CN108296355B - 一种用于束流准直器中弹性元件的压制工装及其压制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于束流准直器中弹性元件的压制工装，压制工装包括相适配的下模及上模，下模及上模相对扣合后，下模定位面与上模定位面实现模具组合后的定位，下模基材薄板成型面与上模基材薄板成型面之间，以及下模弹簧指成型面与上模弹簧指成型面之间构成弹性元件的成型空间，弹性元件的基材薄板、圆弧型开口、弹簧指均在该成型空间中受压成型，弹簧指的指尖在下模弹簧指指尖成型凹座与上模弹簧指指尖成型凸座处折弯成型；压制工艺包括将下模及上模扣合后进行施压等步骤。本发明结构简单，使用方便，能有效满足束流准直器中弹性元件的制造要求，使弹性元件在使用于超高真空条件下时能够保证高精度、微指距、均匀弹力、高弹性的优异性能。

Description

一种用于束流准直器中弹性元件的压制工装及其压制工艺

技术领域

本发明涉及束流准直器制造技术领域，具体涉及一种用于束流准直器中弹性元件的压制工装及其压制工艺。

背景技术

束流准直器，是一种为了消除不在预定轨道或动量有偏差的质子，同时希望质子捕获激发的二次粒子和放射性同位素在装置内吸收的装置。由于该装置要吸收、捕获粒子，这决定了装置的工作区域为高辐射区域。为了减少运行过程中该装置对周围元件的活化，所以束流准直器需要有高的冷却传热性能及抗辐射能力。该装置工作区域为超高真空度环境，无氧铜刮束装置定位精度要求高。为了降低刮束器与真空盒连接处的间隙产生的阻抗，减少发热功率的产生，所以在真空盒上与刮束器的连接口四周需要设计一种如图1所示的弹性元件1，弹性元件1包括具有一定厚度t的基材薄板11，基材薄板11沿长度方向的一侧开设有圆弧型开口12，圆弧型开口12处设有多个并排排列的弹簧指13，弹簧指13指根连接在圆弧型开口12处，指尖倾斜向下，各弹簧指13的指根圆弧半径r以及指尖圆弧半径R均相同，相邻的弹簧指13之间具有一定的间距b，基材薄板11上开设有若干个连接孔14。

对于该弹性元件，使用环境在真空室极限真空度：≤1×10^－6Pa，设备总装后静态极限真空度：≤5×10^－7Pa条件下，因此材料需进行高温处理，同时不能影响真空室整体罩检漏率<1×10^－10Pa·m³/s要求。

该弹性元件使用要求严格，弹簧指13指间接触力要能直接测量，每个指受力为120g，不能使用反复修正过预折角的弹簧指，弯折处不能有折痕。所有指沿平面均匀分布，平整无扭曲，折弯角度一致，无上下凹凸不齐情况。以保证工作状态下所有指接触受力一致。材料厚度薄，指数多，指与指之间间隔小，所有指折弯成统一角度，指根处折弯成圆弧状结构，指尖外形圆弧半径尺寸小，无法采用常规机加方式加工，需研究出专用的加工方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种在超高真空度环境下，能够制造出高精度、微指距、弹力均匀且降阻抗接触弹性元件的压制工装及其压制工艺。

一种用于束流准直器中弹性元件的压制工装，包括相适配的下模及上模，

所述下模包括下模基座，下模基座上依次设有下模定位面、下模基材薄板成型面及下模弹簧指成型面，下模定位面凸出于下模基材薄板成型面呈台阶状设置，下模基材薄板成型面凸出于下模弹簧指成型面呈台阶状设置，下模弹簧指成型面靠近下模基材薄板成型面的区域呈凹弧面过渡，背离下模基材薄板成型面的区域沿下模基座的长度方向延伸，构成下模弹簧指指尖成型凹座，下模定位面上设有定位销，下模基材薄板成型面上开设有弹性元件螺纹连接孔；

