽，所述第一槽底部设有齿槽，所述隔板两侧壁下部相应位置均设有齿轮，所述齿轮与所述隔板之间通过连接杆转动连接，所述连接杆上设有向外延伸的连杆，所述齿轮与所述齿槽啮合，所述隔板侧壁设有第二槽，所述齿轮侧壁固定连接有挡板，所述挡板滑移配合在所述第二槽内，所述第二槽内还设有第一弹性件，所述内模向外移动带动所述齿轮转动，所述齿轮带动所述挡板转动，驱动所述隔板倾斜，所述第一弹性件用于所述隔板的复位，实现所述隔板的摆动。

其效果在于：

隔板可以随着内模的波浪运动实现在内外方向上的摆动，当隔板向内倾斜时气泡聚集在隔板外壁处，隔板恢复初始位置时自下而上将气泡向上推出。

在一些实施例中，所述下盖板底部设有与所述隔板对应的第三槽，所述第三槽内设有挡块，所述挡块滑移配合在所述第三槽内，所述挡块的宽度小于所述隔板的宽度，所述挡块与所述隔板同步转动。

其效果在于：

挡块可以与隔板同步摆动，使得下盖板处的气泡可以沿着挡块通过第三槽移至隔板外壁，从而可以排出下盖板附近的气泡，防止石墨坩埚在成型时表面仍存在凹凸不平的现象。

在一些实施例中，所述挡块上设有键槽，所述隔板底部设有滑动键，所述滑动键与所述键槽滑动配合，所述滑动键与所述键槽之间设有第二弹性件，所述第二弹性件推动所述挡块相对所述第二槽向内移动。

在一些实施例中，所述第三槽侧壁上设有第四槽，所述第四槽内设有密封板，所述密封板与所述第四槽之间通过第三弹性件连接，所述密封板的顶端与所述第四槽配合并与所述隔板止抵。

在一些实施例中，所述上端盖在所述隔板的对应位置处设有第五槽，所述第五槽内设有密封块，所述密封块与所述第一槽之间通过第四弹性件连接，所述密封块的底端与所述隔板顶端止抵。

其效果在于：

通过设置挡块、密封板和密封块实现内芯的密封，防止石墨糊料泄漏至内芯内导致内芯损坏。

在一些实施例中，所述隔板内端的底部设有避让槽，所述避让槽有两个，且二者在隔板两侧对称分布。

在一些实施例中，所述主轴与所述上端盖固定连接，所述主轴与所述第一平台转动连接，所述主轴转动带动所述内芯整体转动。

在一些实施例中，所述外模套底部设有顶板，所述底座上设有顶升装置，所述顶升装置穿过所述第一平台并与所述顶板连接，所述顶升装置驱动所述顶板上下移动。

根据上述的石墨坩埚一次性成型设备的工艺，包括以下步骤：

第一步，装料，驱动件驱动第二平台上升，将石墨糊料填入外模套内，然后驱动件驱动第二平台下降，以使部分上端盖插入至外模套内，并使空腔处于封闭状态；

第二步，振动，通过驱动轴套转动实现周向分布的多个内模波浪运动，再通过转动主轴实现内芯整体的转动，从而对内芯与外模套之间的石墨糊料从内部进行挤压并振动，将糊料内的气泡排出，在振动成型时向外模套内的热媒管输入高温蒸汽，防止石墨糊料凝固；

第三步，挤压成型，当气泡排出糊料后，停止内模的波浪运动以及内芯整体的转动，通过第二平台将内芯调整至石墨坩埚成型高度，将石墨糊料挤压成设定好的坩埚形状；

第四步，降温凝固，石墨坩埚成型后停止输入高温蒸汽，并向冷媒管内输入冷媒，从而使石墨糊料降温凝固；

第五步，脱模，当石墨坩埚彻底冷却后，驱动第二平台上升并带动内芯上升，然后通过顶升装置驱动顶板上升，把石墨坩埚从外模套中顶出。

附图说明

图1为本发明实施例的石墨坩埚一次性成型设备示意图；

图2为本发明实施例的石墨坩埚一次性成型设备主视图；

图3为本发明实施例的主轴示意图；

图4为本发明实施例的内芯示意图；

图5为图4的俯视剖视图；

图6为本发明实施例的内模示意图；

图7为本发明实施例的隔板示意图；

图8为本发明实施例的隔板剖视图；

图9为本发明实施例的隔板、挡块配合示意图；

图10为本发明实施例的下盖板示意图；

图11为图10的局部放大图；

图12为本发明实施例的上端盖示意图。

附图标记：

1、底座；2、第一平台；3、第二平台；4、外模套；5、转台；6、主轴；7、轴套；8、上端盖；9、下盖板；10、内模；11、隔板；12、凸轮；13、弹簧连杆；14、第一转动配合槽；15、第二转动配合槽；16、第一槽；17、齿轮；18、挡板；19、第二槽；20、第一弹性件；21、连接杆；22、连杆；23、避让槽；24、挡块；25、键槽；26、滑动键；27、第四槽；28、密封板；29、第五槽；30、密封块；31、密封圈；32、顶升装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

