一種球面柵網成型用工裝模具及球面柵網成型方法與流程

2023-10-27 20:13:42 2

本發明涉及一種工裝模具及柵網成型方法，特別是涉及一種球面柵網成型用工裝模具及球面柵網成型方法，屬於真空電子器件電子槍用柵網製造技術領域。

背景技術：

行波管作為真空微波功率放大器件，具有頻帶寬、增益大、效率高、輸出功率大等優點，在各類軍用微波發射機中有著廣泛的應用，被譽為武器裝備的「心臟」。

在脈衝工作情況下，柵控電子槍由於控制柵極的工作電壓比陽控電子槍或聚焦極控制電子槍電壓低的多，並且控制柵網不截獲或只截獲很少一部分電流，大大降低了脈衝調製器的功率，免除了研製高壓大電流脈衝電源的困難，這些優點使得柵控電子槍被廣泛應用於行波管。

柵網在柵控電子槍中是核心零件，通常加工方法有編織加工法、電火花切割法和化學光刻法。其中，編織加工法的優點是加工工藝比較簡單，缺點是強度不夠高，可靠性較差，精度不高，容易柵極打火，不能用於複雜形狀的柵網加工；電火花切割法的優點是自動化程度高，通用性強，但是在精度方面還存在一些不足的地方，另外由於電火花加工出來的柵網表面不容易處理乾淨，製成的柵網的網絲上常常有毛刺和其它黑色附著物導致表面不光滑，有毛刺，容易造成柵極打火，這樣柵極截獲電流偏大，從而影響管子的性能和成品率；化學光刻法具有加工精度高，光潔度高，合格率高等優點，有著極大的應用前途，但化學光刻法往往應用於平面柵網的加工，在球面柵網加工方面就存在不足。

技術實現要素：

本發明的主要目的在於，克服現有技術中的不足，提供一種球面柵網成型用工裝模具及球面柵網成型方法，特別適用於球面柵網成型。

本發明所要解決的技術問題是提供結構緊湊、拆裝方便、製作容易、安全可靠、實用性強的球面柵網成型用工裝模具，便於操作，成本低，通用性強。

本發明所要解決的另一技術問題是提供在採用化學光刻方法加工完成的平面柵網繼續加工成球面柵網的球面柵網成型方法，操作性強，具有柵網成型精度高、光潔度高、成型柵網玄高範圍大等優點，同時成型後的球面柵網具有強度高、抗疲勞、抗熱變形、且表面無毛刺等技術特性。

為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案是：

一種球面柵網成型用工裝模具，包括依次疊裝的成型底座、定位壓塊、玄高尺寸控制環和成型球頭杆，所述定位壓塊通過定位銷固定在成型底座的頂面，所述成型底座的頂面設置有成型槽，所述成型球頭杆的杆首球頭依次貫穿開設於玄高尺寸控制環的第一通孔和開設於定位壓塊的第二通孔延伸並相匹配落入至定型槽，所述定位槽的槽型及尺寸與待成型平面柵網所需加工成球面柵網的球面形狀及尺寸相同，所述成型底座和成型球頭杆的杆首球頭的表面均呈鏡面狀。

本發明進一步設置為：所述成型底座的頂面以成型槽為中心、直徑為D1的圓周上對稱均布四個定位臺階孔，所述定位壓塊的頂面以第二通孔為中心、直徑為D1的圓周上對稱開設貫通至定位壓塊底面的四個定位通孔，所述定位銷為四根，每根定位銷均依次貫穿定位通孔和定位臺階孔將定位壓塊固連於成型底座上。

本發明進一步設置為：所述定位臺階孔和定位通孔的直徑均為D2、並均與待成型平面柵網上預加工有的柵網定位孔尺寸相同，柵網定位孔所在的圓周尺寸等於直徑D1，所述定位銷依次貫穿定位通孔、柵網定位孔和定位臺階孔。

本發明進一步設置為：所述第一通孔和第二通孔的孔直徑均為D3、並均與待成型平面柵網所需加工成球面柵網的球面直徑尺寸相同，所述成型球頭杆的杆體徑向尺寸等於直徑D3。

本發明進一步設置為：所述成型球頭杆的杆尾端設置有臺階部，所述臺階部在成型球頭杆的杆首球頭落入定型槽後壓制於玄高尺寸控制環的頂面，臺階部與玄高尺寸控制環頂面的相接觸面為臺階面；所述第二通孔的高度為H1，杆首球頭的頂點到臺階面的高度為H2，第一通孔的高度為H3，待成型平面柵網所需加工成球面柵網的玄高為H2-（H1+ H3）。

本發明進一步設置為：所述成型底座採用無氧銅材料製成，所述定位壓塊和玄高尺寸控制環均採用1Cr18Ni9Ti不鏽鋼製成，所述成型球頭杆採用硬度HRC50～55的Cr12鋼材製成，所述定位銷採用鉬材料製成。