所述上模包括上模基座，上模基座上依次设有上模定位面、上模基材薄板成型面及上模弹簧指成型面，上模基材薄板成型面凸出于上模定位面呈台阶状设置，上模弹簧指成型面凸出于上模基材薄板成型面呈台阶状设置，上模弹簧指成型面靠近上模基材薄板成型面的区域呈凸弧面过渡，背离上模基材薄板成型面的区域沿上模基座的长度方向延伸，构成上模弹簧指指尖成型凸座，上模定位面上开设有定位销孔，上模基材薄板成型面上开设有弹性元件螺栓头盲孔。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述下模弹簧指成型面与上模弹簧指成型面之间构成的折弯圆弧处，采用内外圆角的配合设置。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述下模弹簧指成型面的下模凹陷圆弧折弯角度等于上模弹簧指成型面的上模凸出圆弧折弯角度，并等于弹性元件折弯角度与弹性元件回弹角度之和。

一种用于束流准直器中弹性元件的压制工艺，使用上述用于束流准直器中弹性元件的压制工装进行弹性元件的压制成型，包括以下步骤：

(1)、平放下模，将弹性元件的连接孔对准下模基材薄板成型面上的弹性元件螺纹连接孔，并用紧固件固定；

(2)、将上模扣合到下模上，弹性元件的基材薄板压在下模基材薄板成型面与上模基材薄板成型面之间，弹性元件的弹簧指压在下模弹簧指成型面与上模弹簧指成型面之间，其中弹簧指的指尖压在下模弹簧指指尖成型凹座与上模弹簧指指尖成型凸座之间；

(3)、对上下模进行施力，施力方向垂直于上、下模定位面；

(4)、压制成型后，拆开上下模，松开紧固件，取出成型的弹性元件即可。

本发明结构简单，使用方便，精度高，强度好，工艺优良，成本低廉，能有效满足束流准直器中弹性元件(尤其是弹簧指部分)的制造要求，使弹性元件在使用于超高真空条件下时能够保证高精度、微指距、均匀弹力、高弹性的优异性能，由于弹性元件能够始终保持良好的接触力，所以可有效降低刮束器与真空盒连接处的间隙产生的阻抗，减少发热功率的产生。

采用本发明所述的压制方法，制作的弹性元件可以严格控制并直接测量弹簧指指尖接触力，弹性元件的弯折处无折痕，弹簧指沿平面均匀无扭曲，折弯角度一致，满足了真空条件下高标准严要求的使用条件。模具可多次重复使用，具有效率高的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为背景技术中弹性元件的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明中下模的结构示意图；

图4为本发明中上模的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见图2，本发明提供的一种用于束流准直器中弹性元件的压制工装，包括下模2及上模3。

结合图3，下模2包括下模基座21，下模基座21上依次设有下模定位面22、下模基材薄板成型面23及下模弹簧指成型面24，下模定位面22凸出于下模基材薄板成型面23呈台阶状设置，下模基材薄板成型面23凸出于下模弹簧指成型面24呈台阶状设置，下模弹簧指成型面24靠近下模基材薄板成型面23的区域呈凹弧面过渡，背离下模基材薄板成型面23的区域沿下模基座21的长度方向延伸，构成下模弹簧指指尖成型凹座25，下模定位面22上设有定位销26(图2所示)，下模基材薄板成型面23上开设有弹性元件螺纹连接孔27；

结合图4，上模3包括上模基座31，上模基座31上依次设有上模定位面32、上模基材薄板成型面33及上模弹簧指成型面34，上模基材薄板成型面33凸出于上模定位面32呈台阶状设置，上模弹簧指成型面34凸出于上模基材薄板成型面33呈台阶状设置，上模弹簧指成型面34靠近上模基材薄板成型面33的区域呈凸弧面过渡，背离上模基材薄板成型面33的区域沿上模基座31的长度方向延伸，构成上模弹簧指指尖成型凸座35，上模定位面32上开设有定位销孔36，上模基材薄板成型面33上开设有弹性元件螺栓头盲孔37；

