CN104128681A - 一种超细长轴锥形芯杆及其制备方法和超细长锥形螺旋线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超细长轴锥形芯杆及其制备方法和超细长锥形螺旋线的制备方法，芯杆包括两端各30mm的直线段和中间70mm的锥形段，一端直线段的直径为0.55±0.003mm，另一端直线段的直径为0.7±0.003mm，中间锥形段的锥度为7′27″。本发明提供的芯杆精度高，并且本发明提供的超细长轴锥形芯杆的制备方法，可操作性强，可克服现有技术中的许多瓶颈问题，制备得到直径和锥度精度要求高的超细长轴锥形芯杆，误差小于0.002mm，并用该芯杆能制备得到具有不同尺寸、锥度的三段式超细长锥形螺旋线，采用本发明超细长锥形螺旋线可用于宽频率、高输出功率、大工作比行波管的装备，具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种行波管中螺旋线的制备方法，具体涉及一种超细长轴锥形芯杆及其制备方法及超细长锥形螺旋线的制备方法。
背景技术
从近年世界局部战争中可以发现现代战争的特点，电子对抗和空中打击将成为非接触式战争的重要形式，大部分军事电子系统都离不开功率行波管，应用毫米波技术的军事装备也越来越多，其重要性显而易见。毫米波与微波相比，具有信息容量大，抗干扰能力强，方向性好，分辨率高，天线尺寸小，机动性好等优点；与光波和红外波段相比，具有穿透烟雾尘埃能力强，基本上可以全天候工作。目前，应用毫米波技术的电子对抗系统已成为各个国家研制的热点，在未来20～40年内，各国军事系统仍将依赖真空电子技术，因此毫米波行波管仍是各国重点研制的电子器件，而宽带连续波毫米波行波管的研究工作更受到重视。
超细长轴锥形芯杆及超细长锥形螺旋线的制备难度极大，其中超细长锥形螺旋线由三段组成，而且每段螺旋线的锥形尺寸也不一样，同时每一段螺旋线的尺寸精度要求特别高，存在很多瓶颈问题，如：1、螺旋线尺寸小，精度要求高；2、其次螺旋线材料(钨)的机械性能、相对弯曲半径较小及张力等因素导致该锥形螺旋线难以绕制；3、每一个螺距跳变绕制难以控制；4、螺旋线绕制后定型温度和保温时间难以控制；5、螺旋线绕制好后，外径的研磨加工过程中，螺旋线不能很好固定在芯杆表面导致螺距精度的降低，性能降低；6、现有方法制备得到的螺旋线行波管的高频损害较大，行波管的性能较差。并且需要制备出高精度的超细长锥形螺旋线，需要先制备出高精度的超细长轴锥形芯杆，现有技术中还没有报道过。
因此，为了增强我国的国防安全，提升国防势力，很有必要在现有技术的基础上设计研发出精度高，合格率高，稳定性高的高精度的超细长轴锥形芯杆及其超细长锥形螺旋线的制备方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种误差小于0.002mm，精度高，可操作性强、加工效率高的超细长轴锥形芯杆及其超细长锥形螺旋线的制备方法。该方法可制备得到的精度高的超细长锥形螺旋线，采用本发明制备得到的超细长锥形螺旋线，装配得到的行波管性能稳定、高频损害小，散热效果好。
技术方案：为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为:
一种超细长轴锥形芯杆，它包括两端各30mm的直线段和中间70mm的锥形段，所述的一端直线段的直径为0.55±0.003mm，另一端直线段的直径为直径0.7±0.003mm，中间锥形段的锥度为7′27″。
本发明提供的超细长轴锥形芯杆，用于制备超细长锥形螺旋线，该种螺旋线由输入端、中间段、输出段、三段组成，而且每段螺旋线的锥形尺寸也不一样，同时每一段螺旋线的尺寸精度要求特别高。为了制备该类型的锥形螺旋线，本发明通过大量实验筛选，设计制造相应的锥形螺旋线芯杆，可以保证制备得到精度符合要求的锥形螺旋线。
