CN108544739A - 半球谐振器的热成型装置及半模压热成型加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半球谐振器的热成型装置及半模压热成型加工方法，其中的热成型装置，包括：用于承载成型材料片的承载台，与所述承载台密封连接的凹模，以及与所述承载台密封连接且支撑在所述凹模下方的密封头；其中，在所述凹模的型腔的底部中心设置有用于固定成型材料柱的插槽，在所述凹模的型腔的底部还设置多个抽气孔；在所述密封头的下端密封连接抽气管，在所述抽气管中布置可升降的顶杆，所述顶杆的上端与顶针固定连接，所述顶针的上端布置于开设在所述凹模底部的顶针孔中，所述顶针孔与插槽相通。

Description

半球谐振器的热成型装置及半模压热成型加工方法

技术领域

本发明涉及一种半球谐振器的热成型装置及半模压热成型加工方法。

背景技术

半球谐振陀螺是一种振动结构陀螺仪，通过感测注入谐振腔的振动结构的振动变化来检测旋转。通常，通过一些电气机构引起半球谐振器的振动，使其工作在特定谐振频率，此时外界输入的旋转可以引起半球谐振器振动的改变(例如谐振轴角度、谐振轴运动速度)。这些改变可以被检测并用于确定半球谐振器的旋转。由于结构的全对称性、结构对外界(加速度、振动、温度)不敏感，半球谐振陀螺具备测量范围宽、抗过载、抗辐射、抗干扰等特点，具有极高的性能潜力。通常在一些例子中，半球谐振器的均匀性可以影响利用半球谐振器的振动来进行旋转检测的准确性。此外，支撑结构在半球谐振器上的位置(例如，如果杆部是偏心的)也可以影响陀螺仪的准确性。因此，半球谐振器的制作精度是重要的而又难以实现的因素。

半球谐振器是半球谐振陀螺的核心部件。通常使用热膨胀系数较低的熔融石英材质以保证半球谐振器较高的品质因数。但石英材质的全对称半球谐振器加工较为困难，一种典型的半球谐振器使用传统的高精度机加工技术来制作，加工出具有固连到杆部的半球谐振器，并且该谐振器的杆部装配到带有电容基板的基座上。然而高精度机加工的半球谐振器加工难度大，成本高，价格高昂，无法得到广泛应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种半球谐振器的热成型装置及半模压热成型加工方法，利用该加工方法可以加工出满足使用要求的半球谐振器，并且该方法较之高精度机加工方法具有难度低，成本低的优势。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种半球谐振器的热成型装置，其特征在于，包括：用于承载成型材料片的承载台，与所述承载台密封连接的凹模，以及与所述承载台密封连接且支撑在所述凹模下方的密封头；其中，在所述凹模的型腔的底部中心设置有用于固定成型材料柱的插槽，在所述凹模的型腔的底部还设置多个抽气孔；在所述密封头的下端密封连接抽气管，在所述抽气管中布置可升降的顶杆，所述顶杆的上端与顶针固定连接，所述顶针的上端布置于开设在所述凹模底部的顶针孔中，所述顶针孔与插槽相通。

进一步地，所述凹模的型腔为筒形型腔。

进一步地，在所述凹模的型腔内设置半球状的成型支撑体。

进一步地，所述凹模的上端面与所述承载台的顶面平齐；所述抽气孔均匀分布在所述插槽的周边。

进一步地，所述承载台与所述凹模、所述承载台与所述密封头之间采用接触密封，所述密封头与所述抽气管之间采用螺纹密封。

进一步地，还包括可拆装地设置在所述承载台顶部的保护盖；所述保护盖采用碳化硅材质。

进一步地，所述承载台、凹模采用碳化硅材质，所述顶杆、顶针和抽气管采用钨或钼材质，所述密封头采用石墨材质。

一种基于前述的半球谐振器的热成型装置而实施的半球谐振器的半模压热成型加工方法，包括以下步骤：1)将预制的成型材料片和双端抛光的成型材料柱安装在凹模上，具体地，成型材料柱的下端固定在凹模型腔底部的插槽中，成型材料片铺设在承载台上且覆盖住凹模的型腔，成型材料柱的上端与成型材料片相接触；2)将安装好成型材料柱和成型材料片的凹模放置于热成形加热炉中，进行梯度升温并保温，在成型材料的热成型温度下保温一段时间；3)在成型材料的热成型温度下，利用抽气管抽气，成型材料柱与成型材料片在该温度下实现牢固粘接，并且成型材料片在该温度下依照凹模型腔的形状进行压热成型；4)成型过程完成后，停止加热，关闭抽气管，待成型材料固化后，控制顶杆上升，通过顶针进行热态脱模；5)降下顶针，待成型材料降至室温后取出成型样品。