参见图2，将下模2及上模3相对扣合后，下模定位面22与上模定位面32通过定位销26与定位销孔36的配合，实现模具组合后的定位；下模基材薄板成型面23与上模基材薄板成型面33之间，以及下模弹簧指成型面24与上模弹簧指成型面34之间构成如图1所示的弹性元件1的成型空间，弹性元件1的基材薄板11、圆弧型开口12、弹簧指13均在该成型空间中受压成型，弹簧指13的指尖在下模弹簧指指尖成型凹座25与上模弹簧指指尖成型凸座35处折弯成圆弧型；弹性元件螺纹连接孔27、弹性元件螺栓头盲孔37与弹性元件1的连接孔14一一对应设置，上述两个孔的一致性保证了连接孔14与工装位置的一致性，即保证了元件成型时受力状态的一致性。

一种用于束流准直器中弹性元件的压制工艺，使用上述用于束流准直器中弹性元件的压制工装进行弹性元件的压制成型，包括以下步骤：

(1)、平放下模2，将弹性元件的连接孔14对准下模基材薄板成型面23上的弹性元件螺纹连接孔27，并用紧固件4固定；

(2)、将上模3扣合到下模2上，弹性元件的基材薄板11压在下模基材薄板成型面23与上模基材薄板成型面33之间，弹性元件的弹簧指13压在下模弹簧指成型面24与上模弹簧指成型面34之间，其中弹簧指13的指尖压在下模弹簧指指尖成型凹座25与上模弹簧指指尖成型凸座35之间；

(3)、对上下模进行施力，施力方向垂直于上、下模定位面；

(4)、压制成型后，拆开上下模，松开紧固件4，取出成型的弹性元件即可。

实施例1

作为对上述实施方式的进一步优化说明：

下模弹簧指成型面24与上模弹簧指成型面34之间构成的折弯圆弧处，采用内外圆角的配合设置。目的在于，防止弹性元件产生折弯折痕，又能满足折弯角度。

折弯圆弧处的圆角大小直接影响着所述的弹性元件工装的折弯角度的大小，对于所述的弹性元件折弯角度要求确定，所述的弹性元件工装折弯圆弧处圆角越大，工装的折弯角度与所述的弹性元件折弯角度差值也越大。

实施例2

作为对上述实施方式的进一步优化说明：

下模弹簧指成型面24的下模凹陷圆弧折弯角度α1等于上模弹簧指成型面34的上模凸出圆弧折弯角度α2，并等于弹性元件折弯角度α与弹性元件回弹角度之和。目的在于，通过弹性元件折弯角度α与弹性元件回弹角度之和来推断出下模凹陷圆弧折弯角度α1与上模凸出圆弧折弯角度α2的度数，能够进一步确保弹性元件的圆弧折弯不会出现折痕、扭曲等现象。

实施例3

压制弹性元件1的尺寸举例：基材薄板11的厚度t为0.1～0.5mm，弹簧指13数量为1～50个，相邻的弹簧指13之间的间距b为0.1mm，指根圆弧半径r以及指尖圆弧半径R为110～120mm。

压制弹性元件1的材质举例：高弹性的铜基材质，磷青铜或铍青铜。

制造实施例3所述的弹性元件1的步骤包括：

(1)、根据弹性元件1的尺寸计算展开在同一平面内尺寸值；

(2)、确定线切割装夹需要尺寸；

(3)、根据展开尺寸和线切割打压板尺寸之和，确定原材料基材剪裁尺寸；

(4)、裁剪材料基材原材料薄板，外形一致，每件尺寸相同；

(5)、加工一上一下两压板，外形尺寸根据裁剪的材料基材确定；

(6)、将多片材料基材板叠加对齐，上下打各用一块压板压住，四周用专用C型卡夹紧，将多片材料基材板与上下压板固定成一体；

(7)、将固定成一体的材料基材板装夹到线切割机床上进行切割指缝及圆弧外形，线切割过程中通过移动C型卡固定位置来保证上下所有元件的相对位置没有改变；

(8)、指缝及圆弧外形完成后，勿松压板及C型卡状态下数控点所有连接孔位，钻连接孔14；

(9)、松开C型卡，去掉上下压板；

(10)、分别检查各弹性元件的孔，外形及指缝；

(11)、设计模具；

(12)、加工下模2，加工一凸出台阶作为下模定位面22，台阶高度T11，下模定位面22上打定位销孔，数控加工成型下模基材薄板成型面23及下模弹簧指成型面24，圆弧面折弯角度α1，在成型模面上打弹性元件螺纹连接孔27，螺纹连接大小及位置尺寸对应弹性元件1上的尺寸；

