石墨坩堝製造工具機的製作方法

2023-06-24 09:50:51 1

本發明涉及一種石墨製品的機加工設備。

背景技術：

由於石墨具有許多優良的性能，因而在冶金、機械、電氣、化工、紡織、國防等工業部門獲得廣泛應用。石墨的一個主要用途是生產耐火材料，包括耐火磚、坩堝、鑄模等。石墨坩堝具有高耐火性，低的熱膨脹性，熔鍊金屬過程中，受到金屬浸潤和衝刷時亦穩定，高溫下良好的熱震穩定性和優良的傳導性，所以石墨坩堝及其有關製品被廣泛用於直接熔融金屬的工藝中。傳統石墨坩堝的製造方法是以結晶形天然石墨為主體原料,可塑性耐火粘土作粘結劑,經與不同類型熟料配合震動模壓後燒制而成，工藝比較簡單，但組織結構鬆散，品質較差。

專利申請號為2011102613105的發明提供了一種石墨坩堝，主要由石墨座磚及其上面的石墨側壁組成，石墨座磚為整體結構，石墨側壁由若干層石墨磚砌築而成，石墨磚前後相對面設計成曲面且曲度相同，上下層石墨磚交錯砌築。該發明的坩堝為分體結構，密封性和耐滲透壓較低。

專利申請號為2012103930060的發明公開了一種石墨坩堝的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟：a、在容器中加入重量百分含量為40-50%的天然石墨、重量百分含量為9-15%金屬矽、重量百分含量為30-40%的石油焦顆粒，攪拌，再向容器中加入重量百分含量為8-15%的酚醛樹脂；b、繼續攪拌，採用壓力成型機成型；c、將成型後的坩堝生坯焙燒，控制焙燒時間為10-20h，得焙燒品坩堝；該產品製造工藝比較複雜，需要配套的模具和較較高的成型溫度、成型壓力，製造成本較高。

技術實現要素：

發明目的：

克服傳統石墨坩堝製造組織鬆散體密度低的缺點，提供一種通過採用圓柱狀石墨進行機械加工而獲得的整體結構的高品質石墨坩堝製造工具機。

技術方案：

本發明提供的石墨坩堝製造工具機，在工具機底座上具有按軸向（以圓柱狀石墨加工放置時的基本成水平的中心軸軸向為依據）依次設置的刀具座、圓柱殼狀刀盤、石墨支承座、石墨旋轉驅動機構。加工石墨坩堝的原材料採用的是通過擠壓成型、尚未燒結的圓柱狀石墨（石墨幹坯，容易切削塑形和保持一定強度韌性）。

石墨支承座上安放圓柱狀石墨，石墨旋轉驅動機構夾持並能驅動圓柱狀石墨圍繞中心軸旋轉。

刀具座固定連接著圓柱殼狀刀盤，並保證圓柱殼狀刀盤的中心軸基本與圓柱狀石墨中心軸在一條直線上，圓柱殼狀刀盤能夠沿著中心軸向軌道前進或後退，以保證刀具在加工時前後移動。

石墨支承座上優選具有四隻可轉動的軸承，輔助圓柱狀石墨旋轉，增加穩定性，減少旋轉阻力。

圓柱殼狀刀盤能夠從端面開始切削石墨，其外殼中具有一個平行於中心軸的通道，通道中埋設有刀具連杆。刀具連杆的尾端與刀具座硬性連接，刀具連杆的前端連接有伸出圓柱殼狀刀盤的特製銑刀。特製銑刀能夠接觸圓柱狀石墨端面，在石墨旋轉驅動機構驅動圓柱狀石墨旋轉時，圓柱殼狀刀盤沿著軸向軌道前進，特製銑刀能夠從石墨的一個端面至內部對石墨進行切削，在石墨內部削出一個圓柱殼形空洞，留下圓柱狀外壁和中間的芯部。

所述的特製銑刀具有圓弧形刀身（與圓柱殼狀刀盤具有基本相同的弧度），刀身與刀具連杆連接處為可控制轉動角度的活動連接形式；刀身與刀具連杆連接處優選為梅花型連接形式（梅花型連接，受力對稱均勻），刀身的另一端固定連接有銑削刀頭。

本發明中，刀具連杆的尾端能夠由刀具座上的傳動機構驅動引起轉動。當切削圓柱形空洞到設計的深度時，傳動機構驅動刀具連杆轉動（未到設計的深度時，刀具連杆不轉動，保證切削出正宗的圓柱柱面），刀具連杆引起特製銑刀圍繞著連接處轉動，使得特製銑刀的刀頭由圓柱殼狀刀盤所在圓周向中心軸方向逐漸移動，在圓柱狀石墨旋轉時繼續切削石墨的徑向部分，在圓柱形空洞的尾部形成一個圓柱的端面或者圓臺臺面（此時，在周向切削石墨的同時，圓柱殼狀刀盤沿著軸向軌道繼續緩慢前進一小段，這樣可以獲得梯形截面底部—圓臺形凸出底部的石墨坩堝，便於使用時盛放液態物料）的切削軌跡。切斷時，切斷刀向中心軸線處慢慢移動，直至切斷。

