CN109290740A - 一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法 - Google Patents
一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，包括工装材料准备‑工装零件加工‑工装拼装‑工装转动测试‑柱塞加热‑柱塞直线度检测工艺步骤，转轴将柱塞的装夹数量降至满装夹量的1/2，且保持柱塞装夹方式与满装量相同，即转盘的1/2装有柱塞，另1/2区域没有，将加热时间设定为3个阶段：阶段一，使柱塞在高温区停留较长时间，达到升高基体温度的作用；阶段二，主要目的是使柱塞在经过高温区表面温度迅速升高后，有较长的时间使温度向体内扩散，使柱塞均匀变形，保持原有的直线度，该阶段占加热总时间的1/2强；阶段三，转速相对较高，适用于本设备的转速为6rmp，时间控制在30min内，加热后的柱塞形变量小，直线度不会发生明显变化。
Description
技术领域
本发明涉及控制柱塞变形技术领域，具体涉及一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法。
背景技术
柱塞在真空镀膜处理过程中，为保证镀膜质量，需在镀膜前对柱塞进行加热处理，以达到清洁、活化表面，进而提高薄膜与柱塞之间的结合强度的目的，但这一过程往往会造成柱塞直线度发生明显变化，导致柱塞镀膜后直线度超出设计公差，产品不合格，为了解决上述问题我们通过在柱塞加热过程中设计加热梯度，改变柱塞在不同阶段所处的热场位置，达到既获得加热效果，又保证柱塞尺寸控制在设计公差范围内。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，将柱塞的装夹数量降至满装夹量的1/2，且保持柱塞装夹方式与满装量相同，即转盘的1/2装有柱塞，另1/2区域没有，将加热时间设定为3个阶段：阶段一，转速相对较低，适用于本设备的转速为4rmp，时间不超过30min，该阶段柱塞本身的温度较低，通过这种方式，使柱塞在高温区停留较长时间，达到升高基体温度的作用；阶段二，控制柱塞在不同温区的停留时间，该阶段在靠近高温区的时间与相对低温区的时间比为1/3，主要目的是使柱塞在经过高温区表面温度迅速升高后，有较长的时间使温度向体内扩散，使柱塞均匀变形，保持原有的直线度，该阶段占加热总时间的1/2强；
阶段三，转速相对较高，适用于本设备的转速为6rmp，时间控制在30min内，通过这种加热方法得到的柱塞加形变量小，直线度不会发生明显变化。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，包括工装材料准备—工装零件加工—工装拼装—工装转动测试—柱塞加热—柱塞直线度检测工艺步骤，具体步骤如下：
(1)模具胚料准备：对工装材料进行筛选，工装材料可以耐高温；
(2)工装零件加工：将待加工的工装放置到加工台，利用加工器械对其进行加工，成为相应的工装零件及组件，接着将成型的工装零件及组件放置到火炉中进行淬火处理，接着对热处理后模具零件及组件表面进行抛光与研磨；
(3)工装拼装步骤如下：
①对工装组件中的底座固定在真空室底部；
②将坩埚固定在底盘上，坩埚的位置在底座的中心；
③将柱塞通过插孔固定在转盘上，每个转盘可根据柱塞的规格装夹若干个柱塞；
④在真空室主体的上端安装支撑杆；
⑤将聚焦器通过固定装置安装在坩埚的上方支撑杆的前端。
(4)工装转动测试：设定转动电机电流，记录电流与转速之间对应关系。设定好转盘的速度，与聚焦器的位置运行工装；
(5)柱塞加热：利用灯丝等离子体在不同磁场约束下的聚焦制热能力不同，以及主弧电流等控制真空室中心区的温度，通过设定转盘在三个阶段中不同转动方式，使柱塞在不同阶段受热程度和内部热传导速度不同，进而达到控制柱塞直线度的目的。通过转动转盘使柱塞进行阶梯度加热；
(6)柱塞直线度检测：加热后的柱塞进行形变量与直线度的检测。
本发明的进一步改进方案在于：步骤(3)所述的转盘位于坩埚的一侧，柱塞的装夹数量为满装夹量的1/2，且保持柱塞装夹方式与满装量相同，即转盘的1/2装有柱塞，另1/2区域没有。
本发明的进一步改进方案在于：步骤(3)所述的坩埚到柱塞的温度逐渐降低。