本发明所述的超细长轴锥形芯杆的制备方法，其包括以下步骤：
a、取尺寸直径为1mm×170mm的磨光钼杆，装夹入弹簧夹头，并通过两端的固定杆收紧。
b、电火花磨削芯杆步骤：
通过固定螺钉将电火花夹具座固定在电火花磨削底板，开启直流可调速电机，控制在300～500rpm之间，可调速电机通过同步齿形带与同步齿形轮带动传动轴转动，传动轴通过四只齿轮将直流可调速电机的动力传输到两端的轴，带动两端的弹簧夹头和夹持在弹簧夹头上的钼杆同步旋转；
然后采用130mm宽的无氧铜电极，将芯杆电火花磨削加工至直径0.8～0.85mm左右，再用30mm宽的无氧铜电极将两端分别加工至直径0.6±0.005和0.75±0.005，然后再用70mm无氧铜电极加工成锥度为7′～8′的中间段，保证与两端平滑过度，最后再用130mm成型电极加工整个芯杆；
c、芯杆修磨处理步骤：
用高精度千分尺测量出整根锥形芯杆尺寸，通过与锥形芯杆的标准尺寸作比对，再用400目以上的金相砂纸轻微的修磨，然后再重复测量与标准尺寸作比对，制备得到超细长轴锥形芯杆。
作为优选方案，以上所述的超细长轴锥形芯杆的制备方法，其特征在于，所述的步骤b中加工两端和加工中间段的电火花磨削加工包括粗加工①、半精加工②及精加工③步骤，以FN2P数控电火花成型机床为例，放电参数如下：
总长130mm，两端各30mm的直线段和中间70mm的锥形段，所述的一端直线段的直径为0.55±0.003mm，另一端直线段的直径为直径0.7±0.003mm，中间锥形段的锥度为7′27″，为制备此细长的锥形芯杆，难度非常大，本发明试验了多种不同工艺。其中包括：无心磨、精密车加工、电火花磨削等等。
1、无心磨工艺
本发明筛选的无芯磨加工锥度芯杆的方法，无芯磨加工有两种方式，分别为：1)直通式，2)切入式。
1)直通式：一根芯棒从无芯磨砂轮一边进入，从另一边导出。此时芯杆作圆周运动和直线运动。
2)切入式：芯杆作圆周运动，无芯磨砂轮不断切入加工。此时芯杆只做圆周运动，而无直线运动。通过组合相应的直线段和锥形段的砂轮，来完成锥度螺旋线芯杆加工。
本发明对以上二种无心磨进行筛选，但是未能制备出符合要求的细长锥形螺旋线芯杆。
2、精密车加工
本发明研究精密机床车加工该种芯杆的工艺，但是该锥形螺旋线由于分为3段式，需要由于分段车加工，导致锥形部分同轴度差、存在多个台阶，故放弃该办法。
3、电火花磨削设计专用回转夹具，在电火花机床上通过放电腐蚀，完成锥形芯杆加工。
本发明又通过大量实验筛选电火花磨削，但存在缺陷。
本发明做过极限试验，以研究电火花夹具加工芯杆究的尺寸精度？会不会扭、会不会断？本发明取一根芯杆在此夹具上放电加工，芯杆加工长度150mm，并在每一定情况下测量尺寸。得出以下数据，如表1所示：
表1锥形芯杆加工试验数据
由以上表1的实验结果：在直径1.96～1.98的区间时，已经造成0.02mm的偏差。并且直径在直径1.5以上的时候尺寸误差开始增大。直径在直径1.0～直径1.5区间时误差增大，差值达0.05mm，已不适合高精度螺旋线芯杆的制备。直径在直径1.0以下，已造成非常大的不圆度误差，而本发明需要加工的最小直径的尺寸为0.55±0.003mm，会存在更大的误差，因此需要优化电火花磨削的具体工艺。本发明通过大量实验筛选，设计专用回转夹具，在电火花机床上通过放电腐蚀，完成锥形芯杆加工。本发明筛选的电火花磨削加工方式：发现芯杆旋转时，左端和右端是有速度差异。或者说是由于左端先作圆周运动，右端被迫作相应转动或者是被迫扭动。锥形芯杆两端用弹簧夹头收紧，与滚珠轴承联接后固定在专用夹具上，如果滚珠轴承连接时的阻力较大或者滚珠轴承回转扭力较大，再考虑到芯杆很细的情况下，则会造成芯杆两端转速不一致，锥形芯杆会产生微观扭曲、变形，导致形位误差加大。本发明经过多次试验，改进，最终设计专用的电火花磨削装夹装置，可成功解决锥形芯杆电火花磨削的缺陷和不足，加工出满意的超细长锥形螺旋线芯杆。