进一步地，所述成型材料柱和成型材料片为石英玻璃材质。

进一步地，在步骤5)得到成型样品后，进一步实施以下工序：6)在成型样品的内外表面涂覆晶体胶，形成保护胶层；7)去除成型材料多余结构，再将保护层除去，得到半球谐振器。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明提设置出了一种专用的热成型装置，并基于该装置提出了半球谐振器的半模压热成型加工方法，利用该加工方法可以加工出满足使用要求的半球谐振器，并且该方法较之高精度机加工方法具有难度低，成本低的优势。

附图说明

图1是本发明热成型装置的整体结构示意图；

图2是本发明凹模采用筒形型腔时的结构示意图；

图3是本发明加工得到的近圆柱形状的谐振器的结构示意图；

图4是本发明带有半球状的成型支撑体的凹模的结构示意图；

图5是本发明加工得到的近似半球形状的谐振器的结构示意图；

图6是本发明半球谐振器的模压热成型的加工过程示意图；其中，图(a)表示准备好凹模；图(b)表示将成型材料柱和成型材料片安装至凹模上；图(c)表示成型材料柱和成型材料片安装完成并进行加热；图(d)表示利用抽气管进行抽气；图(e)表示利用顶针进行脱模；图(f)表示从凹模上取下成型样品；图(g)表示在成型样品上涂覆晶体胶，形成保护胶层；图(h)表示去除成型材料的多余结构及保护层；图(i)表示最终所得到的半球谐振器；

图7是本发明半球谐振器的外表面与筒形电极装配的示意图；其中，图(a)表示近似半球形状的谐振器的外表面与筒形电极装配；图(b)表示近圆柱形状的谐振器的外表面与筒形电极装配；

图8是本发明半球谐振器的内表面与筒形电极装配的示意图；其中，图(a)表示近似半球形状的谐振器的内表面与筒形电极装配；图(b)表示近圆柱形状的谐振器的内表面与筒形电极装配；

图9是本发明半球谐振器的内表面与平面电极装配的示意图；其中，图(a)表示近似半球形状的谐振器与平面电极装配；图(b)表示近圆柱形状的谐振器与平面电极装配。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提出了一种半球谐振器的热成型装置，包括：用于承载成型材料片100的承载台1，与承载台1密封连接的凹模2，以及与承载台1密封连接且支撑在凹模2下方的密封头3。其中，在凹模2的型腔的底部中心设置有用于固定成型材料柱200的插槽21，在凹模2的型腔的底部还设置多个抽气孔22。在密封头3的下端密封连接抽气管4，在抽气管4中布置可升降的顶杆5，顶杆5的上端与顶针6固定连接，顶针6的上端布置于开设在凹模2底部的顶针孔23中，顶针孔23与插槽21相通。热成型装置的各部分均采用耐高温材料。

优选地，凹模2的型腔有两种，一种为筒形型腔(如图2所示)，其用于加工近圆柱形状的谐振器300(如图3所示)，另一种为在凹模2的型腔内设置半球状的成型支撑体25(如图4所示)，其用于加工近似半球形状的谐振器400(如图5所示)。

进一步地，凹模2的上端面与承载台1的顶面平齐。

进一步地，抽气孔22均匀分布在插槽21的周边。

进一步地，承载台1与凹模2、承载台1与密封头3之间采用接触密封，密封头3与抽气管4之间采用螺纹密封。

进一步地，热成型装置还包括可拆装地设置在承载台1顶部的保护盖7，具有防止成型材料污染及定位成形材料片100的功能，保护盖7上设置有连接孔(图中未示出)，以保证与外部的气压平衡。

进一步地，承载台1、凹模2、保护盖7可采用碳化硅材质采用碳化硅材质，以保护模具精度；顶杆5、顶针6和抽气管4采用钨或钼材质，以保证高温机械特性；密封头3采用石墨材质，以保证密封性和自润滑性。

如图6所示，本发明还提出了一种半球谐振器的模压热成型加工方法，包括以下步骤：

1)将预制的成型材料片100和双端抛光的成型材料柱200安装在凹模2上，具体地，成型材料柱200的下端固定在凹模2型腔底部的插槽21中，成型材料片100铺设在承载台1上且覆盖住凹模2的型腔，成型材料柱200的上端与成型材料片100相接触(如图6(a)、图6(b)所示)；