本发明的进一步改进方案在于：步骤(3)所述的真空室包括真空室主体，所述真空室主体的内部设置有底座，所述真空室主体的内部底座的上方设置有坩埚，所述坩埚的一侧设置有转轴，所述转轴用于支撑和固定转盘，所述转盘的上端转轴的一侧设置有柱塞，所述真空室主体的上端设置有套管，所述套管的上端设置有内支撑杆，所述套管的前端设置有控制螺母，所述内支撑杆的一端设置有支撑杆；
聚焦器包括聚焦器主体、弹簧、连接板、凹椭圆体面、活动轴、密封圈、上盖，所述聚焦器主体与固定套固定连接，所述聚焦器主体的内部设置有弹簧，所述弹簧与聚焦器主体固定连接，所述聚焦器主体的内部弹簧的一端设置有连接板，所述连接板与弹簧固定连接，所述弹簧、连接板的数量为四组，且弹簧、连接板关于聚焦器主体的中心线轴对称，所述连接板的一端设置有凹椭圆体面，所述凹椭圆体面与连接板活动连接，所述聚焦器主体的上方设置有上盖，所述上盖与聚焦器主体之间设置有活动轴，所述上盖通过活动轴与聚焦器主体活动连接，所述聚焦器主体的外端设置有密封圈，所述密封圈与聚焦器主体之间设置有胶粘剂，所述密封圈通过胶粘剂与聚焦器主体固定连接。
本发明的进一步改进方案在于：所述转盘与柱塞之间设置有插孔，所述插孔的内部设置有橡胶塞，所述橡胶塞与插孔固定连接，所述柱塞通过插孔与转盘固定连接，所述柱塞的数量为若干组。
本发明的进一步改进方案在于：所述底座与真空室主体固定连接，所述坩埚与底座之间设置有连接杆，所述坩埚通过连接杆与底座固定连接。
本发明的进一步改进方案在于：所述转轴与底座之间设置有转槽，转槽与底座固定连接，所述转轴通过转槽与底座活动连接。
本发明的进一步改进方案在于：所述套管与真空室主体固定连接，所述套管的数量为两组，且套管关于真空室主体的中心线轴对称，所述内支撑杆与套管之间设置有滑槽，所述内支撑杆通过滑槽与套管活动连接，所述控制螺母与套管活动连接。
本发明的进一步改进方案在于：所述转轴的输入端口与真空室主体的输出端口电性连接，所述真空室主体的外表面涂有防腐蚀涂层，所述聚焦器主体的输入端口与真空室主体的输出端口电性连接。
本发明的进一步改进方案在于：固定装置包括固定套、螺孔、固定螺丝，所述固定套后端设置有垫板，垫板与固定套固定连接，垫板的数量为两组，垫板的一端设置有螺孔，垫板的另一端设置有固定螺丝。
本发明的有益效果：
转轴将柱塞的装夹数量降至满装夹量的1/2，且保持柱塞装夹方式与满装量相同，即转盘的1/2装有柱塞，另1/2区域没有，将加热时间设定为3个阶段：阶段一，转速相对较低，适用于本设备的转速为4rmp，时间不超过30min，该阶段柱塞本身的温度较低，通过这种方式，使柱塞在高温区停留较长时间，达到升高基体温度的作用；阶段二，控制柱塞在不同温区的停留时间，该阶段在靠近高温区的时间与相对低温区的时间比为1/3，主要目的是使柱塞在经过高温区表面温度迅速升高后，有较长的时间使温度向体内扩散，使柱塞均匀变形，保持原有的直线度，该阶段占加热总时间的1/2强；阶段三，转速相对较高，适用于本设备的转速为6rmp，时间控制在30min内，可以使柱塞在镀膜过程中不会变形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法流程图。
图2为本发明一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法中真空室的结构示意图。
图3为本发明一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法中A的放大示意图。
图4为本发明一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法中聚焦器的结构示意图。
图5为本发明一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法中固定套的结构示意图。
图6为本发明一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法中转盘的俯视图。