本发明实施例的石墨坩埚一次性成型设备包括：底座1、外模套4和内芯。

如图1、图2所示，底座1上设有第一平台2和第二平台3，第二平台3设在第一平台2上方，且二者间隔分布，第一平台2与第二平台3之间设有驱动件，驱动件是液压缸，液压缸的底部与第一平台2固定连接，液压缸的推杆与第二平台3固定连接，液压缸用于驱动第二平台3上下移动。

第一平台2上表面上设有外模套4，外模套4成圆筒状，且固定连接在第一平台2上，外模套4内具有圆柱状空腔。外模套4底面中心设有顶板，顶板与外模套4滑移配合，底座1上设有顶升装置32，顶升装置32是千斤顶，顶升装置32可以驱动顶板上下移动，从而将成型的石墨坩埚从外模套4内顶出。外模套4内设有螺旋分布的热媒管和冷媒管，热媒管和冷媒管在外模套4侧壁的底部均设有进口和出口，通过向热媒管内输入热媒可实现加热外模套4，向冷媒管内输入冷媒可实现对外模套4进行降温。

如图2-图7所示，内芯包括主轴6、轴套7、内模10和下盖板9，第二平台3的下表面设有转台5，主轴6的顶端穿过转台5并与第二平台3转动连接，主轴6与外模套4同轴分布，且主轴6至少部分延伸至圆柱状空腔内。轴套7套设在主轴6上，且与主轴6转动配合，转台5下表面固定连接有传动齿轮，传动齿轮与轴套7啮合，转台5转动使得传动齿轮与转台5同步转动，从而通过传动齿轮驱动轴套7相对主轴6转动。主轴6通过外部电源驱动从而实现转动，使得主轴6可以相对第二平台3转动。主轴6的上部固定连接有上端盖8，上端盖8的顶端与转台5止抵。主轴6底端固定连接有下盖板9。上端盖8的外壁设有密封圈31，密封圈31的顶端与转台5固定连接，密封圈31的内壁与上端盖8外壁固定连接，密封圈31的外壁可以与外模套4的内壁贴合，使得圆柱状空腔与外界密封隔离。

内模10的顶端与上端盖8止抵且滑移配合，内模10的底端与下盖板9止抵且滑移配合，多个内模10沿着周向间隔分布，相邻的内模10之间设有隔板11，内模10与隔板11形成圆筒结构，内模10与主轴6之间通过弹簧连杆13连接，内模10上设有直径大于弹簧连杆13的圆形配合槽，弹簧连杆13的弹簧部与内模10的内壁固定连接，其杆部伸入至圆形配合槽内，且二者之间具有间隙，使得内模10可以相对弹簧连杆13移动。轴套7侧壁上设有凸轮12，凸轮12的长度大于内模10与轴套7之间的间距，内模10内壁上设有第一转动配合槽14，第一转动配合槽14的底面呈波浪状，轴套7转动带动凸轮12转动，隔板11在凸轮12对应位置设有第二转动配合槽15，使得凸轮12在转动时经过第二转动配合槽15，凸轮12与隔板11之间始终存在间隙，凸轮12端部转动至内模10处会推动内模10向外移动并与第一转动配合槽14的底面止抵，弹簧连杆13用于拉动内模10向内移动恢复至初始位置，在凸轮12的转动过程中实现内模10在内外方向上往复运动，弹簧连杆13始终对内模10施加向内的压力，当其中一个内模10向外移动时，其相邻两侧的内模10在向内的拉力作用下沿着隔板11向内移动，同时向内移动的内模10也会相对弹簧连杆13在圆形配合槽内移动，从而实现圆筒状的内模10呈波浪运动。从而对内芯与外模套4之间的糊料产生振动，通过向内移动的内模10产生负压将气泡吸至内模10处并沿着内模10向上排出。

如图6-图8所示，内模10下部两侧壁上设有对称分布的第一槽16，第一槽16的底面设有齿槽。隔板11侧壁均设有齿轮17，两个齿轮17分别位于隔板11相邻的内模10的第一槽16内，且与第一槽16啮合。隔板11与齿轮17之间通过连接杆21转动连接，连接杆21固定在隔板11上，齿轮17可以相对隔板11转动。连接杆21的两端分别设有向外延伸的连杆22。隔板11侧壁设有第二槽19，第二槽19是弧形槽，齿轮17侧壁上设有挡板18，挡板18伸入第二槽19内并与第二槽19滑移配合，第二槽19内设有第一弹性件20。第一弹性件20是弹簧，弹簧的一端与第二槽19连接，另一端与挡板18连接。