2)将安装好成型材料柱200和成型材料片100的凹模2放置于热成形加热炉中，进行梯度升温并保温，在成型材料的热成型温度下保温一段时间(如图6(c)所示)；

3)在成型材料的热成型温度下，利用抽气管4抽气，成型材料柱200与成型材料片100在该温度下实现牢固粘接，并且成型材料片100在该温度下依照凹模2型腔的形状进行半模压热成型(如图6(d)所示)；

4)成型过程完成后，停止加热，关闭抽气管4，待成型材料固化后，控制顶杆5上升，通过顶针6进行热态脱模(如图6(e)所示)；

5)降下顶针6，待成型材料降至室温后取出成型样品(如图6(f)所示)；

6)在成型样品的内外表面涂覆晶体胶，形成保护胶层8(如图6(g)所示)；

7)使用磨削、化学机械抛光、化学腐蚀等方法去除成型材料多余结构，再将保护层8除去，得到半球谐振器(如图6(h)、图6(i)所示)。

优选地，成型材料柱200和成型材料片100为石英玻璃材质。

本发明因成型工艺中成型材料柱200在工艺初始阶段与凹模2紧密配合，凹模2的插槽21又保持极高的加工同心度，并且在压热成型工艺结束后成形材料柱200依然保留原有形貌精度，故由成型材料柱200形成的半球谐振子中心支撑柱可保证是半球谐振子的结构中心，可作为定位基准。成型后的半球谐振器可与筒形电极9装配，在外表面或内表面形成均匀电容结构(如图7、图8所示)，也可与平面电极10装配，在底面形成均匀电容结构(如图9所示)。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种半球谐振器的热成型装置，其特征在于，包括：

用于承载成型材料片的承载台，

与所述承载台密封连接的凹模，以及

与所述承载台密封连接且支撑在所述凹模下方的密封头；

其中，在所述凹模的型腔的底部中心设置有用于固定成型材料柱的插槽，在所述凹模的型腔的底部还设置多个抽气孔；在所述密封头的下端密封连接抽气管，在所述抽气管中布置可升降的顶杆，所述顶杆的上端与顶针固定连接，所述顶针的上端布置于开设在所述凹模底部的顶针孔中，所述顶针孔与插槽相通。

2.如权利要求1所述的半球谐振器的热成型装置，其特征在于，所述凹模的型腔为筒形型腔。

3.如权利要求1所述的半球谐振器的热成型装置，其特征在于，在所述凹模的型腔内设置半球状的成型支撑体。

4.如权利要求1-3任一项所述的半球谐振器的热成型装置，其特征在于，所述凹模的上端面与所述承载台的顶面平齐；所述抽气孔均匀分布在所述插槽的周边。

5.如权利要求1-3任一项所述的半球谐振器的热成型装置，其特征在于，所述承载台与所述凹模、所述承载台与所述密封头之间采用接触密封，所述密封头与所述抽气管之间采用螺纹密封。

6.如权利要求1-3任一项所述的半球谐振器的热成型装置，其特征在于，还包括可拆装地设置在所述承载台顶部的保护盖；所述保护盖采用碳化硅材质。

7.如权利要求1-3任一项所述的半球谐振器的热成型装置，其特征在于，所述承载台、凹模采用碳化硅材质，所述顶杆、顶针和抽气管采用钨或钼材质，所述密封头采用石墨材质。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的半球谐振器的热成型装置而实施的半球谐振器的半模压热成型加工方法，包括以下步骤：

1)将预制的成型材料片和双端抛光的成型材料柱安装在凹模上，具体地，成型材料柱的下端固定在凹模型腔底部的插槽中，成型材料片铺设在承载台上且覆盖住凹模的型腔，成型材料柱的上端与成型材料片相接触；

2)将安装好成型材料柱和成型材料片的凹模放置于热成形加热炉中，进行梯度升温并保温，在成型材料的热成型温度下保温一段时间；

3)在成型材料的热成型温度下，利用抽气管抽气，成型材料柱与成型材料片在该温度下实现牢固粘接，并且成型材料片在该温度下依照凹模型腔的形状进行半模压热成型；

4)成型过程完成后，停止加热，关闭抽气管，待成型材料固化后，控制顶杆上升，通过顶针进行热态脱模；

5)降下顶针，待成型材料降至室温后取出成型样品。

9.如权利要求8所述的半球谐振器的半模压热成型加工方法，其特征在于：所述成型材料柱和成型材料片为石英玻璃材质。

10.如权利要求8或9所述的半球谐振器的半模压热成型加工方法，其特征在于：在步骤5)得到成型样品后，进一步实施以下工序：

6)在成型样品的内外表面涂覆晶体胶，形成保护胶层；

7)去除成型材料多余结构，再将保护层除去，得到半球谐振器。