CN102592915A - 一种用于高节距精度螺旋线的芯杆以及芯杆的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高节距精度螺旋线的芯杆以及芯杆的制作方法，依次包括工艺段(1)、孔状结构(2)、螺旋线绕制段(3)、平面结构(4)和工艺段(1)，螺旋线绕制段(3)位于中间位置，其一端是孔状结构(2)，另一端是平面结构(4)，孔状结构(2)和平面结构(4)的另一端均是工艺段(1)；工艺段(1)和螺旋线绕制段(3)的直径相同，且两者的外圆周表面上均设有镀层(5)。具有上述特殊结构的该种用于高节距精度螺旋线的芯杆在芯杆轴向方面，一端采用孔状结构，在绕制螺旋线时，将螺旋线的带材插入到孔中开始绕制；绕制结束时，螺旋线会经另一端的平面结构的台阶固定住，从而解决了螺旋线绕制时的固定问题。

Description

一种用于高节距精度螺旋线的芯杆以及芯杆的制作方法
技术领域
本发明涉及微波电真空中行波管的慢波组件的制造领域，尤其是涉及一种用于高节距精度螺旋线的芯杆以及芯杆的制作方法。
背景技术
在微波电真空领域中，行波管是将带宽和增益结合的最好的器件，其中螺旋线行波管应用最为广泛，其高频电路一般是一根螺旋线型金属丝或者金属带，由三根或更多介质杆夹持并固定在金属管壳内。螺旋线型金属丝的基本作用是提供一个轴向传播速度接近电子运动速度并具有足够强的轴向电场的高频电磁波，使电磁波与电子注相互作用使信号得到放大。金属丝被称做为螺旋线，为高频能量与和电子束能量交换和高频能量传输的载体，金属丝材料一般为带状结构，在行波管内部使用时为弹簧状，具有一定的内外径和一定的节距。螺旋线内外径尺寸比较小，外径由带材的厚度决定，一般随工作频率的增大呈递减趋势，且精度要求高，是影响行波管主要参数的关键部件。
螺旋线材料一般为难熔金属钼，钼材通过特制的车床绕制在芯杆上，绕制结束后取下芯杆和螺旋线，然后进行后续的热处理、机械处理和化学处理，在这些后续的处理中钼材一直固定在芯杆上，保持绕制时的节距，在处理结束后取下芯杆，螺旋线就制作结束。
由于工作频率高，螺旋线的尺寸比较小，从而要求芯杆直径小，一般在1-2mm之间；长度长，在150-300mm之间；直径方向精度高，一般精度在0.003到0.005mm。在这个细长杆上进行螺旋线的绕制，并且形成一定节距精度的要求，而且还要在螺旋线制作后无损伤情况下取出，这样对芯杆的结构设计提出了一个很大的难题，同时，在芯杆结构设计中需要在那么细的芯杆上进行磨、车、铣、钻等机械加工，也给芯杆的制造工艺提出了一个难题。现有的芯杆及其制作尚无法满足上述工艺要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题提供一种用于高节距精度螺旋线的芯杆以及芯杆的制作方法，其目的是在保证绕制出的螺旋线具备高精度的前提下保证高精度螺旋线节距以及直径无损伤的取出，同时对已设计好结构的芯杆进行磨、车、铣钻等机械加工，保证镀膜处理的外径尺寸精度要求，保证处理过程的芯杆直线度和外径精度要求。
本发明的技术方案是该种用于高节距精度螺旋线的芯杆为细长的直线结构，依次包括工艺段、孔状结构、螺旋线绕制段、平面结构和工艺段，所述的螺旋线绕制段位于中间位置，其一端是孔状结构，另一端是平面结构，孔状结构和平面结构的另一端均是工艺段；所述的孔状结构的外径略小于螺旋线绕制段的外径，孔状结构上设有通孔，且通孔的轴线与孔状结构的轴线垂直相交；所述的平面结构的外径略小于螺旋线绕制段的外径，平面结构上平面距离其外圆的距离大于平面结构的半径；所述的工艺段和螺旋线绕制段的直径相同，且两者的外圆周表面上均设有镀层。
