CN112367758B - 强流重离子加速器装置快脉冲磁铁叠压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁叠压方法，取设有可水平方向夹持的压紧机构的压机和模具，模具倾斜安装在压机上；喷涂脱模剂，在模具上放置若干张冲片；用可水平方向夹持的压紧机构挤压，在冲片顶部进行顶压；用扭力扳手施压；测量第一次压紧后全部冲片的长度；重复压紧、测量，至所需冲片全部放到模具上，再压紧、重复压紧、测量，得半成品铁芯；半成品铁芯进行三次加热保温，每次加热保温后均冷却至室温，测量长度；固化，拆除模具；检测铁芯厚度、平面度和垂直度，完成强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁的叠压。该叠压方法保证铁芯整体精度，满足后续强流重离子加速器装置需求。

Description

强流重离子加速器装置快脉冲磁铁叠压方法

技术领域

本发明属于强流重离子加速器制造技术领域，涉及一种强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁叠压方法。

背景技术

强流重离子加速器装置(High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility，简称HIAF)由超导直线加速器、同步增强器、高能放射性束流线、储存环谱仪以及若干实验测量装置构成。HIAF项目以认识原子核内有效相互作用、理解宇宙中重元素的来源为主要科学目标，是一台集成超导离子源、超导直线加速器和环形同步加速器等领域最先进的技术、束流指标先进、以核物理和原子物理为主、兼顾多学科用途的重离子科学综合研究装置，为核物理和核天体物理基础研究、原子物理、重离子束应用研究提供国际领先水平的实验平台，使我国核物理基础研究在原子核层次上的整体水平进入国际先进行列。依托HIAF，能够拓展核素存在版图，研发先进实验技术和方法，开展前沿物理研究；同时，开展重离子束应用研究，服务国家经济社会发展。超导直线加速器中的二级样铁结构，如图1，其主体包括两个扣合且通过螺栓固定连接的如图2所示的二级铁1。二级铁1由图3所示的若干张冲片叠压而成，由于二级铁1的长度约3m，叠压长度较长，而且叠压精度要求高，现有制造技术难以满足二级铁1的精度要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够满足二级铁精度要求的强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁叠压方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁叠压方法，具体按以下步骤进行：

1）取压机，该压机上设有可水平方向夹持的压紧机构；

取模具，该模具包括底板，底板上固接有固定靠板和两块条形的垫板，固定靠板竖直安装于底板的一端，两块垫板平行设置于底板上，且两块垫板位于固定靠板的同一侧，底板上加工有沿底板长度方向设置的两排螺纹孔；

2）将模具吊放到压机上，使底板倾斜设置；

3）在模具上喷涂脱模剂，然后，在垫板上放置第一片冲片，该第一片冲片带有毛刺的端面朝向背离固定靠板的方向；

4）数冲片，码冲片，每码放40张冲片，用铜锤垫上胶木块将冲片敲击平整；然后，将敲击平整的冲片放置在两块垫板上，直至垫板上放置的所有冲片的总长度为300mm；

5）通过压机上的可水平方向夹持的压紧机构对垫板上放置的多张冲片进行挤压；接着，在这些冲片的顶部放置顶压垫块，形成平行设置的两列垫块，在该两列垫块上放置多个上顶压块，每两个上顶压块压在平行设置的两块顶压垫块上，将拉紧螺杆穿入上顶压块两端上的通孔内，拉紧螺杆的下端旋入底板上相应的螺纹孔内，每根拉紧螺杆的上端套上大垫片及铜螺母；

6）拧紧每个铜螺母，然后，用扭力扳手再次拧紧每个铜螺母，压紧扭力为100N.m；

7）测量第一次压紧后模具上全部冲片形成的长度数据并记录；

8）松开所有的铜螺母，然后重复步骤6），并再次测量所有冲片形成的长度数据并记录；

9）重复步骤6）、步骤7）和步骤8），直至重复步骤6）时扭力扳手的扭力为500N.m；

10）松开所有的铜螺母和可水平方向夹持的压紧机构，然后，重复步骤4），使垫板上所有的冲片的总长度为600mm，再重复步骤5）～步骤9）；

11）松开所有的铜螺母和可水平方向夹持的压紧机构，然后，重复步骤4），使垫板上所有的冲片的总长度为920mm，再重复步骤5）～步骤9），在模具上得到半成品铁芯；

12）松开可水平方向夹持的压紧机构，将模具和半成品铁芯从压机上卸下；在半成品铁芯上安装两个测温探头，在模具上安装一个测温探头；

13）测量半成品铁芯的各点长度并记录，用300±5N.m的扭矩拧紧所有的铜螺母，压紧半成品铁芯；将半成品铁芯和模具置于温度170℃的环境中保温32.5h，自然冷却至室温，松开所有的铜螺母，测量第一次加热保温压紧后半成品铁芯的各点长度并记录；

