CN109570801A - 一种金属网状球体的加工装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

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，涉及金属网状球体制作技术领域，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。一种金属网状球体的加工装置，包括：定形夹具和焊接夹具，所述定形夹具用于将金属丝固定为螺旋形，所述焊接夹具包括多个夹件，多个所述夹件层叠放置并通过固定结构固定，相邻的两个所述夹件之间用于夹持固定金属环，所述夹件可根据所述金属环的形状发生适应性形变。本发明的实施例用于制造金属网状球体。

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制作技术领域，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

在核聚变(静电约束装置作为阴极)领域中，需要将金属丝制作成网状球体，由于其特殊要求(1000℃以上的高温使用环境)需要用耐高温的金属丝(钨或钨铼合金)来制作网状球体。

目前，耐高温的金属网状球体是通过将金属丝手工弯曲成环状再拼凑成球形，或者将金属丝直接缠绕在球形模具上，再进行焊接来制作的。因前者需要手工将金属丝弯曲成圆环，操作难度较大，而后者在球形模具上将金属丝直接进行焊接，容易损伤模具。

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：

第一方面，本发明实施例提供一种金属网状球体的加工装置，包括：定形夹具和焊接夹具，所述定形夹具用于将金属丝固定为螺旋形，所述焊接夹具包括多个夹件，多个所述夹件层叠放置并通过固定结构固定，相邻的两个所述夹件之间用于夹持固定金属环，所述夹件可根据所述金属环的形状发生适应性形变。

进一步地，每个所述夹件包括多个子夹件，相邻的两个所述子夹件之间柔性连接或可转动连接。

所述子夹件可以有多种形状，例如，所述子夹件为环形、条形或梯形块。

可选的，所述夹件由弹性材料制成。

进一步地，所述固定结构为卡圈，所述卡圈可将相邻的所述夹件捆扎固定。

为方便所述卡圈的安装和拆卸，所述卡圈环绕所述夹件的周向设置，且具有可拆卸的开口。

进一步地，还可以利用卡圈来对金属环限位，例如，所述卡圈包括环绕所述夹件的周向设置的第一圈部和第二圈部，所述金属环位于所述第一圈部和所述第二圈部之间。

为了使多个所述夹件夹持固定金属环时更稳固牢靠，多个所述夹件的形状相同，且相邻的两个所述夹件之间为面接触。

针对金属环的固定与焊接，可选的，所述夹件为环形结构，所述环形结构的中部为焊接避让空间。

进一步地，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。

进一步地，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。

优选地，所述定形管采用陶瓷或石英材料制作。

第二方面，本发明实施例还提供一种采用上述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，并定形处理；

从所述定形夹具上切割螺旋形的所述金属丝，获得多个带有切口的金属环；

用所述焊接夹具将多个所述金属环固定，形成金属网状球体，并焊接多个所述金属环的切口、交接点和交叉点；

将所述焊接夹具拆除。

进一步地，所述采用定形夹具将金属丝固定为螺旋形，并定形处理的步骤具体包括：

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；

将固定有所述金属丝的所述定形夹具进行退火处理。

进一步地，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。

本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置及制作方法，采用定形夹具将金属丝固定为螺旋形后，再从定形夹具上切割螺旋形的金属丝，得到多个带有切口的金属环，金属环的制作过程较简单、省力；然后，焊接夹具的多个夹件层叠放置并通过固定结构固定，多个金属环被夹持固定在相邻的两个夹件之间，进而通过焊接夹具可将多个金属环组装固定成一个金属网状球体，最后，对多个金属环的交接点和交叉点进行焊接，完成金属网状球体的制作。相比现有技术的直接在成型模具上焊接的方案，采用专门的焊接夹具将金属环固定，不会损伤模具，且焊接较方便。另外，由于焊接夹具的多个夹件可根据金属环的形状发生适应性形变，多个夹件在固定多个金属环时，可利用其形变固定在金属环任意位置，可方便地将金属环组装固定成金属网状球体，且不用特意设置与金属环形状匹配的结构，减少加工成本。

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为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置的定形夹具的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置的焊接夹具的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置的焊接夹具将多个金属环固定为只有经线的网状球体的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置的焊接夹具将多个金属环固定为网状球体的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置加工成的金属网状球体的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置的焊接夹具的夹件包括多个子夹件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置的焊接夹具的夹件的多个子夹件之间通过棉线缠绕连接的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置的焊接夹具的夹件的子夹件为条形的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置的焊接夹具的夹件的子夹件为梯形的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置的焊接夹具将多个金属环固定为网状球体的局部结构示意图；

