无尘室用钢制地板的制造方法.pdf

一种无尘室用钢制地板的制造方法，将多个纵横方向的框条预先冲出多个突销及嵌接槽，通过纵横方向框条上的嵌接槽彼此插接成框架结构，在此框架结构上负荷重块，然后进入热处理炉内进行应力消除，及将热处理完成的框架校正变形量之后在其接缝处添加焊料，然后将添加完焊料的框架再负荷重块并通过连续炉同时焊接；最后，将冲有对应榫槽的盖板与该框架上的突销榫接并经冲平。如此，将钢铁材料以连续加工结合硬焊(Brazing)及热处理技术，在焊接同时运用温度的变化使材料完全发挥其特性，使结构更坚固、轻量化、提高荷重能力及降低变形量。

1.  一种无尘室用钢制地板的制造方法，该地板包括由多个纵向及横向框条互为搭接组成的框架，及结合于该框架上的盖板所构成，其特征在于，至少包括下列步骤：
冲制步骤：将钢材冲制出多个预定尺寸的框条及盖板，同时将每一片框条冲制出多个突销和嵌接槽，及在该盖板上冲制有多个对应于突销的榫槽；
组装步骤：将多片框条成纵、横方向排列组装，通过框条上的嵌接槽彼此交叉搭接成框架结构；
第一次热处理步骤：在组装完成的框架上负荷重块，然后进入第一次热处理炉内进行应力消除；
添加焊料步骤：将第一次热处理完成的框架，在该框架接缝处添加焊料；
焊接步骤：将添加完焊料的框架负荷重块，然后通过连续炉同时焊接；
铆合步骤：将焊接完成的框架与盖板组合，使该框条上的突销与该盖板上的榫槽相互榫接，并将突销冲平。

2.  如权利要求1所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，该框架结构在接近四个边的相邻框条的间距比在内部相邻框条的间距小。

3.  如权利要求2所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，该框架结构在底部四个角落分别形成有一突出部。

4.  如权利要求1所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，将该框架放置在石墨托板上送入热处理炉内和通过连续炉。

5.  如权利要求1所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，该热处理炉的温度在400℃至490℃之间。

6.  如权利要求5所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，该第一次热处理时间历经100分钟至150分钟之间。

7.  如权利要求1所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，该连续炉依框架行进方向，包括有预热区、高热区及冷却区。

8.  如权利要求7所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，该框架以每分钟200mm至300mm之间的输送速率通过连续炉。

9.  如权利要求7所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，该预热区的温度在700℃至900℃之间。

10.  如权利要求7所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，该高热区的温度在800℃至1200℃之间。

11.  如权利要求10所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，该框架通过高热区之后在冷却区至少停留40至70分钟之间。