隔板11左侧的内模10向外移动时，带动第一槽16内的齿轮17顺时针转动，挡板18与齿轮17同步转动并与隔板11止抵，挡板18推动隔板11向内倾斜。此时隔板11右侧的内模10向内移动，使得内模10与连接杆21上向外延伸的连杆22止抵，从而带动隔板11同步向内移动，内模10还可以带动第一槽16内的齿轮17逆时针转动，使得齿轮17上的挡板18在第二槽19内移动并压缩第一弹性件20。当隔板11左侧的内模10向内移动时，带动齿轮17逆时针转动，使得挡板18与隔板11脱离接触并压缩第一弹性件20，此时隔板11右侧的内模10向外移动，带动齿轮17顺时针转动，此时隔板11两侧的第一弹性件20恢复形变，推动隔板11恢复初始位置。当隔板11向内倾斜时，糊料内的气泡因向内移动的内模10产生的负压被吸至内模10和隔板11处，隔板11恢复初始位置时会将气泡自下向上推出。

如图7、图9、图10所示，下盖板9底部设有与隔板11对应的第三槽，第三槽内设有挡块24，挡块24顶端设有键槽25，隔板11底端设有滑动键26，滑动键26与键槽25滑动配合，使得挡块24可以相对隔板11在第三槽内移动，滑动键26与键槽25之间设有第二弹性件，第二弹性件的一端与滑动键26连接，另一端与键槽25连接，第二弹性件是压簧，从而始终对挡块24施加向内的压力。隔板11在向内倾斜时，挡块24与隔板11同步转动，使得挡块24在第三槽内倾斜，使得内芯底部的气泡可以顺着倾斜的挡块24移动至内芯侧壁，第二弹性件用于防止挡块24在转动时产生缝隙。

如图4、图10和图11所示，挡块24的宽度小于隔板11的宽度，第三槽侧壁上设有第四槽27，第四槽27内滑移配合有密封板28，密封板28与密封槽之间通过第三弹性件连接，第三弹性件是压簧，对密封板28施加向上的压力，使得密封板28始终在密封槽内并与密封槽的槽底止抵。从而防止隔板11在倾斜时糊料进入隔板11与下盖板9之间的间隙。

如图7所示，隔板11的内端底部两侧均设有避让槽23，设置避让槽23可以使得隔板11在摆动时避让槽23至少部分摆动至第三槽内，防止下盖板阻碍隔板11摆动。

如图4、图12所示，上端盖8上设有第五槽29，第五槽29与隔板11对应，第五槽29内设有密封块30，密封块30与第五槽29之间设有第四弹性件，第四弹性件是压簧，第四弹性件对密封块30施加向下的压力，使得密封块30的底端始终与隔板11止抵，防止隔板11在倾斜时上端盖8与隔板11之间产生缝隙。

本发明实施例的石墨坩埚一次性成型设备的成型工艺如下：

一、装料，液压缸驱动第二平台3上升，将石墨糊料填入外模套4内，然后液压缸驱动第二平台3下降，使得密封圈31与外模套4贴合，实现对空腔的密封。

二、振动，通过驱动轴套7转动实现周向分布的多个内模10波浪运动，再通过转动主轴6实现内芯整体的转动，从而对内芯与外模套4之间的石墨糊料从内部进行挤压并振动，将糊料内的气泡排出，在振动成型时向外模套4内的热媒管输入高温蒸汽，防止石墨糊料凝固。

三、挤压成型，当气泡排出糊料后，停止内模10的波浪运动以及内芯整体的转动，通过第二平台3将内芯调整至石墨坩埚成型高度，将石墨糊料挤压成设定好的坩埚形状。

四、降温凝固，石墨坩埚成型后停止输入高温蒸汽，并向冷媒管内输入冷媒，从而使石墨糊料降温凝固。

五、脱模，当石墨坩埚彻底冷却后，驱动第二平台3上升并带动内芯上升，然后通过顶升装置32驱动顶板上升，把石墨坩埚从外模套4中顶出。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顺时针”、“逆时针”、“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种石墨坩埚一次性成型设备，其特征在于，包括：

底座，所述底座包括第一平台和第二平台，所述第一平台与所述第二平台沿上下方向间隔分布，所述第一平台与所述第二平台之间设有驱动件，所述驱动件用于驱动所述第二平台相对所述第一平台上下移动；

