石英熔炉专用定位销的设计与加工制作(附件)【字数：7091】
这个零件的设计和制造是为了适应特殊的环境。由于生产环境特殊，工艺上对物理指标的要求比较严格，所以在对生产过程进行一定的观察和分析后，提出了使用特殊合金制作本工件以满足生产工艺需求。由于该部分在设计初期没有先例可循，在材料选择、刀具选择、工装夹具、加工方式等方面进行了一些创新尝试，对其应用环境、生产工艺局限性、安全性、选材、绘图和加工思路进行了详细的阐述。着重介绍了设计思路、合金材料特性、加工难点。加工方式采用全自动车床进行加工制作，同时拍照记录过程，随时观察加工指标。完成之后经过安装调试，最终成品效果与初步预测一致，物理指标完全满足生产要求；加工工艺尺寸公差配合良好
目录
一、石英熔炉概述 1
（一）石英熔炉的使用范围 1
（二）石英熔炉的结构 1
（三）石英熔炉工作原理以及需要定位部件情况介绍 2
二、定位点情况分析 2
（一）炉体内部环境概述 2
（二）生产工艺需求概述 2
三、工件材料的选择 2
（一）材料选择方向 2
（二）耐温性选择 3
（三）导电性选择 3
（四）强度选择 3
四、图纸设计 3
（一）图纸制作 4
（二）热膨胀及强度 5
五、加工设备的选择 5
（一）机加工设备简述 5
（二）设备特点 6
六、夹具与刀具的选择 6
（一）夹具的选择与特点 6
（二）选定夹具的特性 7
（三）刀具的特性 8
（四）刀具的选择 8
七、加工过程 9
（一）线切割毛坯 9
（二）初步车外圆 9
（三）加工成型 9
（四）加工过程 10
总结 13
参考文献 14
致 谢 15
一、石英熔炉概述
（一）石英熔炉的使用范围
石英玻璃是一种工业玻璃,成分为二氧化硅，因为石英玻璃有其他材料不可代替的特殊功用,在国防和经济建设中自然肩负着相当重要的作用[1]。尤其是是近些年的新型电光源,大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
规模半导体电路,高能激光和航空航天这一类高精尖科研项目中地位至关重要。而石英熔炉就是这种用来生产石英管材、石英棒、石英板的设备。
（二）石英熔炉的结构
石英熔炉结构如图11所示。
图11 石英熔炉结构图
石英熔炉包括坩埚、炉体、加热器、芯杆和成型模具。
（三）石英熔炉工作原理以及需要定位部件情况介绍
石英熔炉整体包含有：炉壳、炉冠，炉壳内安装钨合金坩埚，钨合金坩埚的外面安装带电极臂的网状发热体和保温砖，炉口配备有保温砂，水冷系统、抽气除尘设备，钨坩埚上端连通有加料装置和隔热装置，钨坩埚下端连接成型装置[2]。炉冠中部还有一根钨材料制成空心棒（芯杆）。工作时，外部的加热网用大电流转化为热能，辐射到内部的钨坩埚，当温度达到1400摄氏度时在钨坩埚内的高纯石英砂开始熔化，当钨坩埚内温度达到2000摄氏度的时候，石英熔液由浓稠变稀释，顺着心杆向下流，因为芯杆是中空并通有气体，所以流下的石英溶液便成为了空心的管子。
整个过程中，发热网和外部供电装置需要牢固连接，且中间隔着多层保温措施，比如保温砖、隔热面等，所以发热网和外部供电装置的连接就成为一个需要重视的机构。而以前的使用方式是用铜制连接器，导电性是可以保证，但是铜的熔点过低，所以不得不增加降温机构以保证供电铜排的安全。既增加了耗电量也增加了拉管炉的复杂程度。并且复杂程度越高安全性上越容易出现问题。
有鉴于此，改善连接部位也就是一个非常需要解决的课题。而选材之后的加工制造就成为这件事情的难点。需要接下来进行详细的探索和解决。
二、定位点情况分析
（一）炉体内部环境概述
石英作为天然形成的矿物质，其莫氏硬度达到了7级，符号HM[3]。而在炉体内部的石英砂熔点为1750摄氏度。如果需要能够顺利拉制管材的稀释石英溶液，则炉内温度需要达到2000摄氏度。
钨坩埚作为石英砂和石英熔液的载体，其本身就要承受很高的温度，再没有冷却水的情况下，一般金属是不能够不被熔化的。钨坩埚外层是围绕着一层发热网，通过36V的低电压配合40008000安培的大电流来完成加热。
（二）生产工艺需求概述
目前大家普遍使用大的铜排给钼发热网供电，发热网在炉体内部，铜排在炉体外部，他们需要穿过两到三层的保温砖、保温砂才能够相连，所以从内部带出来的热量非常大，同时铜具有很好的导热性，其固态导热系数[4]达到了400，而其熔点只有1083摄氏度，所以在其连接处只能增加水冷装置来保护铜排不至于被熔化。
在这样高温的环境里，配备特制的定位销暂时固定铜排，既能够导电又能够承受高温是一个必须解决的关键点
三、工件材料的选择
（一）材料选择方向
在材料选择方面，虽然隔热性也有很多的可选材料，可是导电性能又受到限制，比如云母，因为其非常好的绝缘能力，甚至被用在电绝缘等行业。所以最好的选择方向就是能耐高温的金属。
（二）耐温性选择