图11为本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置的定形夹具的结构示意图二；

图12为本发明实施例提供的金属网状球体的制作方法的流程示意图一；

图13为本发明实施例提供的金属网状球体的制作方法的流程示意图二。

附图标记：

1-定形夹具；11-定形管；12-连接结构；121-连接板；122-安装螺栓；2-焊接夹具；21-夹件；211-子夹件；22-焊接避让空间；3-固定结构；31-第一圈部；32-第二圈部；4-金属环；5-棉线；6-焊接激光。

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。

第一方面，本发明实施例提供一种金属网状球体的加工装置，如图1和图2所示，包括：定形夹具1和焊接夹具2，定形夹具1用于将金属丝固定为螺旋形，焊接夹具2包括多个夹件21，多个夹件21层叠放置并通过固定结构3固定，相邻的两个夹件21之间用于夹持固定金属环4，夹件21可根据金属环4的形状发生适应性形变。

本发明实施例提供的金属网状球体的加工装置，如图1所示，采用定形夹具1将金属丝固定为螺旋形后，再从定形夹具1上切割螺旋形的金属丝，得到多个带有切口的金属环4，金属环4的制作过程较简单、省力；然后，如图2、图3和图4所示，焊接夹具2的多个夹件21层叠放置并通过固定结构3固定，多个金属环4被夹持固定在相邻的两个夹件21之间，进而通过焊接夹具2可将多个金属环4组装固定成一个金属网状球体，最后，对多个金属环4的交接点和交叉点进行焊接，参照图5，完成金属网状球体的制作。相比现有技术的直接在成型模具上焊接的方案，采用专门的焊接夹具2将金属环4固定，不会损伤模具，且焊接较方便。另外，由于焊接夹具2的多个夹件21可根据金属环4的形状发生适应性形变，多个夹件21在固定多个金属环4时，可利用其形变固定在金属环4任意位置，可方便地将金属环4组装固定成金属网状球体，且不用特意将模具设置与金属环4形状匹配的结构，减少加工成本。

多个夹件21可根据金属环4发生适应性形变，可以有多种实现方式，例如，每个夹件21由多个部件组成，各个部件之间具有间隙且柔性连接；或夹件21由弹性材料制成。

具体地，如图6和图7所示，夹件21包括多个子夹件211，相邻的两个子夹件211之间柔性连接或可转动连接。这样，当相邻的两个夹件21之间具有金属环4时，两个夹件21的多个子夹件211受金属环4挤压，通过多个子夹件211之间的柔性连接或可转动连接，多个子夹件211的相对位置会发生变化，以适应金属环4的形状结构，进而多个夹件21可根据金属环4发生适应性形变，以将金属环4夹持固定。

相邻的两个子夹件211之间柔性连接的方式有多种，例如，如图7所示，相邻的两个子夹件211之间通过棉线5缠绕连接。或采用橡胶和织物面料等材料连接等。相邻的两个子夹件211之间可转动连接可以是相邻的两个子夹件211的侧壁通过一转动轴铰接，或通过一圆形旋转件连接等。

子夹件211的形状可有多种，只要组成夹件21即可，例如，如图6、图8和图9所示，所述子夹件211为环形、条形或梯形块。当然，根据需要，子夹件211还可以是其他形状，例如圆形等，在此不在一一列举。

需要说明的是，图6、图8和图9中是以夹件21为环形为例，来展示子夹件211的形状的。当然，夹件21也可以是其他形状，可以根据实际需要来设置，且夹件21设置成其他形状时，子夹件211的多个形状(环形、条形或梯形块)仍然可以组成夹件21。

夹件21由弹性材料制成，也可以实现多个夹件21可根据金属环4发生适应性形变。由于夹件21由弹性材料制成，当相邻的两个夹件21之间设置金属环4时，夹件21可根据金属环4的形状结构发生适应性的弹性形变，进而将金属环4夹持固定。

夹件21的弹性材料，有多种选择，进过大量实验验证，优选地，夹件21由橡胶、塑料或铝合金材料制成。其中，材料的弹性模量在0.2～5Gpa(200～5000兆帕)之间，为最优选择。