图2-6附图标注：1、真空室主体；2、底座；3、坩埚；4、转轴；5、转盘；6、柱塞；7、支撑杆；8、聚焦器主体；9、弹簧；10、连接板；11、凹椭圆体面；12、活动轴；13、密封圈；14、上盖；15、套管；16、内支撑杆；17、控制螺母；18、固定套；19、螺孔；20、固定螺丝；21、插孔；22、橡胶塞。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，包括工装材料准备—工装零件加工—工装拼装—工装转动测试-柱塞加热-柱塞直线度检测工艺步骤，具体步骤如下：
(1)模具胚料准备：对工装材料进行筛选，工装材料可以耐高温；
(2)工装零件加工：将待加工的工装放置到加工台，利用加工器械对其进行加工，成为相应的工装零件及组件，接着将成型的工装零件及组件放置到火炉中进行淬火处理，接着对热处理后模具零件及组件表面进行抛光与研磨；
(3)工装拼装步骤如下：
①对工装组件中的底座固定在真空室底部；
②将坩埚固定在底盘上，坩埚的位置在底座的中心；
③将柱塞通过插孔固定在转盘上，每个转盘可根据柱塞的规格装夹若干个柱塞；
④在真空室主体的上端安装支撑杆；
⑤将聚焦器通过固定装置安装在坩埚的上方支撑杆的前端。
(4)工装转动测试：设定转动电机电流，记录电流与转速之间对应关系。设定好转盘的速度，与聚焦器的位置运行工装；
(5)柱塞加热：利用灯丝等离子体在不同磁场约束下的聚焦制热能力不同，以及主弧电流等控制真空室中心区的温度，通过设定转盘在三个阶段中不同转动方式，使柱塞在不同阶段受热程度和内部热传导速度不同，进而达到控制柱塞直线度的目的。通过转动转盘使柱塞进行阶梯度加热；
(6)柱塞直线度检测：加热后的柱塞进行形变量与直线度的检测。
实施例2
如图2-6所示，步骤(3)所述的真空室包括真空室主体1，所述真空室主体1的内部设置有底座2，所述真空室主体1的内部底座2的上方设置有坩埚3，所述坩埚3的一侧设置有转轴4，所述转轴4用于支撑和固定转盘5，所述转盘5的上端转轴4的一侧设置有柱塞6，所述真空室主体1的上端设置有套管15，所述套管15的上端设置有内支撑杆16，所述套管15的前端设置有控制螺母17，所述内支撑杆16的一端设置有支撑杆7；
聚焦器包括聚焦器主体8、弹簧9、连接板10、凹椭圆体面11、活动轴12、密封圈13、上盖14，所述聚焦器主体8与固定套18固定连接，所述聚焦器主体8的内部设置有弹簧9，所述弹簧9与聚焦器主体8固定连接，所述聚焦器主体8的内部弹簧9的一端设置有连接板10，所述连接板10与弹簧9固定连接，所述弹簧9、连接板10的数量为四组，且弹簧9、连接板10关于聚焦器主体8的中心线轴对称，所述连接板10的一端设置有凹椭圆体面11，所述凹椭圆体面11与连接板10活动连接，所述聚焦器主体8的上方设置有上盖14，所述上盖14与聚焦器主体8之间设置有活动轴12，所述上盖14通过活动轴12与聚焦器主体8活动连接，所述聚焦器主体8的外端设置有密封圈13，所述密封圈13与聚焦器主体8之间设置有胶粘剂，所述密封圈13通过胶粘剂与聚焦器主体8固定连接。
本发明的进一步改进方案在于：所述转盘5与柱塞6之间设置有插孔21，所述插孔21的内部设置有橡胶塞22，所述橡胶塞22与插孔21固定连接，所述柱塞6通过插孔21与转盘5固定连接，所述柱塞6的数量为若干组。
本发明的进一步改进方案在于：所述底座2与真空室主体1固定连接，所述坩埚3与底座2之间设置有连接杆，所述坩埚3通过连接杆与底座2固定连接。
本发明的进一步改进方案在于：所述转轴4与底座2之间设置有转槽，转槽与底座2固定连接，所述转轴4通过转槽与底座2活动连接。
本发明的进一步改进方案在于：所述套管15与真空室主体1固定连接，所述套管15的数量为两组，且套管15关于真空室主体1的中心线轴对称，所述内支撑杆16与套管15之间设置有滑槽，所述内支撑杆16通过滑槽与套管15活动连接，所述控制螺母17与套管15活动连接。
本发明的进一步改进方案在于：所述转轴4的输入端口与真空室主体1的输出端口电性连接，所述真空室主体1的外表面涂有防腐蚀涂层，所述聚焦器主体8的输入端口与真空室主体1的输出端口电性连接。
本发明的进一步改进方案在于：固定装置包括固定套18、螺孔19、固定螺丝20，所述固定套18后端设置有垫板，垫板与固定套18固定连接，垫板的数量为两组，垫板的一端设置有螺孔19，垫板的另一端设置有固定螺丝20。