外模套，所述外模套固定连接在所述第一平台上表面，所述外模套具有空腔，所述外模套内设有冷媒管和热媒管；

内芯，所述内芯包括主轴、轴套、内模、隔板、上端盖和下盖板，所述主轴与所述第二平台下表面连接，所述轴套套在所述主轴上，且与主轴转动配合，所述主轴上部连接有上端盖，所述主轴底端连接所述下盖板，所述内模的顶端与所述上端盖滑移配合，其底端与所述下盖板滑移配合，多个所述内模沿周向间隔分布，相邻所述内模之间设有隔板，所述内模、所述隔板、所述上端盖和所述下盖板之间形成圆筒状结构，所述内模与所述主轴之间通过弹簧连杆连接，所述轴套上设有凸轮，所述凸轮与所述轴套转动连接，且所述凸轮的长度大于所述内模与所述轴套之间的间距，所述内模内壁设有第一转动配合槽，所述第一转动配合槽的底面呈波浪状，所述隔板相应位置设有第二转动配合槽，所述轴套转动带动所述凸轮转动，所述凸轮端部向外推动所述内模并与所述第一转动配合槽的底面止抵，所述弹簧连杆用于所述内模复位，使得所述内模在内外方向上往复运动，当所述内模向外移动时，两侧相邻的所述内模向内移动，从而实现周向分布的多个内模呈波浪运动。

2.根据权利要求1所述的石墨坩埚一次性成型设备，其特征在于，所述内模两侧壁下部分别设有对称分布的第一槽，所述第一槽底部设有齿槽，所述隔板两侧壁下部相应位置均设有齿轮，所述齿轮与所述隔板之间通过连接杆转动连接，所述连接杆上设有向外延伸的连杆，所述齿轮与所述齿槽啮合，所述隔板侧壁设有第二槽，所述齿轮侧壁固定连接有挡板，所述挡板滑移配合在所述第二槽内，所述第二槽内还设有第一弹性件，所述内模向外移动带动所述齿轮转动，所述齿轮带动所述挡板转动，驱动所述隔板倾斜，所述第一弹性件用于所述隔板的复位，实现所述隔板的摆动。

3.根据权利要求2所述的石墨坩埚一次性成型设备，其特征在于，所述下盖板底部设有与所述隔板对应的第三槽，所述第三槽内设有挡块，所述挡块滑移配合在所述第三槽内，所述挡块的宽度小于所述隔板的宽度，所述挡块与所述隔板同步转动。

4.根据权利要求3所述的石墨坩埚一次性成型设备，其特征在于，所述挡块上设有键槽，所述隔板底部设有滑动键，所述滑动键与所述键槽滑动配合，所述滑动键与所述键槽之间设有第二弹性件，所述第二弹性件推动所述挡块相对所述第二槽向内移动。

5.根据权利要求4所述的石墨坩埚一次性成型设备，其特征在于，所述第三槽侧壁上设有第四槽，所述第四槽内设有密封板，所述密封板与所述第四槽之间通过第三弹性件连接，所述密封板的顶端与所述第四槽配合并与所述隔板止抵。

6.根据权利要求5所述的石墨坩埚一次性成型设备，其特征在于，所述上端盖在所述隔板的对应位置处设有第五槽，所述第五槽内设有密封块，所述密封块与所述第一槽之间通过第四弹性件连接，所述密封块的底端与所述隔板顶端止抵。

7.根据权利要求6所述的石墨坩埚一次性成型设备，其特征在于，所述隔板内端的底部设有避让槽，所述避让槽有两个，且二者在隔板两侧对称分布。

8.根据权利要求7所述的石墨坩埚一次性成型设备，其特征在于，所述主轴与所述上端盖固定连接，所述主轴与所述第一平台转动连接，所述主轴转动带动所述内芯整体转动。

9.根据权利要求8所述的石墨坩埚一次性成型设备，其特征在于，所述外模套底部设有顶板，所述底座上设有顶升装置，所述顶升装置穿过所述第一平台并与所述顶板连接，所述顶升装置驱动所述顶板上下移动。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的石墨坩埚一次性成型设备的成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，装料，驱动件驱动第二平台上升，将石墨糊料填入外模套内，然后驱动件驱动第二平台下降，以使部分上端盖插入至外模套内，并使空腔处于封闭状态；

第二步，振动，通过驱动轴套转动实现周向分布的多个内模波浪运动，再通过转动主轴实现内芯整体的转动，从而对内芯与外模套之间的石墨糊料从内部进行挤压并振动，将糊料内的气泡排出，在振动成型时向外模套内的热媒管输入高温蒸汽，防止石墨糊料凝固；

第三步，挤压成型，当气泡排出糊料后，停止内模的波浪运动以及内芯整体的转动，通过第二平台将内芯调整至石墨坩埚成型高度，将石墨糊料挤压成设定好的坩埚形状；

第四步，降温凝固，石墨坩埚成型后停止输入高温蒸汽，并向冷媒管内输入冷媒，从而使石墨糊料降温凝固；

第五步，脱模，当石墨坩埚彻底冷却后，驱动第二平台上升并带动内芯上升，然后通过顶升装置驱动顶板上升，把石墨坩埚从外模套中顶出。

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