所述的镀层的材料为金属铬，镀层的厚度为螺旋线绕制段直径的5％-8％，且镀层的厚度与螺旋线绕制段直径的和等于螺旋线的内径。
所述的芯杆在每100mm的长度方向上的直线度在0.05mm以内，外径方向的精度在0.005mm以内，且大于螺旋线内径的精度，镀层的外表面的光洁度为
Figure BDA0000139381460000021
一种用于制作上述芯杆的方法包括：
1)下料，毛坯为直径1.5mm的钼杆，长度250mm；
2)对芯杆毛坯进行退火处理；
3)对退火后的钼杆用钳工进行校直处理，保证直线度为0.05mm；
4)在无心磨床上对钼杆进行磨外圆，直径尺寸为1.25mm，每次切削量不超过0.05mm，磨加工后外径表面光洁度为
Figure BDA0000139381460000031
5)车加工端面，芯杆的总长度为245mm，加工孔状结构和平面结构的外径，外径尺寸为1.15mm，这两段的长度分别为20mm，车外径时前段采用弹簧夹头夹紧芯杆，尾端用顶针固定，车削时撤到头离夹紧位置不超过25mm；
6)用钻床对孔状结构进行钻孔，采用合金钻头，先采用直径0.8mm的定中心孔，再采用0.4mm的打通孔，钻孔时钻床的速度为1000转/分以上，钻头刃口的跳动不超过0.02mm；
7)用铣床对钼杆的平面结构加工平面，采用合金铣刀，加工深度为0.25mm，铣加工时为了不伤害芯杆的外径，采用柔性夹具固定芯杆；
8)对机械加工好的芯杆采用钳工进行校直处理，直线度为0.05mm；
9)对校直后的芯杆进行去油、酸洗，然后采用化学镀铬的镀膜方式，铬层的厚度为0.1mm-0.12mm，镀铬时整体镀，镀层均匀；
10)对镀铬后的芯杆在无心磨床上进行磨外圆加工，外径为1.35mm，精度在0.005mm以内，即可完成芯杆的制作。
对芯杆毛坯采用氢气炉进行退火处理，在850±10℃时保温30-40min，升降温速度不大于30℃/min，退火时保证芯杆横排布置，不能交叉排列。
具有上述结构的该种用于高节距精度螺旋线的芯杆及其制作方法具有以下优点：
1.该种用于高节距精度螺旋线的芯杆在芯杆轴向方面，一端采用孔状结构，在绕制螺旋线时，将螺旋线的带材插入到孔中开始绕制；绕制结束时，螺旋线会经另一端的平面结构的台阶固定住，从而解决了螺旋线绕制时的固定问题。
2.该种用于高节距精度螺旋线的芯杆其芯杆外径和直线度的精度保证了螺旋线绕制时的内径精度和直线度问题；芯杆在制作时外表面采用镀膜处理技术，当螺旋线制作结束后，去除掉镀膜层，螺旋线和芯杆间会存在一定的间隙，从而保证螺旋线能够无损伤的取出。
3.该种用于高节距精度螺旋线的芯杆的制作方法能够满足细小芯杆多种机械加工方式的要求，可以避免镀膜后难以控制径向尺寸的问题，同时能够保证芯杆的直线度和外径精度，制作的芯杆外径最小为1.2mm，直线度可控制在0.05mm以内，外径精度为0.005mm以内。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1所示结构的俯视结构示意图。
在图1-2中，1：工艺段；2：孔状结构；3：螺旋线绕制段；4：平面结构；5：镀层。
具体实施方式