(13)、加工上模3，加工一凹陷台阶作为上模定位面32，台阶深度T22，值等于T11与弹性元件厚度t之和，定位面上打定位销孔36为通孔，对应下模螺纹孔位置打弹性元件螺栓头盲孔37，大小及深度满足挤压时与固定弹簧指螺栓头没有干涉即可；

(14)、加工定位销26，并安装在下模的定位销孔中；

(15)、将割指后的弹性元件用小螺钉固定在下模上，注意位置对齐；

(16)、对上下模进行施力，施力方向垂直于模具定位面，将弹簧指压成型；

(17)、拆开上模3，松开小螺钉，取出弹性元件，因基材材料特性，压力撤销后，角度回弹，回弹角度为模具增加角度(实施例2所述)；

(18)、检查成型后的弹簧指的每个指形，并查看折弯角度；

(19)、利用固定重量120g砝码测量弹性元件的每个弹簧指的受力情况，每个弹簧指能够承受120g的力，去除砝码力后，弹簧指恢复到原折弯角度。满足束流准直器中弹性元件的使用要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于束流准直器中弹性元件的压制工装，其特征在于：

包括相适配的下模及上模，

所述下模包括下模基座，下模基座上依次设有下模定位面、下模基材薄板成型面及下模弹簧指成型面，下模定位面凸出于下模基材薄板成型面呈台阶状设置，下模基材薄板成型面凸出于下模弹簧指成型面呈台阶状设置，下模弹簧指成型面靠近下模基材薄板成型面的区域呈凹弧面过渡，背离下模基材薄板成型面的区域沿下模基座的长度方向延伸，构成下模弹簧指指尖成型凹座，下模定位面上设有定位销，下模基材薄板成型面上开设有弹性元件螺纹连接孔；

所述上模包括上模基座，上模基座上依次设有上模定位面、上模基材薄板成型面及上模弹簧指成型面，上模基材薄板成型面凸出于上模定位面呈台阶状设置，上模弹簧指成型面凸出于上模基材薄板成型面呈台阶状设置，上模弹簧指成型面靠近上模基材薄板成型面的区域呈凸弧面过渡，背离上模基材薄板成型面的区域沿上模基座的长度方向延伸，构成上模弹簧指指尖成型凸座，上模定位面上开设有定位销孔，上模基材薄板成型面上开设有弹性元件螺栓头盲孔。

2.根据权利要求1所述的用于束流准直器中弹性元件的压制工装，其特征在于：所述下模弹簧指成型面与上模弹簧指成型面之间构成的折弯圆弧处，采用内外圆角的配合设置。

3.根据权利要求1所述的用于束流准直器中弹性元件的压制工装，其特征在于：所述下模弹簧指成型面的下模凹陷圆弧折弯角度等于上模弹簧指成型面的上模凸出圆弧折弯角度，并等于弹性元件折弯角度与弹性元件回弹角度之和。

4.一种用于束流准直器中弹性元件的压制工艺，使用如权利要求1-3任一项所述用于束流准直器中弹性元件的压制工装进行弹性元件的压制成型，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、平放下模，将弹性元件的连接孔对准下模基材薄板成型面上的弹性元件螺纹连接孔，并用紧固件固定；

(2)、将上模扣合到下模上，弹性元件的基材薄板压在下模基材薄板成型面与上模基材薄板成型面之间，弹性元件的弹簧指压在下模弹簧指成型面与上模弹簧指成型面之间，其中弹簧指的指尖压在下模弹簧指指尖成型凹座与上模弹簧指指尖成型凸座之间；

(3)、对上下模进行施力，施力方向垂直于上、下模定位面；

(4)、压制成型后，拆开上下模，松开紧固件，取出成型的弹性元件即可。