
数控车床加工工艺:
1、易于保证工件各个加工面的精度;加工时,工件绕某一固定轴线回转,各表面具有同一的回转轴线,故易于保证加工面间同轴度的要求。
2、切削过程比较平稳;除了断续表面之外,一般情况下车床加工过程是连续进行的,不像铣削和刨削,在一次走刀过程中,刀齿有多次切入和切出,产生冲击。
3、适用于有色金属零件的精加工;某些有色金属零件,因材料本身的硬度较低,塑性较好,用其的加工方式很难得到光洁的表面。
4、刀具简单;车刀是刀具中最简单的一种,制造,刃磨和安装都很方便,这就便于根据具体加工要求,选用合理的角度。
机床主轴是一种典型的轴类零件,它是机床的关键零件之一,它把回旋运动和转矩通过主轴端部的家具传递给工件或刀具。因此在工作中主轴要承受转矩和弯矩,而且还要求有很高的回转精度。因此,主轴的制造质量将直接影响到整台机床的工作精度和使用寿命。 选择各种高品质机床主轴认准钛浩,专业品质保障,因为专业,所以卓越!主轴零件图上规定了一系列技术要求,如尺寸精度、形状位置公差、表面粗糙、接触精度和热处理要求等。这些都是为了保证主轴具有高的回转精度和刚度、良好的耐磨性和尺寸稳定性。制定机床主轴加工工艺过程的要求如下:
一、加工阶段的划分
主轴加工通常划分为三个阶段,即粗加工、半精加工和精加工。各阶段的划分大致以热处理为界。划分阶段和合理安排工序是为了保证加工质量,达到较高的生产效率和花费最少的生产成本。
一般精度的主轴,精磨可作为最终工序。对于精密机床的主轴,还应有光整加工阶段,以获得较小的表面粗糙度值,有时也是为了达到更高的尺寸精度和配合要求。
二、定位肌醇的选择
轴类零件一般能以本身中心孔作为统一基准,但带中心通孔的主轴则不能做到这一点,因而必须交替使用中心孔和外圆表面作为定位基准。例如外圆粗加工时可以中心孔为定位基准,但中心孔随着深孔加工而消失,因此必须重新建立外圆加工的基面。一般有以下三种方法:
(1) 当中心通孔直径较小时,可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60度锥面来代替中心孔。若中心通孔直径较大,则可视具体情况采用其他方法。C6140型机床主轴属于一般要求的主轴,为了简化工艺装备,半精加工外圆和车螺纹工序就可采用小端孔口锥面和大端外圆作为定位基准,同事采取一定的工序措施来保证定位精度。例如热处理后的工序 半精车小端面、内孔及倒角,就是为了纠正主轴调质后发生的变形,使工序的小端孔口锥面与尾座顶尖接触良好。又如热处理后的工序精车小端莫氏锥孔、端面及倒角,是为了保证工序车螺纹时的定位精度。同时,工艺上还规定工件装夹后应找正100mm、80mm外圆的径向圆跳动小于0.03mm,如果超差,则需重新修整小端孔口锥面。
(2) 采用锥形堵塞或锥套心轴。是一种锥堵的形式,其锥度与工件端部定位孔的锥度相同。当工件孔为圆柱通孔时,锥堵锥度为1:500。当工件孔的锥度较大时,可采用锥套心轴。使用锥堵火锥套心轴时,在加工中途一般不能更换或拆卸,要到精磨完各档外圆,不需使用中心孔时才能拆卸,否则,会造成工件各加工表面对锥堵中心孔的同轴度误差而影响各工序已加工表面的相互位置精度。采用锥堵或锥套心轴可使主轴各外圆和轴肩的加工具有统一基准,减少了定位误差。但它的缺点是要配备许多锥堵或锥套心轴,而且会引起主轴变形。
(3) 精加工主轴外圆时也可用外圆本身来定位,即装夹工件时以支承轴颈表面本身找正。
此时可采用可拆卸式锥套心轴,心轴与工件锥孔间有很小的间隙,用螺母和垫圈将心轴压紧在主轴两端面上以后,将心轴连同主轴一起装夹到机床前后顶尖上,然后找正工件支承轴颈以实现外圆本身定位。此时只需备几套心轴,从而简化了工艺装备及其管理工作。主轴大端锥孔精磨时也可以主轴颈外圆为定位基准。主轴颈是主轴的装配基准,也是测量基准,这样,三种基准重和,就不会产生基准不符误差,从而可靠地保证了大端锥孔相对主轴颈的同轴度要求。
三、热处理工序的安排 热处理工序是主轴加工的重要工序,它包括:
(1)毛坯热处理。主轴锻造后要进行正火或退火处理,以消除锻造内应力,改善金相组织、细化晶粒、降低硬度、改善切削加工性。