所述的銑削刀頭優選具有雙向刀刃（軸向，切削圓柱殼形空洞；徑向，切削坩堝的底部），每個方向的刀刃切削石墨的不同部位，保證刀具在合適的方向發力，提高切削效率的同時，減少刀刃損傷，延長刀具使用壽命。

本發明中，可以在上述切削軌跡接近軸心線，至圓柱狀石墨半徑的1/4-1/10時，利用石墨芯部自身的重量，使得芯部從外壁上斷裂掉下，完成石墨坩堝的切削過程。所以斷面留有凹凸不平的斷裂處。

石墨芯部實現與外壁部分的分離，外壁部分形成石墨坩堝毛坯，芯部另行取出。芯部斷裂處的表面雖然有些凹凸不平，但是不影響外壁部分作為坩堝使用，而且也可以通過後續的精細加工，使得坩堝的內表面光滑平整。

該斷裂過程，可以使得外壁和芯部快速分離，提高製造效率，而且可以避免特製銑刀的刀身形成過大的懸臂梁負荷力矩，減小刀具斷裂或者切削功率過大電機過熱的危險。

石墨坩堝毛坯製成後，送入燒結爐進行熱處理，獲得物理和化學性能穩定的石墨坩堝成品坯料。

有益效果：

本發明的石墨坩堝為整體結構，在擠壓成型的石墨坯料基礎上進行加工，無需複雜的前期燒制定型的生產工藝，而在製成坩堝毛坯後再進行燒結定型，所獲得的成品機械強度高。而且本加工設備對坩堝的加工精度較高，坩堝壁面為標準的圓柱面，底部（即芯部尾端）能夠形成圓柱狀端面或者圓臺面的坩堝底。坩堝內表面基本平滑而緻密，盛放的高溫液體物料不會滲漏出去。加工成型速度較快，尤其是芯部自由丟落，提高了成型效率，又不影響坩堝的多種用途。

附圖說明

圖1是本發明的一種立體結構示意圖；

圖2是本發明的一種刀具的剖面結構示意圖；

圖3是採用本發明切削去除的一種石墨坩堝芯部的剖面示意圖；

圖4是採用本發明切削去除的另一種石墨坩堝芯部的剖面示意圖；

圖中，1-底座、2-石墨支承座、3夾持驅動部件（石墨卡盤）、4-傳動機構、5-圓柱狀石墨、6-特製銑刀、7-圓柱殼狀刀筒、8--通道（內置刀具連杆）、9-刀具連杆驅動機構、10-刀具座移動機構、60-連接孔、61-圓弧形刀身、62-刀頭、70-石墨芯部端面、71-石墨芯部柱面、72-石墨芯部圓臺面（切斷面）、73-斷裂處。

具體實施方式

如附圖1所示的石墨坩堝製造工具機，在工具機底座上具有按軸向依次設置的刀具座、圓柱殼狀刀盤、石墨支承座、石墨旋轉驅動機構；石墨支承座上具有四隻可轉動的軸承，其上安放圓柱狀石墨；石墨旋轉驅動機構夾持並能驅動圓柱狀石墨圍繞中心軸旋轉；刀具座固定連接著圓柱殼狀刀盤，能夠從端面開始切削石墨，並保證圓柱殼狀刀盤的中心軸基本與圓柱狀石墨中心軸在一條直線上，圓柱殼狀刀盤能夠沿著中心軸向軌道前進或後退，以保證刀具在加工時前後移動。

圓柱殼狀刀盤的外殼中具有一個平行於中心軸的通道，通道中埋設有刀具連杆；刀具連杆的尾端與刀具座硬性連接，刀具連杆的前端連接有伸出圓柱殼狀刀盤的特製銑刀。如圖2所示，所述的特製銑刀具有圓弧形刀身，刀身與刀具連杆連接處為梅花型連接，刀身的另一端固定連接有銑削刀頭。

刀具連杆的尾端能夠由刀具座上的傳動機構驅動引起轉動，引起特製銑刀圍繞著連接處轉動，使得特製銑刀的刀頭由圓柱殼狀刀盤所在圓周向中心軸方向逐漸移動，在圓柱狀石墨旋轉時繼續切削石墨的徑向部分，在圓柱形空洞的尾部形成一個端面。

在上述切削軌跡接近軸心線，至圓柱狀石墨半徑的1/5-1/8時，利用石墨芯部自身的重量，使得芯部從外壁上斷裂掉下，如圖3所示，完成石墨坩堝的切削過程。