因为是高温环境所以对于材料的耐温性就有了很高的要求，对于一些耐温的金属，可以经过比较得出好的选择，如表11所示。
表11 金属熔点表
序号
金属名称
熔点（℃）
序号
金属名称
熔点（℃）
序号
金属名称
熔点（℃）
1
铁
1535
21
金
1062
41
铟
157
2
铬
1890
22
银
961
42
目录
一、石英熔炉概述 1
（一）石英熔炉的使用范围 1
（二）石英熔炉的结构 1
（三）石英熔炉工作原理以及需要定位部件情况介绍 2
二、定位点情况分析 2
（一）炉体内部环境概述 2
（二）生产工艺需求概述 2
三、工件材料的选择 2
（一）材料选择方向 2
（二）耐温性选择 3
（三）导电性选择 3
（四）强度选择 3
四、图纸设计 3
（一）图纸制作 4
（二）热膨胀及强度 5
五、加工设备的选择 5
（一）机加工设备简述 5
（二）设备特点 6
六、夹具与刀具的选择 6
（一）夹具的选择与特点 6
（二）选定夹具的特性 7
（三）刀具的特性 8
（四）刀具的选择 8
七、加工过程 9
（一）线切割毛坯 9
（二）初步车外圆 9
（三）加工成型 9
（四）加工过程 10
总结 13
参考文献 14
致 谢 15
一、石英熔炉概述
（一）石英熔炉的使用范围
石英玻璃是一种工业玻璃,成分为二氧化硅，因为石英玻璃有其他材料不可代替的特殊功用,在国防和经济建设中自然肩负着相当重要的作用[1]。尤其是是近些年的新型电光源,大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
规模半导体电路,高能激光和航空航天这一类高精尖科研项目中地位至关重要。而石英熔炉就是这种用来生产石英管材、石英棒、石英板的设备。
（二）石英熔炉的结构
石英熔炉结构如图11所示。
图11 石英熔炉结构图
石英熔炉包括坩埚、炉体、加热器、芯杆和成型模具。
（三）石英熔炉工作原理以及需要定位部件情况介绍
石英熔炉整体包含有：炉壳、炉冠，炉壳内安装钨合金坩埚，钨合金坩埚的外面安装带电极臂的网状发热体和保温砖，炉口配备有保温砂，水冷系统、抽气除尘设备，钨坩埚上端连通有加料装置和隔热装置，钨坩埚下端连接成型装置[2]。炉冠中部还有一根钨材料制成空心棒（芯杆）。工作时，外部的加热网用大电流转化为热能，辐射到内部的钨坩埚，当温度达到1400摄氏度时在钨坩埚内的高纯石英砂开始熔化，当钨坩埚内温度达到2000摄氏度的时候，石英熔液由浓稠变稀释，顺着心杆向下流，因为芯杆是中空并通有气体，所以流下的石英溶液便成为了空心的管子。
整个过程中，发热网和外部供电装置需要牢固连接，且中间隔着多层保温措施，比如保温砖、隔热面等，所以发热网和外部供电装置的连接就成为一个需要重视的机构。而以前的使用方式是用铜制连接器，导电性是可以保证，但是铜的熔点过低，所以不得不增加降温机构以保证供电铜排的安全。既增加了耗电量也增加了拉管炉的复杂程度。并且复杂程度越高安全性上越容易出现问题。
有鉴于此，改善连接部位也就是一个非常需要解决的课题。而选材之后的加工制造就成为这件事情的难点。需要接下来进行详细的探索和解决。
二、定位点情况分析
（一）炉体内部环境概述
石英作为天然形成的矿物质，其莫氏硬度达到了7级，符号HM[3]。而在炉体内部的石英砂熔点为1750摄氏度。如果需要能够顺利拉制管材的稀释石英溶液，则炉内温度需要达到2000摄氏度。
钨坩埚作为石英砂和石英熔液的载体，其本身就要承受很高的温度，再没有冷却水的情况下，一般金属是不能够不被熔化的。钨坩埚外层是围绕着一层发热网，通过36V的低电压配合40008000安培的大电流来完成加热。
（二）生产工艺需求概述
目前大家普遍使用大的铜排给钼发热网供电，发热网在炉体内部，铜排在炉体外部，他们需要穿过两到三层的保温砖、保温砂才能够相连，所以从内部带出来的热量非常大，同时铜具有很好的导热性，其固态导热系数[4]达到了400，而其熔点只有1083摄氏度，所以在其连接处只能增加水冷装置来保护铜排不至于被熔化。
在这样高温的环境里，配备特制的定位销暂时固定铜排，既能够导电又能够承受高温是一个必须解决的关键点
三、工件材料的选择
（一）材料选择方向
在材料选择方面，虽然隔热性也有很多的可选材料，可是导电性能又受到限制，比如云母，因为其非常好的绝缘能力，甚至被用在电绝缘等行业。所以最好的选择方向就是能耐高温的金属。
（二）耐温性选择
因为是高温环境所以对于材料的耐温性就有了很高的要求，对于一些耐温的金属，可以经过比较得出好的选择，如表11所示。
表11 金属熔点表
序号
金属名称
熔点（℃）
序号
金属名称
熔点（℃）
序号
金属名称
熔点（℃）
1
铁
1535
21
金
1062
41
铟
157
2
铬
1890
22
银
961
42
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