本發明還提供一種球面柵網成型方法，包括以下步驟：

1）準備前述的球面柵網成型用工裝模具，採用化學光刻方法加工出待成型平面柵網；

2）把待成型平面柵網放置到成型底座上，保持待成型平面柵網上預加工有的柵網定位孔與定位臺階孔對齊，然後用四根定位銷將待成型平面柵網定位於成型底座上；

3）將定位壓塊通過四根定位銷穿入定位通孔放置到成型底座，使定位壓塊壓制住待成型平面柵網；

4) 將玄高尺寸控制環放置到定位壓塊上，保持第一通孔和第二通孔對齊；

5) 將成型球頭杆沿第一通孔和第二通孔伸入，使得成型球頭杆的杆首球頭放置於待成型平面柵網上；

6) 將裝好待成型平面柵網的球面柵網成型用工裝模具放到電阻爐上，將測溫傳感器探頭插到模具孔上；

7）將整個工裝模具加熱至270℃±10℃；

8）將整個工裝模具放到液壓機工作檯上進行壓制，將液壓機壓力調5MPa～6MPa對成型球頭杆施加壓力，使得成型球頭杆的臺階面尺寸下降H2-（H1+ H3）為止，保持壓力至少10秒；

9）待工裝模具冷卻後，拆除成型球頭杆、玄高尺寸控制環和定位壓塊，將成型好的球面柵網和成型底座放到工作平臺上，用大力鉗將定位銷拔除；

10）將成型好的球面柵網和成型底座一起放入裝有刻蝕溶液的酸洗槽中進行刻蝕，刻蝕時間以能順利取下成型好的球面柵網為準；

11）刻蝕結束後從刻蝕溶液中取出成型好的球面柵網和成型底座，在流動的自來水下衝洗2-3分鐘；

12）用無水乙醇將成型好的球面柵網脫水後放入烘箱中乾燥，溫度80℃±10℃，時間2-3分鐘；

13）將乾燥好的球面柵網從烘箱中取出，至此完成球面柵網的成型加工。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：

1、本發明提供的球面柵網成型用工裝模具，通過依次疊裝的成型底座、定位壓塊、玄高尺寸控制環和成型球頭杆的設置，其中成型球頭杆的杆首球頭依次貫穿開設於玄高尺寸控制環的第一通孔和開設於定位壓塊的第二通孔延伸並相匹配落入至定型槽，使得待成型平面柵網根據定位槽的槽型及尺寸加壓加工成所需的球面柵網，不僅結構緊湊、拆裝方便、製作容易、安全可靠、實用性強，而且便於操作，成本低，通用性強。

2、本發明提供的球面柵網成型方法，首先採用化學光刻方法加工出待成型平面柵網，然後採用專用的工裝模具進行夾裝，通過加熱、加壓、保壓、冷卻等措施加工得到成型好的球面柵網，最後通過刻蝕、衝洗和乾燥製得球面柵網成品，工序有序合理，操作性強，具有柵網成型精度高、光潔度高、成型柵網玄高範圍大等優點，同時成型後的球面柵網具有強度高、抗疲勞、抗熱變形、且表面無毛刺等技術特性。

上述內容僅是本發明技術方案的概述，為了更清楚的了解本發明的技術手段，下面結合附圖對本發明作進一步的描述。

附圖說明

圖1為本發明一種球面柵網成型用工裝模具的結構示意圖；

圖2為本發明一種球面柵網成型用工裝模具中成型底座的結構示意圖；

圖3為本發明一種球面柵網成型用工裝模具中定位壓塊的結構示意圖；

圖4為本發明一種球面柵網成型用工裝模具中玄高尺寸控制環的結構示意圖；

圖5為本發明一種球面柵網成型用工裝模具中成型球頭杆的結構示意圖；

圖6為本發明製得的球面柵網的正視結構示意圖；

圖7為本發明製得的球面柵網的側視結構示意圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖，對本發明作進一步的說明。

如圖1至7所示，一種球面柵網成型用工裝模具，包括依次疊裝的成型底座1、定位壓塊2、玄高尺寸控制環3和成型球頭杆4，所述定位壓塊2通過定位銷5固定在成型底座1的頂面，所述成型底座1的頂面設置有成型槽11，所述成型球頭杆4的杆首球頭40依次貫穿開設於玄高尺寸控制環3的第一通孔31和開設於定位壓塊2的第二通孔21延伸並相匹配落入至定型槽11，所述定位槽11的槽型及尺寸與待成型平面柵網所需加工成球面柵網6的球面61形狀及尺寸相同，所述成型底座1和成型球頭杆4的杆首球頭40的表面均呈鏡面狀。

