一種單晶硅棒末段切割可調(diào)頭的夾具

嚴斌成

（常州天華新能源科技有限公司，江蘇 常州 213149）

一種單晶硅棒末段切割可調(diào)頭的夾具

嚴斌成

（常州天華新能源科技有限公司，江蘇 常州 213149）

介紹了一種用金剛石帶鋸切割單晶硅棒的夾具，特別是在切除單晶硅棒末段收尾部分,夾具可調(diào)頭180°。闡述了其工作原理、夾具結(jié)構(gòu)和實際應(yīng)用。

單晶硅棒；末段切割；可調(diào)頭夾具

1 原裝夾方式存在的問題

目前行業(yè)內(nèi)用金剛石帶鋸截斷機切割單晶硅棒時，普遍采用如圖1所示的裝夾方式。

圖1 行業(yè)內(nèi)普遍采用的金剛石鋸帶截斷機夾具

即沿單晶硅棒軸線方向水平布置三副V型塊（左右為一副，一副有4個夾緊工作面），每一副V型塊通過旋轉(zhuǎn)一根有左、右旋向的螺紋長絲桿來實現(xiàn)對單晶硅棒的夾緊與松開。

這種裝夾方式會帶來以下弊端：①出現(xiàn)了典型的過定位裝夾現(xiàn)象。由于單晶硅棒表面不規(guī)則，會造成這12個夾緊工作面不能夠全部與單晶硅棒表面接觸，夾不到工件，穩(wěn)定性不佳；②由于左右V型塊同時動作，當(dāng)松開時，由于硅棒本身自重會自動向下沉降一定距離，即硅棒軸心線此時低于實際夾緊時的軸心線。而夾緊時，硅棒又會自動上升一定距離，這就使裝夾操作很費力；③每一副V型塊在工作時，兩個V型塊都是以懸臂梁方式承受作用力，長期使用易造成與這一副V型塊連接的長螺桿彎曲變形，影響夾緊效果；④在切割硅棒末段收尾端時，需松開這三副V型塊，靠操作者人力搬起硅棒將硅棒調(diào)頭，然后再夾緊。由于硅棒表面很光滑又有水漬（硅棒切割時需用水作冷卻液），而且已切割的一端截面存在銳邊，容易滑落或劃傷操作者，存在安全隱患，操作也不便。⑤若切割時遇到大小頭棒（單晶硅棒由于拉制原因，使得硅棒頭尾兩端直徑不一致，相差很大），則調(diào)整更費時、費工。

2 夾具結(jié)構(gòu)與原理

針對原夾具存在的問題，設(shè)計了一種可調(diào)頭的夾具，可有效克服原夾具的不足之處。經(jīng)實際使用后，得到了廣大用戶的好評和認可。

該夾具包括壓緊及旋轉(zhuǎn)定位鎖緊機構(gòu)，如圖2所示。

圖2 一種單晶硅棒末段切割可調(diào)頭的夾具結(jié)構(gòu)圖

壓緊機構(gòu)由定位V型塊1、螺桿7、壓臂8、挺柱9及壓塊座11等組成，其作用是在工作時壓緊單晶硅棒，使之固定。

旋轉(zhuǎn)定位鎖緊機構(gòu)由定位轉(zhuǎn)軸2、錐形軸圈3、鎖緊箍4、夾具底座5、對定銷6、齒輪套10、鎖緊螺桿12等組成，其作用是切割硅棒末段時，不需要松開硅棒，只要順時針旋轉(zhuǎn)鎖緊螺桿12，松開定位V型塊1，而后旋轉(zhuǎn)定位V型塊1至180°，隨后逆時針旋轉(zhuǎn)鎖緊螺桿12，將定位V型塊鎖緊在夾具底座5上，繼續(xù)切割硅棒的末段。

其工作原理如下：當(dāng)單晶硅棒擱置在定位V型塊1的V形面上，順時針旋轉(zhuǎn)星形把手帶動螺桿7旋轉(zhuǎn)使挺柱9向?qū)γ嬉粋?cè)的壓臂移動，并推動對面一側(cè)的壓臂8繞銷旋轉(zhuǎn)，帶動壓塊座11上的壓塊壓向工件表面（壓塊與壓塊座采用浮動連接），當(dāng)這一側(cè)的壓塊壓住工件后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)星形把手，此時另一側(cè)的壓臂8則通過螺桿襯套的移動也繞銷旋轉(zhuǎn)，帶動壓塊壓向工件表面，因此兩側(cè)的壓臂是聯(lián)動對工件壓緊的，而且由于壓塊與壓塊座11是浮動連接，因此可確保壓塊的夾緊工作表面全部與工件表面接觸并壓實，裝夾穩(wěn)定性好，可靠性高。逆時針旋轉(zhuǎn)星形把手，兩側(cè)的壓臂則通過壓縮彈簧推動壓塊移開工件表面，松開工件。

當(dāng)逆時針扳轉(zhuǎn)鎖緊螺桿12（如圖2所示），長手柄處于圖中雙點劃線位置，此時固定在鎖緊螺桿12上的圓柱銷帶動齒輪套10旋轉(zhuǎn)，通過齒輪齒條嚙合傳動，將對定銷6推出定位V型塊1的定位孔中，此時可推動定位V型塊1旋轉(zhuǎn)180°。松開長手柄，對定銷6靠小彈簧的作用力自動插入定位V型塊1的另一個定位孔中，完成定位V型塊1調(diào)頭180°定位。然后順時針扳轉(zhuǎn)鎖緊螺桿12（如圖2所示），長手柄至圖中實線位置，鎖緊螺桿12通過螺套向鎖緊箍4移動，鎖緊箍4上的開口收縮，推動錐形軸圈3向下移動，將定位V型塊1鎖緊在夾具底座5上。完成旋轉(zhuǎn)定位并鎖緊。

只要更換壓塊座11就可適應(yīng)夾壓直徑規(guī)格大小不同的工件。

3 結(jié)論

（1）采用這種結(jié)構(gòu)的夾具裝夾切割單晶硅棒時，由于定位V型塊的V形面高度固定不變，因此在裝夾時不需要克服工件的自重（如圖1所示）。只要旋轉(zhuǎn)星形把手,裝夾省力、輕便。

（2）在切割硅棒末段時，無需松開工件，要靠操作者人工搬起工件調(diào)頭。只要扳轉(zhuǎn)長手柄，就可實現(xiàn)工件調(diào)頭，操作安全、方便。

（3）可適應(yīng)不同直徑規(guī)格的單晶硅棒裝夾切割，調(diào)整省時、省力。

（4）能確保所有裝夾面全部與工件表面接觸，裝夾定位可靠，無松動，夾具使用壽命長。

（5）當(dāng)切割時遇到大小頭棒，只要測量出相差值，按其差值的一半削制木質(zhì)楔墊，將工件墊起，就可完成裝夾，裝夾省時、省力。

［1］王光斗，等.機床夾具設(shè)計手冊［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

［2］康自衛(wèi)，王麗.硅片加工技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

（編輯 黃 荻）

TH162

A

1002-2333（2013）08-0260-02

嚴斌成（1965-），男，工程師，從事光伏裝備設(shè)計工作。

2013-04-28