CN105127684B - 一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺，包括以下步骤：（1）准备、下料；（2）粗加工工艺柄、半球壳；（3）去应力处理（4）精加工工艺柄，半精加工半球壳；（5）稳定处理；（6）精加工半球壳；（7）第一次检验；（8）半球壳表面涂覆；（9）第二次检验；（10）（按设计要求，采用高精度数控车床装夹工艺柄，使径向跳动、端向跳动，）精加工半球壳涂层；（11）第三次检验；（12）切除半球壳工艺柄；（13）第四次检验。本发明解决了球壳涂层二次加工后基体裸露及涂层不均匀等问题，能够使球壳在基体加工与球壳表面涂层二次加工后的性能及机械尺寸满足设计指标。

Description

一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺
技术领域
本发明涉及空间环境探测技术领域，尤其是一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺。
背景技术
空间电场探测是利用传感器表面感应它所在的空间等离子环境的电势来达到电场测量的目的。球形外壳组件是传感器核心部件之一，由于传感器球壳表面直接暴露空间环境，需要在球壳表面设计涂层以适应舱外空间环境要求。
球形传感器球壳的球径、球度、表面粗糙度、表面涂层厚度及均匀性等指标直接影响球形传感器是否能精确测量到低密度等离子体空间环境的电场信号，同时其表面性能、机械尺寸均直接影响电场探测仪器的分辨率与灵敏度等主要指标。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺，解决了球壳涂层二次加工后基体裸露及涂层不均匀等问题，能够使球壳在基体加工与球壳表面涂层二次加工后的性能及机械尺寸满足设计指标。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺，包括以下步骤：
(1)准备、下料；
(2)粗加工工艺柄、半球壳；
(3)去应力处理
(4)精加工工艺柄，半精加工半球壳；
(5)稳定处理；
(6)精加工半球壳；
(7)第一次检验；
(8)半球壳表面涂覆；
(9)第二次检验；
(10)采用高精度数控车床装夹工艺柄，使径向跳动≤5μm、端向跳动≤5μm，精加工半球壳涂层；
(11)第三次检验；
(12)切除半球壳工艺柄；
(13)第四次检验。
进一步地，所述步骤(3)中采用人工时效120℃/8h。
进一步地，所述步骤(5)中工艺柄位于半球壳下方、且竖直设置。
进一步地，所述步骤(5)中进行先低温后高温(-196℃±5℃～180℃±5℃)三个循环，在高低温段各保持4h。
进一步地，所述步骤(6)中先加工半球壳内部再加工半球壳外部。
进一步地，步骤(7)中需满足设计要求的数据包括，半球壳球度、半球壳粗糙度、半球壳涂覆涂层前的半径和半球壳涂覆前球心不确定度。
进一步地，所述步骤(8)中涂层涂覆后需在人工时效125℃/24h下固化。
进一步地，所述步骤(9)中需满足设计要求的数据包括，半球壳表面涂层厚度和半球壳涂覆后球心不确定度。
进一步地，所述步骤(11)中需满足设计要求的数据包括，半球壳球度、半球壳表面粗糙度、半球壳涂层精加工后的半径、半球壳的球心不确定度、半球壳涂覆涂层前的半径与半球壳涂层精加工后的半径之差和精加工后半球壳表面涂层厚度。
本发明一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺，解决了球壳涂层二次加工后基体裸露及涂层不均匀等问题，能够使球壳在基体加工与球壳表面涂层二次加工后的性能及机械尺寸满足设计指标。
附图说明
图1为本发明所述一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺的示意图；
图2为本发明所述一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺的中上半球壳剖视示意图；
图3为本发明所述一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺的中下半球壳剖视示意图；
图4为本发明所述一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺的球壳示意图；
其中，1-半球壳；2-涂层；3-工艺柄。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1所示，一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺，包括以下步骤：
(1)准备、下料，材料为硬铝合金；
(2)按设计要求，采用高精度数控车床粗加工工艺柄、半球壳，留精加工余量约1mm；
(3)去应力处理
(4)按设计要求，采用高精度数控车床精加工工艺柄保证形位公差及尺寸，半精加工半球壳，留精加工余量0.3mm；
(5)为使消除半球壳零件的加工应力，进行稳定处理；
(6)精加工半球壳；
(7)第一次检验；
(8)半球壳表面涂覆；
(9)第二次检验；
(10)采用高精度数控车床装夹工艺柄，使径向跳动≤5μm、端向跳动≤5μm，精加工半球壳涂层；
(11)第三次检验；
(12)切除半球壳的工艺柄；
(13)第四次检验。
所述步骤(3)中采用人工时效120℃/8h。
所述步骤(5)中工艺柄位于半球壳下方、且竖直设置。
所述步骤(5)中进行先低温后高温(-196℃±5℃～180℃±5℃)三个循环，在高低温段各保持4h。即，将零件放在热循环设备中，启动热循环设备，首先在低温-196℃保持4小时，然后热循环设备升温到180℃，并在该高温下保持4小时，此时零件完成第一个温度循环；同样热循环设备继续降温到-196℃保持4小时，然后热循环设备升温到180℃，并在该高温下保持4小时，完成第二个温度循环；依次类推同样热循环设备继续降温到-196℃保持4小时，然后热循环设备升温到180℃，并在该高温下保持4小时，完成第三个温度循环，热循环设备温度降到常温后，取出零件，完成了以上步骤(5)中所述的零件温度循环时效。其中，-196℃±5℃为低温-196℃控制温度范围为-201℃～-191℃，180℃±5℃为高温180℃控制温度范围为175℃～185℃。
所述步骤(6)中按设计要求，使用带宝石刀的高精度数控车床先加工半球壳内部再加工半球壳外部，最终保证各结构形位公差及尺寸到位。
步骤(7)中需满足设计要求的数据包括：
半球壳球度
半球壳粗糙度
半球壳涂覆涂层前的半径R前：满足R前＝R设计±0.005mm，这里的R设计为设计的球壳表面涂层涂覆前的半球壳半径；
半球壳涂覆前球心不确定度以及其余形位公差尺寸。
所述步骤(8)中涂层涂覆后需在人工时效125℃/24h下固化。
所述步骤(9)中需满足设计要求的数据包括：
半球壳表面涂层厚度：0.065±0.01mm；
半球壳涂覆后球心不确定度以及其余形位公差尺寸。
所述步骤(11)中需满足设计要求的数据包括：
半球壳球度
半球壳粗糙度
半球壳涂层精加工后的半径R后：满足R后＝R′设计±0.005mm，R′设计为设计的球壳表面涂层涂覆后的半球壳半径；
半球壳的球心不确定度σ＝σ1+σ2≤10μm；
半球壳涂覆涂层前的半径与半球壳涂层精加工后的半径之差：
ΔR＝R前_R后；
精加工后半球壳表面涂层厚度d＝ΔR±σ，满足d＝0.04±0.01；以及其余形位公差尺寸。
本发明一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺，解决了球壳涂层二次加工后基体裸露及涂层不均匀等问题，能够使球壳在基体加工与球壳表面涂层二次加工后的性能及机械尺寸满足设计指标。