本模具加工工艺中渗碳箱的工作原理：真空室主体为镀膜提供保持一定真空度的空间，坩埚为镀膜提供镀膜材料，坩埚位于底座的中心，转盘作为承载柱塞的部件，柱塞通过插孔固定在转盘上，每个转盘可根据柱塞规格装夹5～10个柱塞，转盘可进行自转，进而带动柱塞在远离坩埚的位置和靠近坩埚的位置之间转动，聚焦器主要是对灯丝电子进行聚焦，引出电子束，电子束在加热阶段的主要作用是使通入真空室内的氩气离化，Ar离化后，在真空室内形成Ar等离子体，Ar的离化主要依靠灯丝加热经聚焦器后形成的电子束，电子束附近的Ar等离子体密度高，热效应显著，温度高，而远离电子束的区域Ar等离子体密度低，温度较低，从而在真空室内形成了以坩埚和聚焦器为中轴线向真空室壁的温度逐渐降低的情况，当柱塞随转盘转动时，会经历不同的温度区间，当柱塞在靠近中心区的位时，所处的区域温度高，柱塞的表面温度也高；当柱塞在远离中心区的位时，所处的区域温度相对较低，柱塞的表面温度也随之降低，柱塞的装夹数量为满装夹量的1/2，且保持柱塞装夹方式与满装量相同，即转盘的1/2装有柱塞，另1/2区域没有，加热时间设定为3个阶段：阶段一，转速相对较低，适用于本设备的转速为4rmp，时间不超过30min，该阶段柱塞本身的温度较低，使柱塞在高温区停留较长时间，达到升高基体温度的作用；阶段二，控制柱塞在不同温区的停留时间，该阶段在靠近高温区的时间与相对低温区的时间比为1/3，使柱塞在经过高温区表面温度迅速升高后，有较长的时间使温度向体内扩散，使柱塞均匀变形，保持原有的直线度，该阶段占加热总时间的1/2；阶段三，转速相对较高，适用于本设备的转速为6rmp，时间控制在30min内，可以使柱塞在镀膜过程中不会变形。
本发明将柱塞的装夹数量降至满装夹量的1/2，且保持柱塞装夹方式与满装量相同，即转盘的1/2装有柱塞，另1/2区域没有，将加热时间设定为3个阶段：阶段一，转速相对较低，适用于本设备的转速为4rmp，时间不超过30min，该阶段柱塞本身的温度较低，通过这种方式，使柱塞在高温区停留较长时间，达到升高基体温度的作用；阶段二，控制柱塞在不同温区的停留时间，该阶段在靠近高温区的时间与相对低温区的时间比为1/3，主要目的是使柱塞在经过高温区表面温度迅速升高后，有较长的时间使温度向体内扩散，使柱塞均匀变形，保持原有的直线度，该阶段占加热总时间的1/2强；阶段三，转速相对较高，适用于本设备的转速为6rmp，时间控制在30min内，通过这种加热方法得到的柱塞加形变量小，直线度不会发生明显变化。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，其特征在于：包括工装材料准备—工装零件加工—工装拼装—工装转动测试—柱塞加热—柱塞直线度检测工艺步骤，具体步骤如下：
(1)模具胚料准备：对工装材料进行筛选，工装材料可以耐高温；
(2)工装零件加工：将待加工的工装放置到加工台，利用加工器械对其进行加工，成为相应的工装零件及组件，接着将成型的工装零件及组件放置到火炉中进行淬火处理，接着对热处理后模具零件及组件表面进行抛光与研磨；
(3)工装拼装步骤如下：
①对工装组件中的底座固定在真空室底部；
②将坩埚固定在底盘上，坩埚的位置在底座的中心；
③将柱塞通过插孔固定在转盘上，每个转盘可根据柱塞的规格装夹若干个柱塞；
④在真空室主体的上端安装支撑杆；
⑤将聚焦器通过固定装置安装在坩埚的上方支撑杆的前端。
(4)工装转动测试：设定转动电机电流，记录电流与转速之间对应关系。设定好转盘的速度，与聚焦器的位置运行工装；
(5)柱塞加热：利用灯丝等离子体在不同磁场约束下的聚焦制热能力不同，以及主弧电流等控制真空室中心区的温度，通过设定转盘在三个阶段中不同转动方式，使柱塞在不同阶段受热程度和内部热传导速度不同，进而达到控制柱塞直线度的目的。通过转动转盘使柱塞进行阶梯度加热；
(6)柱塞直线度检测：加热后的柱塞进行形变量与直线度的检测。
2.根据权利要求1所述的一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，其特征在于：步骤(3)所述的转盘位于坩埚的一侧，柱塞的装夹数量为满装夹量的1/2，且保持柱塞装夹方式与满装量相同，即转盘的1/2装有柱塞，另1/2区域没有。
