CN109570800A - 一种金属网状球体的加工装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属网状球体的加工装置及制作方法，涉及金属网状球体加工技术领域，为解决现有技术中金属网状球体制作难度大，且焊接容易损伤模具的问题而发明。本发明一种金属网状球体的加工装置，包括：定形夹具，定形夹具用于将金属丝固定为螺旋形；焊接夹具，焊接夹具包括夹具体和基座，夹具体设有多个贯穿夹具体的上端面的第一狭缝槽，第一狭缝槽用于夹紧金属丝或金属环，多个第一狭缝槽交叉分布、且交汇于同一点，基座的上部设有安装座，夹具体远离第一狭缝槽的一端与安装座可移动连接，当夹具体朝靠近安装座的下表面移动时，安装座的侧壁挤压夹具体的外壁，以使第一狭缝槽的宽度逐渐减小。

Description

一种金属网状球体的加工装置及制作方法

技术领域

本发明涉及金属网状球体加工技术领域，尤其涉及一种金属网状球体的加工装置及制作方法。

背景技术

在惯性静电约束聚变(Inertial electrostatic confinement fusion，IEC)领域中，阴极通常为金属网状球体，需要将金属丝制作成网状球体，由于阴极球体的使用温度为1000℃以上，需要用耐高温的金属丝(例如钨或钨铼合金)来制作阴极球体。

现有一种耐高温的金属网状球体的制作方法为：通过将金属丝手工弯曲成环状再拼凑成球形。在手工弯曲金属丝时，弯曲所形成的金属丝不仅形状不标准、费力，而且由于耐高温的金属丝(如钨或钨铼合金)具有强度大、硬度高，在金属丝弯曲成圆环后，金属丝的内应力会导致无法定形，即使强行焊接，焊接点也容易崩开。

现有另一种耐高温的金属网状球体的制作方法为：手动将金属丝直接缠绕在球形模具上，再进行焊接来制作。在金属丝绕制在球形模具上时，由于金属丝的内应力，当手松开后，金属丝会释放，无法固定到球型模具上；并且在模具上直接焊接金属丝时，因焊接温度可达到3000℃以上，容易烧坏模具。

发明内容

本发明的实施例提供一种金属网状球体的加工装置及制作方法，可解决现有技术金属网状球体制作难度大，且焊接容易损伤模具的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种金属网状球体的加工装置，包括：定形夹具，定形夹具用于将金属丝固定为螺旋形；焊接夹具，焊接夹具包括夹具体和基座，夹具体设有多个贯穿夹具体的上端面的第一狭缝槽，第一狭缝槽用于夹紧金属丝或金属环，多个第一狭缝槽交叉分布、且交汇于同一点，基座的上部设有安装座，夹具体远离第一狭缝槽的一端与安装座可移动连接，当夹具体朝靠近安装座的下表面移动时，安装座的侧壁挤压夹具体的外壁，以使第一狭缝槽的宽度逐渐减小。

进一步地，焊接夹具还包括连接螺栓，连接螺栓穿过基座与夹具体远离第一狭缝槽的一端螺纹连接。

进一步地，夹具体远离第一狭缝槽的一端设有与连接螺栓配合的第一连接孔，基座的下部开设有第二连接孔，第二连接孔与安装座连通，连接螺栓穿设于第二连接孔内、且与第一连接孔连接。