固定结构3将多个夹件21固定可以有多种实现方式，例如，粘接、焊接、螺钉连接和卡接连接等。其中，粘接和焊接的方式不利于拆卸，影响焊接夹具2的多次使用。螺纹连接和卡接连接的方式需要在夹件21上开孔或者设置卡接结构，开孔会使夹件21的整体性能下降，而卡接结构与夹件21的连接比较困难。为了方便将多个夹件21固定，且保证固定牢靠易操作，如图2所示，固定结构3为卡圈，卡圈可将多个夹件21捆扎固定。通过卡圈将多个夹件21捆扎固定，与螺纹连接和卡接连接等方式相比，捆扎固定的方式更加有利用具有弹性的夹件21的固定，且易操作。

由于多个夹件21为弹性材料制成，会出现被卡圈捆扎固定的位置附近的夹持力大，而离卡圈较远的位置夹持力较小，这样，为了保证多个夹件21对金属环4的夹持固定稳固，如图10所示，卡圈包括环绕夹件21的周向设置的第一圈部31和第二圈部32，金属环4位于第一圈部31和第二圈部32之间。这样，金属环4受第一圈部31和第二圈部32对夹件1的捆扎，被夹件1夹持固定的较为牢靠，同时，第一圈部31和第二圈部32还可以对金属环4进行进一步的限位。

需要说明的是，固定结构3可以是卡圈，也可以是扎带、金属线材等，即，卡圈可以是具有弹性的也可以不具有弹性，都可以将多个夹件21捆扎固定。同时，卡圈可以为多个，以使多个夹件21的多个位置被捆扎固定。另外，为了方便操作，卡圈可以是可与铝钉扎口机配合使用的铝制卡扣，通过铝钉扎口机的操作将多个夹件21夹持固定，提高工作效率。

为了使夹件21夹持固定金属环4更稳固，如图2和图10所示，多个夹件21的形状相同，且相邻的两个夹件21之间为面接触。多个夹件21的形状相同，可以保证相邻的两个夹件21互相靠近的一侧尽量多的接触，增多可夹持金属环4的位置；相邻的两个夹件21之间为面接触，增大夹件21与金属环4的接触面积，增大摩擦力，进而使夹件21夹持固定金属环4更稳固。

为了使焊接夹具2将多个金属环4固定后形成的网状球体更稳固，优选靠近多个金属环4的交接点或交叉点固定，进而，为了给焊接预留出焊接位置，如图2和图10所示，夹件21为环形结构，环形结构的中部为焊接避让空间22。环形结构的夹件21的中部的焊接避让空间22可以进行焊接操作，同时，设置成环形结构的夹件21可以保证将位于焊接避让空间22一周围的金属环4夹持。

需要说明的是，为直观的看到焊接避让空间22的作用，图10中还标示出了焊接激光6，多个金属环4的对接点位于焊接避让空间22内，焊接激光6在焊接避让空间22内进行焊接，不会损伤夹具。

对于环形结构的夹件21，经过多次验证，得到一个较优的结构尺寸。夹件21的内径和外径太小时，对应的焊接避让空间22会太小，不利于焊接操作，且焊接可能破坏或灼烧夹件21。同时，对于曲率或结构变化较大的金属环4，使夹件21的变形较大，相邻的两个夹件21不能很好的紧密接触，不易固定；夹件21的内径和外径太大时，离金属环4的焊接部位较远，这样对焊接部位的定位作用会相对减弱，金属环4在焊接时易发生位置移动。因此，优选的，每个夹件21的内径10～20毫米，外径为30～50毫米。

当夹件21为弹性材料制成时，环形结构的夹件21的厚度影响夹件21的弹力和夹持稳固性，如果夹件21的厚度过小，夹件21的弹性形变较大，但是夹持金属环4的稳固性不佳；如果夹件21的厚度过大，可提升夹持金属环4的稳固性，但是夹件21的弹性形变较小，相邻的两个夹件21不能很好的紧密接触。因此，优选地，每个夹件21厚度为3～10毫米。

每相邻的两个夹件21之间可以用来夹持金属环4，为了节省焊接工艺的操作时间，在可以保证夹持固定金属4的前提下，应尽量减少夹件21的个数。如图2和图10所示，夹件21为两个，以图中所示方位来说，分别为上夹件和下夹件，上夹件和下夹件通过固定结构3上下扣合抵靠，上夹件和下夹件之间用于夹持固定金属环4。