12.  如权利要求1所述的无尘室用钢制地板的制造方法，其特征在于，该框架由SAE 4130的合金钢材料所构成，该盖板由S45C碳钢材料所构成。

13.  一种无尘室用钢制地板，其特征在于，通过如权利要求1至12项中任一所述的制造方法所制成。

无尘室用钢制地板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢制地板的制造方法，特别地涉及一种由钢铁材料以连续加工结合硬焊(Brazing)及热处理技术制成地板的方法，以符合新一代无尘室用地板高承载的需求。
背景技术
通常用于无尘室(Clean Room)的地板，大致上皆采用铝合金通过压铸或重力铸造法制成，受限于铝合金材料强度的限制载重有一定的限度，若负荷超过其极限值时会产生碎裂，造成地板上的设备损失。就传统铝铸地板承受力而言，其单位面积600mm²每一点最大载重2吨，在最大2mm变形量的下，尚能满足第3、4代圆晶片厂生产设备的需求。随着半导体组件的不断演进，使半导体生产设备向着精密化、自动化而且重型化的趋势发展。因此，新一代圆晶片厂对于无尘室地板的负荷重量需求已大幅提升，传统铝铸地板因其单位面积承受力不足，已不适合新一代圆晶片厂高负载的需求。
为了改善传统铝合金地板的荷重能力，在先技术如图4A及图4B所示，中国台湾发明专利公告第559636号，揭示了一种以钢材制造通过板条交错搭接焊接式的高架地板制造方法，其主要步骤包括：先以钢材制造格栅板10’及面板20’，该格栅板10’由框体12’及纵横方向交错、搭接的第一肋条13’和第二肋条14’所组成；及再将该面板20’与该格栅板10’等通过电焊或电阻焊焊接成一体。上述专利中的技术方案，虽以钢材组成，并以电焊或电阻焊在第一肋条13’与第二肋条14’相交处焊接成一体，其制程中并无热处理作业，就本领域技术人员可以理解的是，一般碳钢若未经过热处理的抗拉强度约在41kg/mm²以下，换言之，其材料强度无法发挥，对于荷重能力也并无任何的改进。若从本领域技术观点分析，以电焊或电阻焊应用在钢制地板上的缺点大致上可归纳如下：
1)气密性差；
2)单点焊接(焊接有效面积小)；
3)变形大；
4)破坏工件表面(母材熔，焊材不熔)；
5)低强度；
6)工件表面凹凸不平；
7)费工时；
8)外观不佳；
9)成本高等。
另外，如图5所示，为本案申请人在中国台湾的发明专利申请第93113651号(对应中国申请第200410062363.4号、日本申请第2004-381012号及韩国申请第10-2004-0058563号)，提出了一种“无尘室用钢制地板的制造方法”，其包括下列步骤：a)裁切步骤：将钢材胚料裁切成定尺寸的框条，及将钢材胚料裁切成固定尺寸的盖板。b)加工步骤：将每一片框条冲制出多个嵌接槽，及将盖板在对角相关位置钻出多个通气孔。c)组装步骤：将多片框条在石墨托板上进行纵横方向排列的组装，通过框条上的嵌接槽彼此上下插接形成框架结构，然后在此框架结构上覆设盖板。d)第一次热处理步骤：将组装完成的框架在其盖板上加负荷重块，然后进入热处理炉内消除应力。e)添加焊料步骤：将第一次热处理完成的框架进行变形量校正后，对该框架的接缝处添加焊料。f)焊接步骤：将添加完焊料的框架放置在石墨托板上并在盖板上加负荷重块，然后通过一连续炉同时焊接。
根据上述本发明的技术方案，采用钢铁材料构成地板框架，并通过连续加工结合硬焊(Brazing)及热处理技术，在焊接的同时运用控制温度的变化，使材料完全发挥其特性，并且结构更坚固及重量更轻。虽然上述技术方案实现了其发明目的，而且克服了在先技术中所存在的问题，但框架与盖板一体成型结构的变形量仍存在不理想的缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种无尘室用钢制地板的制造方法，采用钢铁材料通过连续加工结合硬焊(Brazing)及热处理技术，使结构更坚固及重量更轻。
本发明另一目的在提供一种无尘室用钢制地板的制造方法，通过在框架底部四角设计的突出部位，可防止硬焊后产生的变形，同时使平面加工时更方便施工。
本发明又一目的在于提供一种无尘室用钢制地板的制造方法，通过框架与盖板在制程最后才榫接铆合的方式，使应力分散，除了可将变形量降至最低程度的外，还可根据不同需求铆合不同形式的盖板从而使产品多样化。
本发明再一目的在于提供一种无尘室用钢制地板的制造方法，能生产出低工时、低成本的钢制地板。
为了实现上述目的及其它目的，本发明钢制地板的制造方法，至少包括下列步骤：
(1)冲制步骤：将钢材冲制成多个固定尺寸的框条及固定尺寸的盖板，同时将每一片框条冲制出多个突销与嵌接槽，并在该盖板上冲制有多个对应于突销的榫槽。
(2)组装步骤：将多片框条在石墨托板上进行纵、横方向排列的组装，通过框条上的嵌接槽彼此交叉搭接形成框架结构。
(3)第一次热处理步骤：在组装完成的框架上负荷重块，然后放进热处理炉内进行应力消除。
(4)添加焊料步骤：将第一次热处理完成的框架校正变形量之后，在该框架的接缝处添加焊料。
(5)焊接步骤：将添加完焊料的框架放置在石墨托板上并负荷重块，然后通过连续炉同时焊接。
(6)铆合步骤：将焊接完成的框架与盖板组合，使该框条上的突销与该盖板上的榫槽相互榫接，并将突销冲平。
根据本发明，采用碳钢或合金钢等材料，在制程中框架组装完成之后、焊接之前先进行第一次热处理，消除框条与框条之间的应力，使材料能完全发挥其特性，再经硬焊(Brazing)焊接同时进行第二次热处理，在还原性保护气体的热炉中加热该地板框架，由于各框条间的间隙会产生毛细现象，故框条衔接界面间可作完全焊接，使框架结构稳定性更佳、更坚固。如此，制成的钢制地板归纳其优点包括：
1)气密性佳；
2)相邻构件间全面焊接(焊接有效面积大)；
3)变形小；
4)不破坏工件表面(母材不熔，焊材熔)；
5)高强度；
6)工件表面清洁度高；
7)省工时；
8)外观良；
9)成本低等。
附图说明
图1A～图1H为本发明无尘室用钢制地板的制造方法的示意流程图。
图2为本发明无尘室用钢制地板的制造方法的步骤框图。
图3为本发明无尘室用钢制地板的放大详图。
图4A及图4B为公知技术，转绘自中国台湾发明专利公告第559636号“板条交错搭接焊接式高架地板的制造方法”的示意图。
图5为本案申请人在先的中国台湾发明专利申请第93113651号“无尘室用钢制地板的制造方法”的框图。
具体实施方式
以下将配合实施例对本发明技术特点作进一步地说明，该实施例仅为较佳代表的范例并非用来限定本发明的实施范围，谨通过参考附图结合下列详细说明而获致最好的理解。
首先，请参考图1A～1H图并对照图2，本发明无尘室用钢制地板100，是针对未来新一代无尘室高承载负荷的需求，而以例如碳钢或合金钢等钢铁材料所制成。根据本发明的制造方法，基本上包括下列步骤：
冲制步骤：先准备钢材，例如SAE 4130合金钢或其它碳钢材料等，将此钢材冲制成固定尺寸的框条11，同时在每一片框条11上冲制有多个相对应的嵌接槽12，这些嵌接槽12在接近边端处的间距较小；及，在每一片框条11上冲制有多个突销13，且在特定的框条11两端分别冲出有一突出部14等。另外，准备例如S45C碳钢材料等，将该钢材冲制成固定尺寸的盖板20，同时在该盖板20上冲制有多个对应于该突销13的榫槽21，形成如图1A所示的材料。
组装步骤：将多片框条11成纵、横方向排列组合，通过该框条11上的对应嵌接槽12彼此上、下交叉搭接成框架10结构，形成如图1B及图1C所示的形状。
第一次热处理步骤：将组装完成的框架10放置在一石墨托板30上，在该框架10上面铺设多块氧化铝板40，且在该氧化铝板40上均匀配置负荷多个重块41，然后进入一热处理炉50内进行第一次热处理，如图1C及图1D所示。按照本发明，该第一次热处理的温度大约为440℃左右，在此温度环境保温大约125分钟之久，及经历一冷却时间后出炉，以消除框条11与框条11之间的应力。
添加焊料步骤：将第一次热处理完成的框架10校正变形量之后，在该框架10的接缝处一一添加焊料，例如C-698铜膏等，如图1E所示。
焊接步骤：将添加完焊料的框架10放置在石墨托板30上，在框架10上面铺设多块氧化铝板40，且在该氧化铝板40上均匀配置负荷多个重块41，然后经由一输送装置70使其通过一连续炉60同时焊接，如图1F所示。根据本发明，该连续炉60内依框架10的行进方向，包括有一温度约800℃的预热区、一温度约在900℃至1200℃间的高热区、及一冷却区(图中未示出)，及该输送装置70的输送速度约以每分钟250mm的速率前进。其中，该框架通过高热区之后在冷却区至少停留40至70分钟之间，较佳为55分钟，最后通过冷却区而出炉。按照本发明，在多次实验中所测得较佳的量测值，列表如下：
表1.为多次实验中所测得的量测值