(2)预备热处理。通常采用调质火正火处理,安排在粗加工之后进行,以得到均匀细密的回火索氏体组织,使主轴既获得一定的硬度和强度,又有良好的冲击韧性,同时也可以消除粗加工应力。精密主轴经调质处理后,需要切割式样作金相组织检查。
(3)最终热处理。一般安排在粗磨前进行,目的是提高主轴表面硬度,并在保持心部韧性的同时,使主轴颈或工作 表面获得高的耐磨性和抗疲劳性,以保证主轴的工作精度和使用寿命。最终热处理的方法有局部加热淬火后回火、渗碳渗火和渗氮等,具体应视主轴材料而定。渗碳淬火后还需要进行低温回火处理,对不需要渗碳的不玩可以镀铜保护或预放加工余量后再去碳层。
(4)定性处理 对于精度要求很高的主轴,在淬火、回火后或粗磨工序后,还需要定性处理。定性处理的方法有低温人工时效和冰冷处理等,目的是消除淬火应力或加工应力,促使参与奥氏体转变为马氏体,稳定金相组织,从而提高主轴的尺寸稳定性,使之长期保持精度。普通精度的CA6140不需要进行定性处理。
四、加工顺序的安排 安排的加工顺序应能使各工序和整个工艺过程最经济合理按照粗精分开、先粗后精的原则,各表面的加工应按由粗到精的顺序按加工阶段进行安排,逐步提高各表面的精度和减小其表面粗糙度值。同时还应考虑以下各点:
(1)主轴深孔加工应安排在外圆粗车之后。这样可以有一个较精确的外圆来定位加工深孔,有利于保证深孔加工的壁厚均匀;而外圆粗加工时又能以深孔钻出前的中心孔为统一基准。
(2)各次要表面如螺纹、键槽及螺孔的加工应安排在热处理后、粗磨前或粗磨后。这样可以较好地保证其相互位置精度,又不致碰伤重要的精加工表面。
(3)外圆精磨加工应安排在内锥孔精磨之前。这是因为以外圆定位来精磨内锥孔更容易保证它们之间的相互位置精度。
(4)各工序定位基准面的加工应安排在该工序之前。这样可以保证各工序的定位精度,使各工序的加工达到规定的技术要求。
(5)对于精密主轴更要严格按照粗精分开、先粗后精的原则,而且,各阶段的工序还要细分。
从多晶硅到单晶硅棒再到切(硅)片这一段是用不到金刚石砂轮的!我们公司就是从事光伏产品的制造! 从多晶硅-单晶硅-切片都做的!目前超过98%的电子元件材料全部使用单晶硅。其中用CZ法占了约85%,其他部份则是由浮融法FZ生长法。CZ法生长出的单晶硅,用在生产低功率的集成电路元件。而FZ法生长出的单晶硅则主要用在高功率的电子元件。CZ法所以比FZ法更普遍被半导体工业采用,主要在于它的高氧含量提供了晶片强化的优点。另外一个原因是CZ法比FZ法更容易生产出大尺寸的单晶硅棒。
目前国内主要采用CZ法
CZ法主要设备:CZ生长炉
CZ法生长炉的组成元件可分成四部分
(1)炉体:包括石英坩埚,石墨坩埚,加热及绝热元件,炉壁
(2)晶棒及坩埚拉升旋转机构:包括籽晶夹头,吊线及拉升旋转元件
(3)气氛压力控制:包括气体流量控制,真空系统及压力控制阀
(4)控制系统:包括侦测感应器及电脑控制系统
加工工艺:
加料→熔化→缩颈生长→放肩生长→等径生长→尾部生长
(1)加料:将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内,杂质的种类依电阻的N或P型而定。杂质种类有硼,磷,锑,砷。
(2)熔化:加完多晶硅原料于石英埚内后,长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内,然后打开石墨加热器电源,加热至熔化温度(1420℃)以上,将多晶硅原料熔化。
(3)缩颈生长:当硅熔体的温度稳定之后,将籽晶慢慢浸入硅熔体中。由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力,会使籽晶产生位错,这些位错必须利用缩劲生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升,使长出的籽晶的直径缩小到一定大小(4-6mm)由于位错线与生长轴成一个交角,只要缩颈够长,位错便能长出晶体表面,产生零位错的晶体。
(4)放肩生长:长完细颈之后,须降低温度与拉速,使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。