定型夹具1用于将金属丝固定为螺旋形，具体的，如图1和图11所示，定形夹具1包括定形管11和连接结构12，定形管11用于绕设金属丝，连接结构12能够将金属丝固定在定形管11上。这样，金属丝可缠绕在定型管11上，呈螺旋形，然后利用连接结构12将金属丝与定形管11固定。

可选地，连接结构的方案有多种，如连接结构为定形管11轴向两端的两个压扣，金属丝缠绕在定形管11上后，旋转两个压扣将金属丝的两端压紧；或如图1和图11所示，连接结构12包括连接板121和至少两个安装螺栓122，定形管11沿轴向的两端通过安装螺栓122与连接板121固定连接，以使连接板121的下表面与金属丝压紧。优选地，采用连接板121的方案，连接力更可靠。

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11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的定形管11进行热处理，消除金属丝内部的应力。因此，优选地，定形管11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。

第二方面，本发明实施例还提供一种采用上述的加工装置制作金属网状球体的制作方法，如图12所示，包括以下步骤：

S1、采用定形夹具1将金属丝固定为螺旋形，并定形处理；

S2、从定形夹具1上切割螺旋形的金属丝，获得多个带有切口的金属环4；

S3、用焊接夹具2将多个金属环4固定，形成金属网状球体，并焊接多个金属环4的切口、交接点和交叉点；

S4、将焊接夹具2拆除。

本发明实施例的金属网状球体的制作方法，由于采用了上述的加工装置，因此具有同样的有益效果，即，操作步骤较简单，且焊接操作不会对定形模组产生影响。

需要说明的是，本发明实施例的金属网状球体的制作方法，由于采用了焊接夹具2将多个金属环4固定，可以一次形成金属网状球体，然后再整体焊接，减少了焊接工艺流程，提高生产效率。也可以分步固定和焊接金属环4，以减少焊接应力。例如，参照图5，金属网状球体包括多个金属环4形成的经线，以及一个金属环4形成的纬线。参照图4，可以是经线和纬线都全部被焊接夹具2固定后，再经线焊接。参照图3和图4，也可以是先将经线组装并焊接，再将纬线焊接。

进一步地，如图13所示，采用定形夹具1将金属丝固定为螺旋形，并定形处理的步骤具体包括：

S11、将金属丝绕设在定形管11上，并通过连接结构12将金属丝与定形管11固定；

S12、将固定有金属丝的定形夹具1进行退火处理。

将固定有金属丝的定形夹具1可放入高温退火炉中进行退火处理，从而使金属丝的晶格发生改变，不仅消除了金属丝形变后内部的应力，同时也使其硬度降低，从而更加有利于金属丝的塑形，切割后金属丝的形状不易改变，也不易断裂。

具体地，退火处理具体包括：将固定有金属丝的定形夹具1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。这种退火方法可防止金属丝在退火过程中与氧气发生化学反应而被氧化。

以上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，可轻易想到的变化或替换，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：定形夹具和焊接夹具，所述定形夹具用于将金属丝固定为螺旋形，所述焊接夹具包括多个夹件，多个所述夹件层叠放置并通过固定结构固定，相邻的两个所述夹件之间用于夹持固定金属环，所述夹件可根据所述金属环的形状发生适应性形变。

2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，每个所述夹件包括多个子夹件，相邻的两个所述子夹件之间柔性连接或可转动连接。

3.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述夹件由弹性材料制成。

4.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述固定结构为卡圈，所述卡圈可相邻的所述夹件捆扎固定。

5.根据权利要求4所述的加工装置，其特征在于，所述卡圈包括环绕所述夹件的周向设置的第一圈部和第二圈部，所述金属环位于所述第一圈部和所述第二圈部之间。

6.根据权利要求1所述的加工装置，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。

8.一种采用权利要求1～7中任一项所述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，并定形处理；

从所述定形夹具上切割螺旋形的所述金属丝，获得多个带有切口的金属环；

用所述焊接夹具将多个所述金属环固定，形成金属网状球体，并焊接多个所述金属环的切口、交接点和交叉点；

将所述焊接夹具拆除。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述采用定形夹具将金属丝固定为螺旋形，并定形处理的步骤具体包括：

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；

将固定有所述金属丝的所述定形夹具进行退火处理。

10.根据权利要求9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。