铆合步骤：将焊接完成的框架10与上述盖板20组合，使该框条11上的突销13与该盖板20上的榫槽21相互榫接，最后将凸出该盖板20表面上的突销13冲平完成钢制地板100的制程，如图1G、图1H所示。
根据本发明钢制地板100，如图3所示，该框架10结构在接近四个边的框条相邻的间距比在内部的间距较小，即位于该框架10外侧的框条密度较密，因此使结构更坚固、荷重能力更高。此外，该框架10结构在底部四个角落分别形成有突出部14，除了在平面加工时更方便的外，还可防止硬焊后产生的变形。按照本发明，在框架组装完成之后、焊接之前先进行第一次热处理，以消除框条与框条之间的应力，使材料能完全发挥其特性，再经硬焊(Brazing)焊接且同时进行第二次热处理，在焊接同时运用温度的变化将材料α+P相，转变为M相，以使材料完全发挥其特性而产生成倍的机械强度，使结构稳定性更佳、更坚固及重量更轻。
根据本发明，钢制地板的厂作连续加工及热处理制程中，焊接及热处理同时完成，相比传统的一般钢材加工完成后才进行热处理，本发明的制程简单、生产效率高并能降低成本。
综上所述，利用本发明技术所制造的钢制地板大致上可归纳出下列优点：
1)安全性高：即使超过负荷时，也先有变形前兆而不致于产生碎裂的危险性。
2)轻量化：同样负荷重量比铝铸地板重量轻(若以一块地板相差1公斤而言，整个建筑物楼版面积负荷将差百吨以上)。
3)高强度：钢铁材料经热处理可大幅增加其材料强度(抗拉强度70kg/mm²以上)。
4)低成本：钢铁材料比铝合金材料价格便宜(至少便宜3倍)。
5)省能源：铝材比钢材冶炼所需热源较高。
以上仅为本发明代表说明的较佳实施例，并不局限本发明实施范围，即不偏离本发明宗旨所作的变化与修饰，应仍属本发明的涵盖范围之内。