3.根据权利要求1所述的一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，其特征在于：步骤(3)所述的坩埚到柱塞的温度逐渐降低。
4.根据权利要求1所述的一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，其特征在于：步骤(3)所述的真空室包括真空室主体(1)，所述真空室主体(1)的内部设置有底座(2)，所述真空室主体(1)的内部底座(2)的上方设置有坩埚(3)，所述坩埚(3)的一侧设置有转轴(4)，所述转轴(4)用于支撑和固定转盘(5)，所述转盘(5)的上端转轴(4)的一侧设置有柱塞(6)，所述真空室主体(1)的上端设置有套管(15)，所述套管(15)的上端设置有内支撑杆(16)，所述套管(15)的前端设置有控制螺母(17)，所述内支撑杆(16)的一端设置有支撑杆(7)；
聚焦器包括聚焦器主体(8)、弹簧(9)、连接板(10)、凹椭圆体面(11)、活动轴(12)、密封圈(13)、上盖(14)，所述聚焦器主体(8)与固定套(18)固定连接，所述聚焦器主体(8)的内部设置有弹簧(9)，所述弹簧(9)与聚焦器主体(8)固定连接，所述聚焦器主体(8)的内部弹簧(9)的一端设置有连接板(10)，所述连接板(10)与弹簧(9)固定连接，所述弹簧(9)、连接板(10)的数量为四组，且弹簧(9)、连接板(10)关于聚焦器主体(8)的中心线轴对称，所述连接板(10)的一端设置有凹椭圆体面(11)，所述凹椭圆体面(11)与连接板(10)活动连接，所述聚焦器主体(8)的上方设置有上盖(14)，所述上盖(14)与聚焦器主体(8)之间设置有活动轴(12)，所述上盖(14)通过活动轴(12)与聚焦器主体(8)活动连接，所述聚焦器主体(8)的外端设置有密封圈(13)，所述密封圈(13)与聚焦器主体(8)之间设置有胶粘剂，所述密封圈(13)通过胶粘剂与聚焦器主体(8)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，其特征在于：所述转盘(5)与柱塞(6)之间设置有插孔(21)，所述插孔(21)的内部设置有橡胶塞(22)，所述橡胶塞(22)与插孔(21)固定连接，所述柱塞(6)通过插孔(21)与转盘(5)固定连接，所述柱塞(6)的数量为若干组。
6.根据权利要求4所述的一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，其特征在于：所述底座(2)与真空室主体(1)固定连接，所述坩埚(3)与底座(2)之间设置有连接杆，所述坩埚(3)通过连接杆与底座(2)固定连接。
7.根据权利要求4所述的一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，其特征在于：所述转轴(4)与底座(2)之间设置有转槽，转槽与底座(2)固定连接，所述转轴(4)通过转槽与底座(2)活动连接。
8.根据权利要求4所述的一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，其特征在于：所述套管(15)与真空室主体(1)固定连接，所述套管(15)的数量为两组，且套管(15)关于真空室主体(1)的中心线轴对称，所述内支撑杆(16)与套管(15)之间设置有滑槽，所述内支撑杆(16)通过滑槽与套管(15)活动连接，所述控制螺母(17)与套管(15)活动连接。
9.根据权利要求4所述的一种在加热处理过程中控制柱塞热变形的工艺方法，其特征在于：所述转轴(4)的输入端口与真空室主体(1)的输出端口电性连接，所述真空室主体(1)的外表面涂有防腐蚀涂层，所述聚焦器主体(8)的输入端口与真空室主体(1)的输出端口电性连接。
10.根据权利要求4所述的一种固定装置，其特征在于：固定装置包括固定套(18)、螺孔(19)、固定螺丝(20)，所述固定套(18)后端设置有垫板，垫板与固定套(18)固定连接，垫板的数量为两组，垫板的一端设置有螺孔(19)，垫板的另一端设置有固定螺丝(20)。
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