进一步地，基座的底面上开设有容置孔，容置孔与第二连接孔连通，容置孔用于容置连接螺栓的螺栓头。

进一步地，夹具体远离第一狭缝槽的端面上设有多个第二狭缝槽，多个第二狭缝槽交叉分布、且交汇于同一点，第二狭缝槽的最高点高于第一狭缝槽的最低点。

进一步地，定形夹具包括定形管和连接结构，定形管用于绕设金属丝，连接结构能够将金属丝固定在定形管上。

进一步地，连接结构包括连接板和至少两个螺栓，定形管沿轴向的两端通过安装螺栓与连接板固定连接，以使连接板的下表面与金属丝压紧。

本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置，采用定形夹具将金属丝固定为螺旋形，可直接在定形夹具上切割，从而形成多个环状金属丝；将焊接夹具中的夹具体可移动安装于基座的安装座内，再将一个或多个环状金属丝分别插入多个第一狭缝槽中，当夹具体朝靠近安装座的下表面移动时，安装座的侧壁挤压夹具体的外壁，使得第一狭缝槽的宽度逐渐减小，从而将一个或多个环状金属丝固定于第一狭缝槽内，即可开始焊接。本发明实施例的定形夹具和焊接夹具能够将金属丝定形并固定，提高了金属网状球体的焊接效率，并缩短了焊接时间，且不易对人体造成伤害。

本发明实施例还包括一种采用上述技术方案中的金属网状球体的加工装置制作金属网状球体的制作方法，包括以下步骤：采用定形夹具将金属丝固定为螺旋形，将固定有金属丝的定形夹具放入高温退火炉中进行退火处理；切割退火处理后螺旋形的金属丝，获得多个带有切口的环状金属丝；将多个环状金属丝分别固定在焊接夹具上，焊接环状金属丝的切口以形成金属环，焊接多个金属环间的交叉点，形成金属网状球体的经线，再将金属环水平放置在金属网状球体的经线上，焊接金属环与金属网状球体的各个经线之间的交叉点，形成金属网状球体的纬线。

进一步地，定形夹具包括定形管和连接结构，采用定形夹具将金属丝固定为螺旋形的步骤具体包括：将金属丝绕设在定形管上，并通过连接结构将金属丝与定形管固定。

进一步地，退火处理具体包括：将固定有金属丝的定形夹具放入温度范围为200～1200℃、并通入有惰性气体的高温退火炉中退火1～2分钟后，持续通入惰性气体并自然冷却至室温。

本发明实施例提供的金属网状球体的制作方法，采用定形夹具将金属丝固定为螺旋形后，将带有金属丝的定形夹具放入高温退火炉中进行退火处理，将金属丝的内应力去除，从而将金属丝定形为环状；再从定形夹具上切割退火处理后的螺旋形的金属丝，得到多个带有切口的环状金属丝，将多个环状金属丝分别固定在焊接夹具体上，焊接金属环的切口形成金属环，环状金属丝的制作过程较简单、省力；再焊接多个金属环间的交叉点，形成金属网状球体的经线；将金属环水平放置在金属网状球体的进线上，再焊接金属环与金属网状球体的各个径线之间的交叉点，形成金属网状球体的纬线，从而完成金属网状球体的制作，在焊接过程中，采用专门的焊接夹具将金属环夹紧，不会损伤模具，且焊接较方便。

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为金属网状球体的结构示意图；

图2为本发明实施例金属网状球体的加工装置中焊接夹具上固定金属环的局部剖视图；

图3为本发明实施例金属网状球体的加工装置中焊接夹具上固定网状金属球体的局部剖视图；

图4为本发明实施例金属网状球体的加工装置中焊接夹具上夹具体的结构示意图；

图5为本发明实施例金属网状球体的加工装置中焊接夹具上夹具体的俯视图；

图6为本发明实施例金属网状球体的加工装置中焊接夹具上基座的局部剖视图；

图7为本发明实施例金属网状球体的加工装置中定形夹具的立体图；

图8为本发明实施例金属网状球体的加工装置中定形夹具的侧视图；

图9为本发明实施例金属网状球体的制作方法的流程示意图。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1～7，本发明实施例金属网状球体的加工装置包括焊接夹具1和定形夹具2，其中，定形夹具2用于将金属丝200固定为螺旋形，焊接夹具1包括夹具体11和基座12，该夹具体11上设有多个第一狭缝槽111，多个第一狭缝槽111交叉分布、且交汇于同一点，基座12的上部设有安装座121，夹具体11远离第一狭缝槽111的一端与安装座121可移动连接，当夹具体11朝靠近安装座121的下表面121a移动时，安装座121的侧壁121b挤压夹具体11的外壁，以使第一狭缝槽111的宽度逐渐减小。其中，第一狭缝槽111上沿夹具体11轴向的长度为第一狭缝槽111的宽度，第一狭缝槽111上沿夹具体11移动方向的长度为第一狭缝槽111的深度。