Claims (1)

1.一种用于空间电场探测的球形传感器球壳加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）准备、下料，材料为硬铝合金；
（2）粗加工工艺柄、半球壳；
（3）去应力处理，采用人工时效120℃/8h；
（4）精加工工艺柄，半精加工半球壳；
（5）稳定处理；工艺柄位于半球壳下方、且竖直设置，进行先低温后高温三个循环，温度范围为-196℃±5℃～180℃±5℃，在高低温段各保持4h；
（6）精加工半球壳；
（7）第一次检验；
（8）半球壳表面涂覆；
（9）第二次检验；
（10）采用高精度数控车床装夹工艺柄，使径向跳动≤5μ m 、端向跳动≤ 5 μ m ，精加工半球壳涂层；
（11）第三次检验；
（12）切除半球壳工艺柄；
（13）第四次检验；
所述步骤（6）中使用带宝石刀的高精度数控车床先加工半球壳内部再加工半球壳外部；
步骤（7）中需满足设计要求的数据包括，半球壳球度、半球壳粗糙度、半球壳涂覆涂层前的半径和半球壳涂覆前球心不确定度；
所述步骤（8）中涂层涂覆后需在人工时效125℃/24h下固化；
所述步骤（9）中需满足设计要求的数据包括，半球壳表面涂层厚度和半球壳涂覆后球心不确定度；
所述步骤（11）中需满足设计要求的数据包括，半球壳球度、半球壳表面粗糙度、半球壳涂层精加工后的半径、半球壳的球心不确定度、半球壳涂覆涂层前的半径与半球壳涂层精加工后的半径之差和精加工后半球壳表面涂层厚度。
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