并且本发明对加工两端和加工中间段的电火花磨削加工的具体参数，如放电参数、加工方式等进行了大量的实验筛选，优化得到最佳的电火花磨削加工工艺。需注意的如下：
电火花磨削加工分粗加工①、半精加工②及精加工③。以FN2P数控电火花成型机床为例，放电参数如下：
本发明采用以上工艺加工超细长锥形螺旋线芯杆，具体加工后的尺寸如下表2，实际尺寸为加工后的芯杆实际尺寸，标准尺寸为根据锥度7′27″推算出每5mm为一段的理论尺寸。
表2芯杆检验尺寸与标准尺寸对比表
由表2的结果表明，螺旋线芯杆的锥度尺寸的误差较小。且误差最大的产生在中间段芯杆，最大一点误差为0.006mm(标准尺寸与实际尺寸比对的差值)。而分析三根芯杆误差较大的位置基本上是在中间位置，本发明再经过实验筛选，对螺旋线芯杆进行再次修磨，修磨时用高精度千分尺测量出整根锥形芯杆尺寸，通过与锥形芯杆的标准尺寸作比对，再用400目以上的金相砂纸轻微的修磨然后再重复测量与比对工作，最终制备得到的每根螺旋线芯杆尺寸与标准尺寸误差控制在0.002mm以内，最终结果如图1所示作阐述。
本发明所述的超细长锥形螺旋线的制备方法，包括以下步骤：
a、取上述加工的超细长轴锥形芯杆两端固定在伺服电机上，固定锥形扶持嘴装夹于高精度螺旋线绕制机上，将钨带通过放线机构牵出，然后通过张力检测装置检查张力，并通过电加热装置对钨带加热，然后缠绕于超细长轴锥形芯杆上；
b、将步骤a绕制后的螺旋线置于热的碱性溶液中，使用超声波清洗机去除螺旋线表面油腻及异物，超声波超声约10～15分钟后，用清水将螺旋线冲洗干净；然后置入铬酸中浸泡约3～5秒钟，然后快速用清水冲洗，再用酒精脱水后，烘干；
c、将清洗后螺旋线放入钎焊炉进行高温定型，定型温度为1150℃～1200℃，定型时间为15～20分钟；
d、取步骤c定型后螺旋线进行表面镀铜处理，镀铜层厚度为5～15mm；
e、将镀铜的螺旋线置于钎焊炉中熔铜，温度为1150℃～1200℃，时间为1～2分钟；检测螺旋线，若有翘角，用400目以上的金相砂纸抛光；
f、将最终的螺旋线使用腐钼液腐蚀钼芯杆，去芯杆，得到高精度锥形螺旋线。
作为优选方案，以上所述的超细长锥形螺旋线的制备方法，步骤a绕丝的绕制张力为15～30牛，加热功率为25瓦、绕制速度为60转/分钟。
作为优选方案，以上所述的超细长锥形螺旋线的制备方法，步骤f腐钼液为体积比为5：4：3的硝酸、硫酸和水的混合溶液。
以上制备过程中，由于锥形螺旋线绕制是3段式的结构，并且不同段的尺寸不同，并且中间段还是锥形结构，因此，绕制难度大于普通的锥形螺旋线的绕制，其绕制工艺也与现有技术普通的绕制工艺不同。本发明筛选过程中表明，锥形螺旋线的精度与锥形扶持嘴有很大的关系。本发明经过大量研究、多次试验后筛选出最佳的锥形扶持嘴结构(如图2所示)。图2中，锥形扶持嘴总长为56mm，其中尺寸E为13mm、F为6mm、G为1.5mm，直径I<0.15mm，直径H<0.15mm，J为10mm。采用该结构的锥形扶持嘴可以大大提高绕制的精度和锥度要求。
有益效果：本发明提供的超细长轴锥形芯杆及其制备方法与超细长锥形螺旋线的制备方法与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明提供的超细长轴锥形芯杆及其制备方法，通过大量实验筛选不同的加工工艺，优选出可操作性强的电火花磨削，并对装夹装置进行了大量的实验筛选，能保证装夹的稳定，和电火花磨削的精度要求，并通过大量实验筛选出电火花磨削的电极类型，尺寸和放电大小，并且通过大量实验筛选出芯杆修磨处理工艺。整个工艺设计合理，可克服现有技术中的许多瓶颈问题，可以制备出130mm长，两端为30mm直线段和中间段锥度为7′27″的70mm中间锥形段的超细长轴锥形芯杆，误差能控制在0.002mm以内，精度能满足高精度螺旋线的绕制要求，取得了很好的技术效果。