本发明实施例中的金属网状球体的加工装置采用定形夹具2将金属丝200固定为螺旋形，可直接在定形夹具2上切割，从而形成多个环状金属丝200；将焊接夹具1中的夹具体11可移动安装于基座12的安装座121内，再将一个或多个环状金属丝200分别插入多个第一狭缝槽111中，当夹具体11朝靠近安装座121的下表面121a移动时，安装座121的侧壁121b挤压夹具体11的外壁，使得第一狭缝槽111的宽度逐渐减小，从而将一个或多个环状金属丝200固定于第一狭缝槽111内，即可开始焊接。本发明实施例的定形夹具2和焊接夹具1能够将金属丝200定形并固定，提高了金属网状球体的焊接效率，并缩短了焊接时间，且不易对人体造成伤害。

需要说明的是，当夹具体11安装于安装座121时，夹具体11的外壁与安装座121的侧壁121b抵靠，可通过连接装置驱动夹具体11沿安装座121的侧壁121b移动。

焊接夹具1中夹具体11相对基座12上下移动的驱动方式有多种，如采用气缸驱动夹具体11沿基座12内的安装座121移动，又如采用连接螺栓13将夹具体11远离第一狭缝槽111的一端与基座12螺纹连接，如图2～3所示，通过手动旋转连接螺栓13即可带动夹具体11沿安装座121的侧壁121b移动。优选地，本发明实施例采用后者的技术方案，结构简单，且成本较低。

具体地，夹具体11远离第一狭缝槽111的一端设有第一连接孔113，第一连接孔113与连接螺栓13配合连接，基座12的下部开设第二连接孔122，第二连接孔122与安装座121连通，连接螺栓13穿设于第二连接孔122内、且与第一连接孔113连接，如图1和图4～6所示。当然，也可在夹具体11沿轴向开设通孔，基座12的下部开设第二连接孔122，第二连接孔122与安装座121连通，连接螺栓13穿过该通孔与安装座121上的第二连接孔122螺纹连接。优选地，本发明实施例采用前者的方案，夹具体11需开设的孔深度较小，夹具体11的强度也较高。

基于上述实施例，本发明实施例在基座12的底面开设有容置孔123，容置孔123与第二连接孔122连通，容置孔123用于容置连接螺栓13的螺栓头，即容置孔123的直径大于连接螺栓13的螺栓头的直径，如图6所示，使得连接螺栓13不突出于基座12的底面，便于焊接夹具1的稳定放置。

需要注意的是，多个第一狭缝槽111的交汇处开设于定位孔114，定位孔114与第一连接孔113同轴、且相互连通，如图1和图4～5所示，在旋转连接螺栓时，定位孔114也朝内收紧，形成一定的夹紧力。此外，优选地，定位孔114的直径大于第一连接孔113的直径，连接螺栓13可位于该定位孔114内，连接螺栓13移动至定位孔114内。优选地，定位孔114的直径比第一连接孔113的直径大2mm，多个第一狭缝槽111沿定位孔114的轴向均匀开设。

为了保证夹具体11的结构强度较高，且夹具体11不需伸入安装座121较长的深度，本发明实施例在夹具体11上设有多个第二狭缝槽112，多个第二狭缝槽112交叉分布、且交汇于同一点，第二狭缝槽112的最高点高于第一狭缝槽111的最低点，如图4所示，从而当安装座121挤压夹具体11的下端时，第二狭缝槽112的宽度收紧，使夹具体11上第二狭缝槽112所在的高度范围均朝内收紧，因第一狭缝槽111和第二狭缝槽112在高度方向上部分重叠，第二狭缝槽112收紧时，会带动第一狭缝槽111也收紧，从而实现将环状金属丝200固定的目的，且夹具体11的强度也较高。