如圖2所示，所述成型底座1採用無氧銅材料製成，整個成型底座1表面光潔度要求達到鏡面狀態，成型底座1的頂面以成型槽11為中心、直徑為D1的圓周上對稱均布四個定位臺階孔12。本實施例的成型底座1如圖2所示，採用直徑為60mm的圓柱體結構的成型底座1，定位臺階孔12的直徑為D2=1mm、臺階深度h1=3mm，四個定位臺階孔12分布在直徑D1=12mm的圓周上。

如圖3所示，所述定位壓塊2採用1Cr18Ni9Ti不鏽鋼製成，定位壓塊2的頂面以第二通孔21為中心、直徑為D1的圓周上對稱開設貫通至定位壓塊2底面的四個定位通孔22。定位壓塊2採用和成型底座1一樣的直徑為60mm的圓柱體結構，定位通孔22的直徑為D2=1mm，四個定位通孔22分布在直徑D1=12mm的圓周上；第二通孔21的直徑為D3=7.65mm、高度為H1=12mm。

如圖4所示，所述玄高尺寸控制環均採用1Cr18Ni9Ti不鏽鋼製成，第一通孔31的孔直徑均為D3=7.65mm、高度為H3=11.28mm。

如圖5所示，所述成型球頭杆4採用硬度HRC50～55的Cr12鋼材製成，杆體徑向尺寸等於直徑D3=7.65mm，杆首球頭40加工成球面，球面直徑Ф10.04mm，球頭表面光潔度要求達到鏡面狀態。所述成型球頭杆4的杆尾端設置有臺階部41，所述臺階部41在成型球頭杆4的杆首球頭40落入定型槽11後壓制於玄高尺寸控制環3的頂面，臺階部41與玄高尺寸控制環3頂面的相接觸面為臺階面42；杆首球頭40的頂點到臺階面42的高度為H2=25mm。需要保證的是，待成型平面柵網所需加工成球面柵網的玄高為H2-（H1+ H3）。

如圖1和圖6所示，所述定位銷5採用鉬材料製成，定位銷5為四根，定位銷5的直徑為D2=1mm，長度以大於（h1+H1）為宜；定位臺階孔12和定位通孔22的直徑均與待成型平面柵網上預加工有的柵網定位孔62尺寸相同，柵網定位孔62所在的圓周尺寸等於直徑D1=12mm，每根定位銷5均依次貫穿定位通孔22、柵網定位孔62和定位臺階孔12將定位壓塊2固連於成型底座1上。

如圖1和圖7所示，所述第一通孔31和第二通孔21的孔直徑均為D3=7.65mm、並均與待成型平面柵網所需加工成球面柵網6的球面61直徑尺寸相同。

本發明還提供一種球面柵網成型方法，包括以下步驟：

1）準備如圖1所示的球面柵網成型用工裝模具，採用化學光刻方法加工出待成型平面柵網；

2）把待成型平面柵網放置到成型底座上，保持待成型平面柵網上預加工有的柵網定位孔與定位臺階孔對齊，然後用四根定位銷將待成型平面柵網定位於成型底座上；

3）將定位壓塊通過四根定位銷穿入定位通孔放置到成型底座，使定位壓塊壓制住待成型平面柵網；

4) 將玄高尺寸控制環放置到定位壓塊上，保持第一通孔和第二通孔對齊；

5) 將成型球頭杆沿第一通孔和第二通孔伸入，使得成型球頭杆的杆首球頭放置於待成型平面柵網上；

6) 將裝好待成型平面柵網的球面柵網成型用工裝模具放到電阻爐上，將測溫傳感器探頭插到模具孔上；

7）將整個工裝模具加熱至270℃±10℃；

8）將整個工裝模具放到液壓機工作檯上進行壓制，將液壓機壓力調5MPa～6MPa對成型球頭杆施加壓力，使得成型球頭杆的臺階面尺寸下降H2-（H1+ H3）=25mm-（12mm +11.28mm）=1.72mm為止，保持壓力至少10秒；

9）待工裝模具冷卻後，拆除成型球頭杆、玄高尺寸控制環和定位壓塊，將成型好的球面柵網和無氧銅製成的成型底座放到工作平臺上，用大力鉗將定位銷拔除；

10）將成型好的球面柵網和成型底座一起放入裝有銅刻蝕溶液的酸洗槽中進行刻蝕，刻蝕時間以能順利取下成型好的球面柵網為準；

11）刻蝕結束後從刻蝕溶液中取出成型好的球面柵網和成型底座，在流動的自來水下衝洗2-3分鐘；

12）用無水乙醇將成型好的球面柵網脫水後放入烘箱中乾燥，溫度80℃±10℃，時間2-3分鐘；

13）將乾燥好的球面柵網從烘箱中取出，至此完成球面柵網的成型加工。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。