由图1-2所示结构结合可知，该种用于高节距精度螺旋线的芯杆为细长的直线结构，依次包括工艺段1、孔状结构2、螺旋线绕制段3、平面结构4和工艺段1，螺旋线绕制段3位于中间位置，其一端是孔状结构2，另一端是平面结构4，孔状结构2和平面结构4的另一端均是工艺段1；孔状结构2的外径略小于螺旋线绕制段3的外径，孔状结构2的长度取决于绕制螺旋线夹具尺寸，一般为15mm-20mm，孔状结构2上设有通孔，且通孔的轴线与孔状结构2的轴线垂直相交；平面结构4的外径略小于螺旋线绕制段4的外径，平面结构4上平面距离其外圆的距离大于平面结构4的半径；工艺段1和螺旋线绕制段3的直径相同，且两者的外圆周表面上均设有镀层5。工艺段1用于芯杆绕制时芯杆的夹紧，其长度取决于夹紧夹具。镀层5的材料为金属铬，采用化学镀铬方式，镀层5的厚度为螺旋线绕制段3直径的5％-8％，经过对镀层5进行机械加工后，镀层5的厚度与螺旋线绕制段3直径的和等于螺旋线的内径，X波段行波管芯杆的直径一般在1.2mm-2.0mm范围内。
芯杆在每100mm的长度方向上的直线度在0.05mm以内，外径方向的精度在0.005mm以内，且大于螺旋线内径的精度，镀层5的外表面的光洁度为
Figure BDA0000139381460000051
。
用于制作上述芯杆的方法包括：
1)下料，毛坯为直径1.5mm的钼杆，长度250mm；
2)对芯杆毛坯采用氢气炉进行退火处理，在850±10℃时保温30-40min，升降温速度不大于30℃/min，退火时保证芯杆横排布置，不能交叉排列；
3)对退火后的钼杆用钳工进行校直处理，保证直线度为0.05mm；
4)在无心磨床上对钼杆进行磨外圆，直径尺寸为1.25mm，每次切削量不超过0.05mm，磨加工后外径表面光洁度为
Figure BDA0000139381460000052
5)车加工端面，芯杆的总长度为245mm，加工孔状结构2和平面结构4的外径，外径尺寸为1.15mm，这两段的长度分别为20mm，车外径时前段采用弹簧夹头夹紧芯杆，尾端用顶针固定，车削时撤到头离夹紧位置不超过25mm；
6)用钻床对孔状结构2进行钻孔，采用合金钻头，先采用直径0.8mm的定中心孔，再采用0.4mm的打通孔，钻孔时钻床的速度为1000转/分以上，钻头刃口的跳动不超过0.02mm；
7)用铣床对钼杆的平面结构4加工平面，采用合金铣刀，加工深度为0.25mm，铣加工时为了不伤害芯杆的外径，采用柔性夹具固定芯杆；
8)对机械加工好的芯杆采用钳工进行校直处理，直线度为0.05mm；
9)对校直后的芯杆进行去油、酸洗，然后采用化学镀铬的镀膜方式，铬层的厚度为0.1mm-0.12mm，镀铬时整体镀，镀层均匀；
10)对镀铬后的芯杆在无心磨床上进行磨外圆加工，外径为1.35mm，精度在0.005mm以内，即可完成芯杆的制作。
该种用于高节距精度螺旋线的芯杆在外径精度和直线度上均为高精度。在芯杆轴向方面，一端采用孔状结构2，一端为平面结构4，在绕制螺旋线时，将螺旋线的带材插入到孔中开始绕制；绕制结束时，螺旋线会经平面结构4的台阶固定住。芯杆外径和直线度的精度保证绕制时螺旋线的绕制时内径精度和直线度问题。芯杆在制作时外表面采用镀膜处理技术，这样螺旋线制作结束后，采用化学方法去除掉镀膜层，螺旋线和芯杆间会存在一定的间隙，螺旋线就可以无损伤的取出。