2、本发明采用优选工艺制备得到的超细长轴锥形芯杆，采用优选的绕制工艺进行绕制，绕制过程中采用专门的锥形扶持嘴结构来提高绕制不同尺寸和锥度的螺旋线，可大大提高精度。采用本发明提供的超细长锥形螺旋线的制备方法，可以制备得到螺距精度高，性能稳定，可靠的超细长锥形螺旋线。
3、采用本发明制备得到的超细长锥形螺旋线装配得到行波管，各种性能检测结果表明，行波管工作性能稳定，高频损害小，散热作用好，工作频率宽、平均输出功率高、工作比大，在国防应用中具有重要价值。
附图说明
图1为螺旋线芯杆尺寸与标准尺寸曲线图。
图2为锥形扶持嘴的结构示意图。
图3为电火花磨削芯杆装配结构示意图。
图4为超细长锥形螺旋线加工示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
一种超细长轴锥形芯杆，它包括两端各30mm的直线段和中间70mm的锥形段，所述的一端直线段的直径为0.55±0.003mm，另一端直线段的直径为直径0.7±0.003mm，中间锥形段的锥度为7′27″。
实施例2
一种超细长轴锥形芯杆的制备方法，包括以下步骤：
a、取尺寸直径为1mm，长度为170mm的磨光钼杆(2)，装夹入弹簧夹头(6)，并通过两端的固定杆(15)收紧。
b、电火花磨削芯杆步骤：
如图3所示，通过固定螺钉(1)将电火花夹具座(3)固定在电火花磨削底板(9)，开启直流可调速电机(12)，控制在300～500rpm之间，可调速电机(12)通过同步齿形带(14)与同步齿形轮(13)带动传动轴(10)转动，传动轴(10)通过四只齿轮(4)将直流可调速电机(12)的动力传输到两端的轴(7)，带动两端的弹簧夹头(6)和夹持在弹簧夹头(6)上的钼杆(2)同步旋转；
然后采用130mm宽的无氧铜电极，将芯杆(2)电火花磨削加工至直径0.8～0.85mm左右，再用30mm宽的无氧铜电极将两端分别加工至直径为0.6±0.005和0.75±0.005，然后再用70mm无氧铜电极加工成锥度为7′～8′的中间段，保证与两端平滑过度，最后再用130mm成型电极加工整个芯杆；
c、芯杆修磨处理步骤：
用高精度千分尺测量出整根锥形芯杆尺寸，通过与锥形芯杆的标准尺寸作比对，再用400目以上的金相砂纸轻微的修磨，然后再重复测量与标准尺寸作比对，制备得到超细长轴锥形芯杆。
以上所述的超细长轴锥形芯杆的制备方法，所述的步骤b中加工两端和加工中间段的电火花磨削加工包括粗加工①、半精加工②及精加工③步骤。以FN2P数控电火花成型机床为例，放电参数如下：
实施例3
一种超细长锥形螺旋线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
如图2和图4所示：
a、取以上实施例1所述的超细长轴锥形芯杆(13)两端固定在伺服电机(14)上，安装锥形扶持嘴装夹(15)于高精度螺旋线绕制机上，并保证与超细长锥形螺旋线芯杆紧密贴合，将钨带(16)通过放线机构(17)牵出，然后通过张力检测装置(18)检查张力，并通过电加热装置(19)对钨带(16)加热，然后缠绕于超细长轴锥形芯杆(13)上；
b、将步骤a绕制后的螺旋线置于热的碱性溶液中，使用超声波清洗机去除螺旋线表面油腻及异物，超声波超声约10～15分钟后，用清水将螺旋线冲洗干净；然后置入铬酸中浸泡约3～5秒钟，然后快速用清水冲洗，再用酒精脱水后，烘干；
c、将清洗后螺旋线放入钎焊炉进行高温定型，定型温度为1150℃，定型时间为15～20分钟；
d、取步骤c定型后螺旋线进行表面镀铜处理，镀铜层厚度为5～15mm；
e、将镀铜的螺旋线置于钎焊炉中熔铜，温度为1150℃℃，时间为90秒；检测螺旋线，若有翘角，用400目以上的金相砂纸抛光；
f、将最终的螺旋线使用腐钼液腐蚀钼芯杆，去芯杆，得到高精度锥形螺旋线。
以上所述的超细长锥形螺旋线的制备方法，步骤a绕丝的绕制张力为15～30牛，加热功率为25瓦、绕制速度为60转/分钟。