可选地，多个第一狭缝槽111的交汇处与多个第二狭缝槽的112交汇处可交错，也可重合。为了便于开孔和连接，本发明实施例中多个第一狭缝槽111的交汇处与第二狭缝槽112的交汇处重合，即可在该交汇处开设阶梯孔，阶梯孔上的第一段为定位孔114，阶梯孔的第二段为第一连接孔113，且第二段内设有内螺纹。优选地，多个第一狭缝槽111的交汇处和多个第二狭缝槽112的交汇处均位于夹具体11的中心轴线上。

需要注意的是，每个环状金属丝200固定于第一狭缝槽11时，需要占用两个相对设置的第一狭缝槽11。因此，第一狭缝槽11的数量为偶数个，相应地，第二狭缝槽12设置在相邻两个第一狭缝槽11之间，第二狭缝槽12也为偶数个、且相对设置。

可选地，夹具体11和安装座121的配合有多种，如夹具体11为倒圆台形，安装座121为圆柱形，安装座121的直径大于夹具体11的最小直径且小于夹具体11的最大直径，加工制作较方便；又如夹具体11为倒圆台形，安装座121包括由上至下相接的倒圆台段1211和圆柱段1212，圆柱段1212的直径小于夹具体11的最小直径，倒圆台段1211的最大直径大于夹具体11的最小直径、且小于夹具体11的最大直径，如图2～3和图6所示，夹具体11与安装座121接触面积较大，连接力较强。

此外，参照图6，本发明实施例在安装座121的开口处设有倒角1213，倒角1213可便于夹具体11安装于安装座121内、或从安装座121内移出。

定形夹具2包括定形管21和连接结构，将金属丝200绕设在定形管21上形成螺旋形的金属丝200，再通过连接结构将金属丝200固定在定形管21上，如图7～8所示，之后再进行切割操作。

可选地，连接结构的方案有多种，如连接结构为定形管21轴向两端的两个压扣，金属丝200缠绕在定形管21上后，旋转两个压扣将金属丝200的两端压紧；又如连接结构包括连接板22和至少两个螺栓23，再通过连接板22压合在金属丝200上，定形管21沿轴向的两端通过螺栓23与连接板22固定连接，以使连接板22的下表面(即靠近定形管21外壁的一侧表面)与金属丝200压紧，如图7所示。优选地，本发明实施例中采用后者的方案，连接力更可靠。

因耐高温的金属(钨或钨铼合金)丝具有硬度大、强度高的特点，缠绕并固定在定形管21上，若不做处理直接切割后，金属丝内部应力释放，无法定形，故需要对缠绕有金属丝200的定形管21进行热处理，消除金属丝200内部的应力。因此，优选地，本发明实施例中定形管21采用陶瓷或石英材料制作，具有热膨胀系数小、耐高温、热稳定性好、且成本较低等优点。

参照图9，本发明实施例还包括一种采用上述实施例中所述金属网状球体的加工装置制作金属网状球体的制作方法，包括以下步骤：

S1、采用定形夹具2将金属丝200固定为螺旋形，将固定有金属丝200的定形夹具2放入高温退火炉中进行退火处理；

S2、从定形夹具2上切割退火处理后螺旋形的金属丝200，获得多个带有切口的金属丝200；

S3、将多个金属丝200分别固定在焊接夹具1上，焊接金属丝200的切口以形成金属环101，焊接多个金属环101间的交叉点，形成金属网状球体100的经线，再将金属环101水平放置在金属网状球体100的经线上，焊接金属环101与金属网状球体100的各个经线之间的交叉点，形成金属网状球体100的纬线。

本发明实施例中制作方法采用上述的加工装置，实现了制作金属网状球体100的目的，操作步骤较简单，且焊接操作不会对定形模组产生影响；并且退火处理后的金属丝200的晶格发生改变，不仅消除了金属丝200形变后内部的应力，同时也使其硬度降低，从而更加有利于金属丝200的塑形，切割后金属丝200的形状不易改变，也不易断裂。

进一步地，上述的定形夹具2包括定形管21和连接结构，上述采用定形夹具2将金属丝200固定为螺旋形的步骤具体包括：将金属丝200绕设在定形管21上，并通过连接结构将金属丝200与定形管21固定。