采用上述方法制作出的芯杆外径最小为1.2mm，直线度可控制在0.05mm以内，外径精度为0.005mm以内，这种芯杆可以用于X波段行波管的螺旋线绕制，可以应用于螺旋线行波管的慢波系统。在X波段某行波管中，采取这种芯杆的绕制的螺旋线，输出功率在200W以上，增益在40dB以上。

Claims (5)

1.一种用于高节距精度螺旋线的芯杆，其特征在于：所述的芯杆为细长的直线结构，依次包括工艺段(1)、孔状结构(2)、螺旋线绕制段(3)、平面结构(4)和工艺段(1)，所述的螺旋线绕制段(3)位于中间位置，其一端是孔状结构(2)，另一端是平面结构(4)，孔状结构(2)和平面结构(4)的另一端均是工艺段(1)；所述的孔状结构(2)的外径略小于螺旋线绕制段(3)的外径，孔状结构(2)上设有通孔，且通孔的轴线与孔状结构(2)的轴线垂直相交；所述的平面结构(4)的外径略小于螺旋线绕制段(3)的外径，平面结构(4)上平面距离其外圆的距离大于平面结构(4)的半径；所述的工艺段(1)和螺旋线绕制段(3)的直径相同，且两者的外圆周表面上均设有镀层(5)。
2.根据权利要求1所述的一种用于高节距精度螺旋线的芯杆，其特征在于：所述的镀层(5)的材料为金属铬，镀层(5)的厚度为螺旋线绕制段(3)直径的5％-8％，且镀层(5)的厚度与螺旋线绕制段(3)直径的和等于螺旋线的内径。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于高节距精度螺旋线的芯杆，其特征在于：所述的芯杆在每100mm的长度方向上的直线度在0.05mm以内，外径方向的精度在0.005mm以内，且大于螺旋线内径的精度，镀层(5)的外表面的光洁度为
4.一种用于制作权利要求1-3任一项权利要求所述的芯杆的方法，其特征在于：所述的制作方法包括，
1)下料，毛坯为直径1.5mm的钼杆，长度250mm；
2)对芯杆毛坯进行退火处理；
3)对退火后的钼杆用钳工进行校直处理，保证直线度为0.05mm；
4)在无心磨床上对钼杆进行磨外圆，直径尺寸为1.25mm，每次切削量不超过0.05mm，磨加工后外径表面光洁度为
Figure FDA0000139381450000021
5)车加工端面，芯杆的总长度为245mm，加工孔状结构(2)和平面结构(4)的外径，外径尺寸为1.15mm，这两段的长度分别为20mm，车外径时前段采用弹簧夹头夹紧芯杆，尾端用顶针固定，车削时撤到头离夹紧位置不超过25mm；
6)用钻床对孔状结构(2)进行钻孔，采用合金钻头，先采用直径0.8mm的定中心孔，再采用0.4mm的打通孔，钻孔时钻床的速度为1000转/分以上，钻头刃口的跳动不超过0.02mm；
7)用铣床对钼杆的平面结构(4)加工平面，采用合金铣刀，加工深度为0.25mm，铣加工时为了不伤害芯杆的外径，采用柔性夹具固定芯杆；
8)对机械加工好的芯杆采用钳工进行校直处理，直线度为0.05mm；
9)对校直后的芯杆进行去油、酸洗，然后采用化学镀铬的镀膜方式，铬层的厚度为0.1mm-0.12mm，镀铬时整体镀，镀层均匀；
10)对镀铬后的芯杆在无心磨床上进行磨外圆加工，外径为1.35mm，精度在0.005mm以内，即可完成芯杆的制作。
5.根据权利要求4所述的一种用于制作芯杆的方法，其特征在于：对芯杆毛坯采用氢气炉进行退火处理，在850±10℃时保温30-40min，升降温速度不大于30℃/min，退火时保证芯杆横排布置，不能交叉排列。
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