以上所述的超细长锥形螺旋线的制备方法，步骤f腐钼液为体积比为5：4：3的硝酸、硫酸和水的混合溶液。
实施例4
用实施例3制备得到的超细长锥形螺旋线装配到行波管上，各种性能检测结果表明，行波管工作性能稳定，高频损害小，散热作用好，工作频率宽、平均输出功率高、为连续波，工作比大，在国防应用中具有重要价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种超细长轴锥形芯杆，其特征在于，它包括两端各30mm的直线段和中间70mm的锥形段，一端直线段的直径为0.55±0.003mm，另一端直线段的直径为直径0.7±0.003mm，中间锥形段的锥度为7′27″。
2.权利要求1所述的超细长轴锥形芯杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、取直径为1mm，长度为170mm的钼杆(2)，装夹入弹簧夹头(6)，并通过两端的固定杆(15)收紧；
b、电火花磨削芯杆步骤：
通过固定螺钉(1)将电火花夹具座(3)固定在电火花磨削底板(9)，开启直流可调速电机(12)，控制在300～500rpm之间，可调速电机(12)通过同步齿形带(14)与同步齿形轮(13)带动传动轴(10)转动，传动轴(10)通过四只齿轮(4)将直流可调速电机(12)的动力传输到两端的轴(7)，带动两端的弹簧夹头(6)和夹持在弹簧夹头(6)上的钼杆(2)同步旋转；
然后采用130mm宽的无氧铜电极，将芯杆(2)电火花磨削加工至直径0.8～0.85mm左右，再用30mm宽的无氧铜电极将两端分别加工至直径为0.6±0.005和0.75±0.005，然后再用70mm无氧铜电极加工成锥度为7′～8′的中间段，保证与两端平滑过度，最后再用130mm成型电极加工整个芯杆；
c、芯杆修磨处理步骤：
用高精度千分尺测量出整根锥形芯杆尺寸，通过与锥形芯杆的标准尺寸作比对，再用400目以上的金相砂纸轻微的修磨，然后再重复测量与标准尺寸作比对，制备得到超细长轴锥形芯杆。
3.根据权利要求2所述的超细长轴锥形芯杆的制备方法，其特征在于，所述的步骤b中加工两端和加工中间段的电火花磨削加工包括粗加工①、半精加工②及精加工③步骤，放电参数如下：
4.一种超细长锥形螺旋线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、取权利要求1所述的超细长轴锥形芯杆(13)两端固定在伺服电机(14)上，调整锥形扶持嘴装夹(15)与超细长轴锥形芯杆(13)的位置紧密贴合，将钨带(16)通过放线机构(17)牵出，然后通过张力检测装置(18)检查张力，并通过电加热装置(19)对钨带(16)加热，然后缠绕于超细长轴锥形芯杆(13)上；
b、将步骤a绕制后的螺旋线置于热的碱性溶液中，使用超声波清洗机去除螺旋线表面油腻及异物，超声波超声约10～15分钟后，用清水将螺旋线冲洗干净；然后置入铬酸中浸泡约3～5秒钟，然后快速用清水冲洗，再用酒精脱水后，烘干；
c、将清洗后螺旋线放入钎焊炉进行高温定型，定型温度为1150℃～1200℃，定型时间为15～20分钟；
d、取步骤c定型后螺旋线进行表面镀铜处理，镀铜层厚度为5～15mm；
e、将镀铜的螺旋线置于钎焊炉中熔铜，温度为1150℃～1200℃，时间为1～2分钟；检测螺旋线，若有翘角，用400目以上的金相砂纸抛光；
f、将最终的螺旋线使用腐钼液腐蚀钼芯杆，去芯杆，得到高精度锥形螺旋线。
5.根据权利要求4所述的超细长锥形螺旋线的制备方法，其特征在于，步骤a绕丝的绕制张力为15～30牛，加热功率为25瓦、绕制速度为60转/分钟。
6.根据权利要求4所述的超细长锥形螺旋线的制备方法，其特征在于，步骤f腐钼液为体积比为5：4：3的硝酸、硫酸和水的混合溶液。
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