具体地，上述的退火处理具体包括：将固定有金属丝200的定形夹具2放入温度范围为200～1200℃、并通入有惰性气体的高温退火炉中退火1～2分钟后，持续通入惰性气体并自定冷却至室温，这种退火方法可防止金属丝200在退火过程中与氧气发生化学反应而被氧化。

具体地，本发明实施例将多个金属丝200逐一固定在焊接夹具1上焊接金属丝200上的切口，形成金属环101；将切口焊接好的两个金属环101固定在焊接夹具1上焊接两个金属环101的交叉点(上交叉点焊接完成后，再翻转焊接下交叉点)；重复至少一次以下步骤：将另一个金属环101固定在焊接夹具1内，焊接金属环101间的交叉点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种金属网状球体的加工装置，其特征在于，包括：

定形夹具，所述定形夹具用于将金属丝固定为螺旋形；

焊接夹具，所述焊接夹具包括夹具体和基座，所述夹具体设有多个贯穿所述夹具体的上端面的第一狭缝槽，所述第一狭缝槽用于夹紧所述金属丝或金属环，多个所述第一狭缝槽交叉分布、且交汇于同一点，所述基座的上部设有安装座，所述夹具体远离所述第一狭缝槽的一端与所述安装座可移动连接，当所述夹具体朝靠近所述安装座的下表面移动时，所述安装座的侧壁挤压所述夹具体的外壁，以使所述第一狭缝槽的宽度逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的金属网状球体的加工装置，其特征在于，所述焊接夹具还包括连接螺栓，所述连接螺栓穿过所述基座与所述夹具体远离所述第一狭缝槽的一端螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的金属网状球体的加工装置，其特征在于，所述夹具体远离所述第一狭缝槽的一端设有与所述连接螺栓配合的第一连接孔，所述基座的下部开设有第二连接孔，所述第二连接孔与所述安装座连通，所述连接螺栓穿设于所述第二连接孔内、且与所述第一连接孔连接。

4.根据权利要求3所述的金属网状球体的加工装置，其特征在于，所述基座的底面上开设有容置孔，所述容置孔与所述第二连接孔连通，所述容置孔用于容置所述连接螺栓的螺栓头。

5.根据权利要求1所述的金属网状球体的加工装置，其特征在于，所述夹具体远离所述第一狭缝槽的端面上设有多个第二狭缝槽，多个所述第二狭缝槽交叉分布、且交汇于同一点，所述第二狭缝槽的最高点高于所述第一狭缝槽的最低点。

6.根据权利要求1所述的金属网状球体的加工装置，其特征在于，所述定形夹具包括定形管和连接结构，所述定形管用于绕设所述金属丝，所述连接结构能够将所述金属丝固定在所述定形管上。

7.根据权利要求6所述的金属网状球体的加工装置，其特征在于，所述连接结构包括连接板和至少两个安装螺栓，所述定形管沿轴向的两端通过所述安装螺栓与所述连接板固定连接，以使所述连接板的下表面与所述金属丝压紧。

8.一种采用上述权利要求1～7中任一项所述的金属网状球体的加工装置制作金属网状球体的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用定形夹具将金属丝固定为螺旋形，将固定有所述金属丝的所述定形夹具放入高温退火炉中进行退火处理；

切割退火处理后螺旋形的所述金属丝，获得多个带有切口的环状金属丝；

将多个所述环状金属丝分别固定在焊接夹具上，焊接所述环状金属丝的切口以形成金属环，焊接多个所述金属环间的交叉点，形成金属网状球体的经线，再将所述金属环水平放置在所述金属网状球体的经线上，焊接所述金属环与所述金属网状球体的各个经线之间的交叉点，形成金属网状球体的纬线。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述定形夹具包括定形管和连接结构，所述采用定形夹具将金属丝固定为螺旋形的步骤具体包括：将所述金属丝绕设在所述定形管上，并通过所述连接结构将所述金属丝与所述定形管固定。

10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述退火处理具体包括：将固定有所述金属丝的所述定形夹具放入温度范围为200～1200℃、并通入有惰性气体的高温退火炉中退火1～2分钟后，持续通入惰性气体并自然冷却至室温。