(5)等径生长:长完细颈和肩部之后,借着拉速与温度的不断调整,可使晶棒直径维持在正负2mm之间,这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于等径部分。
(6)尾部生长:在长完等径部分之后,如果立刻将晶棒与液面分开,那么效应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生,必须将晶棒的直径慢慢缩小,直到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出,即完成一次生长周期。
单晶硅棒加工成单晶硅抛光硅片
加工流程:
单晶生长→切断→外径滚磨→平边或V型槽处理→切片
倒角→研磨 腐蚀--抛光→清洗→包装
切断:目的是切除单晶硅棒的头部、尾部及超出客户规格的部分,将单晶硅棒分段成切片设备可以处理的长度,切取试片测量单晶硅棒的电阻率含氧量。
切断的设备:内园切割机或外园切割机
切断用主要进口材料:刀片
外径磨削:由于单晶硅棒的外径表面并不平整且直径也比最终抛光晶片所规定的直径规格大,通过外径滚磨可以获得较为精确的直径。
外径滚磨的设备:磨床
平边或V型槽处理:指方位及指定加工,用以单晶硅捧上的特定结晶方向平边或V型。
处理的设备:磨床及X-RAY绕射仪。
切片:指将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄晶片。
切片的设备:内园切割机或线切割机
倒角:指将切割成的晶片税利边修整成圆弧形,防止晶片边缘破裂及晶格缺陷产生,增加磊晶层及光阻层的平坦度。
倒角的主要设备:倒角机
研磨:指通过研磨能除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层,有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度,达到一个抛光过程可以处理的规格。
研磨的设备:研磨机(双面研磨)
主要原料:研磨浆料(主要成份为氧化铝,铬砂,水),滑浮液。
腐蚀:指经切片及研磨等机械加工后,晶片表面受加工应力而形成的损伤层,通常采用化学腐蚀去除。
腐蚀的方式:(A)酸性腐蚀,是最普遍被采用的。酸性腐蚀液由硝酸(HNO3),氢氟酸(HF),及一些缓冲酸(CH3COCH,H3PO4)组成。
(B)碱性腐蚀,碱性腐蚀液由KOH或NaOH加纯水组成。
抛光:指单晶硅片表面需要改善微缺陷,从而获得高平坦度晶片的抛光。
抛光的设备:多片式抛光机,单片式抛光机。
抛光的方式:粗抛:主要作用去除损伤层,一般去除量约在10-20um;
精抛:主要作用改善晶片表面的微粗糙程度,一般去除量1um以下
主要原料:抛光液由具有SiO2的微细悬硅酸胶及NaOH(或KOH或NH4OH)组成,分为粗抛浆和精抛浆。
清洗:在单晶硅片加工过程中很多步骤需要用到清洗,这里的清洗主要是抛光后的最终清洗。清洗的目的在于清除晶片表面所有的污染源。
清洗的方式:主要是传统的RCA湿式化学洗净技术。
主要原料:H2SO4,H2O2,HF,NH4HOH,HCL
(3)损耗产生的原因
A.多晶硅--单晶硅棒
多晶硅加工成单晶硅棒过程中:如产生损耗是重掺埚底料、头尾料则无法再利用,只能当成冶金行业如炼铁、炼铝等用作添加剂;如产生损耗是非重掺埚底料、头尾料可利用制成低档次的硅产品,此部分应按边角料征税。
重掺料是指将多晶硅原料及接近饱和量的杂质(种类有硼,磷,锑,砷。杂质的种类依电阻的N或P型)放入石英坩埚内溶化而成的料。
重掺料主要用于生产低电阻率(电阻率<0.011欧姆/厘米)的硅片。
损耗:单晶拉制完毕后的埚底料约15%。
单晶硅棒整形过程中的头尾料约20%。
单晶整形过程中(外径磨削工序)由于单晶硅棒的外径表面并不平整且直径也比最终抛光晶片所规定的直径规格大,通过外径磨削可以获得较为精确的直径。损耗约10%-13%。
希望能对你有帮助!
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