14）用400±5N.m的扭矩拧紧所有的铜螺母，然后，将第一次加热保温压紧后的半成品铁芯和模具置于温度为150℃的的环境中，保温29小时，自然冷却至室温，松开所有的铜螺母，测量第二次加热保温压紧后半成品铁芯的各点长度并记录；再用500±5N.m的扭矩拧紧所有的铜螺母，然后，将第二次加热保温压紧后半成品铁芯和模具置于温度为170℃的环境中，保温30～35小时，自然冷却至室温，测量第三次加热保温压紧后半成品铁芯各点长度并记录；

15）将第三次加热保温压紧后半成品铁芯和模具置于温度为200～230℃的环境中固化12～16小时，取出，当固化后半成品铁芯温度＜70℃后，将模具和固化后半成品铁芯吊到指定区域；拆卸拉紧螺杆、上顶压块和顶压垫块，得铁芯，将铁芯从模具上吊出，并称重；

16）按要求检测铁芯的厚度尺寸、平面度和垂直度，完成强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁的叠压。

本发明叠压方法采用分段叠压工艺，保证铁芯整体精度。在大型冲片铁叠压工艺方面有了新突破，能够满足后续强流重离子加速器装置需求。

附图说明

图1是现有技术中二级样铁的示意图。

图2是图1所示二级样铁中二级铁的示意图。

图3是组成图2所示二级铁的冲片的示意图。

图4是本发明叠压方法中使用的压机的示意图。

图5是本发明叠压方法中使用的模具的示意图。

图6是图5所示模具中垫板的示意图。

图7是本发明叠压方法中压机和模具的使用状态图。

图中：1.二级铁，2.控制电柜，3.压机平台，4.压机底座，5.丝杠固定座，6.丝杠，7.动板，8.丝杠支座，9.垫板，10.固定靠板，11.底板，12.螺纹孔，13.垫板本体，14.第一台阶，15.第二台阶，16.第三台阶，17.拉紧螺杆，18.上顶压块，19.顶压垫块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种将很多张图3所示的冲片叠压成图2所示的强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁的方法，具体按以下步骤进行：

1）取图4所示的压机，该压机包括底座4，底座4上安装有控制电柜2和压机平台3，压机平台3上安装有丝杠固定座5和丝杠支座8，丝杠固定座5和丝杠支座8通过两根丝杠6相连，丝杠固定座5内设有驱动丝杠6旋转的驱动机构，该驱动机构由电动机提供动力，该电动机与控制电柜2相连，两根丝杠6上套装有动板7，动板7可沿丝杠6的轴线方向往复移动。

丝杠固定座5、两根丝杠6、动板7和丝杠支座8组成可水平方向夹持的压紧机构。

取图5所示的模具，该模具包括底板11，底板11上固接有固定靠板10和两块条形的垫板9，固定靠板10竖直安装于底板11的一端，两块垫板9平行设置于底板11上，且两块垫板9位于固定靠板10的同一侧，底板11上加工有沿底板11长度方向设置的两排螺纹孔12。垫板9的结构如图6所示，包括板状的垫板本体13，垫板本体13的上端面上分别设置有第一台阶14、第二台阶15和第三台阶16，第一台阶14和第三台阶16分别位于垫板本体13的两侧，第二台阶15与第三台阶16朝向第一台阶14的侧壁固接，第一台阶14上端面的高度位置与第二台阶15上端面的高度位置相平齐，第三台阶16上端面的高度位置高于第二台阶15上端面的高度位置；第一台阶14的上端面为第一定位面A，第三台阶16朝向第一台阶14的侧面为第二定位面B；两根垫板9上的第三台阶16相邻设置；

2）将模具吊放到压机平台3上，使底板11安装固定靠板10的一端朝向丝杠固定座5，吊起底板11安装有固定靠板10的一端，在底板11和压机平台3之间放置垫铁，使底板11与压机平台3之间的夹角为15～20°，将模具固定在压机平台3上；该模具位于丝杠固定座5、动板7和两根丝杠6围成的空间内；并且，调整丝杠固定座5和丝杠支座8的高度位置与倾斜角度，使丝杠6与水平面之间的夹角与底板11和压机平台3之间的夹角相同；

3）在固定靠板10朝向垫板9的端面上以及垫板9的定位面和各接触面上喷涂脱模剂，然后，在两块垫板9上放置第一片冲片，该第一片冲片带有毛刺的端面朝向背离固定靠板10的方向；

4）数冲片，码冲片，同时核对数量，5张冲片为一组，形成一个冲片组合，每个冲片组合中所有冲片上带有毛刺的端面同向设置，依次取120组冲片组合，共600张冲片，每码放8组（40张）冲片组合，用铜锤垫上胶木块敲整每组冲片组合，将每组冲片组合中的冲片敲击平整；然后，将多个冲片组合放置在两块垫板9上，直至垫板9上放置的所有冲片的总长度为300mm；

图3所示的冲片放到两块垫板9上，其中一块垫板9上的第一定位面A与冲片上的基准面C1相接触，该垫板9上的第二定位面B与冲片上的基准面C2相接触；则，另一块垫板9上的第一定位面A与冲片上的基准面C3相接触，该另一块垫板9上的第二定位面B与冲片上的基准面C4相接触。

5）启动电动机，电动机通过驱动机构驱动两根丝杠6旋转，使得动板7向丝杠固定板5的方向移动，对垫板上放置的多张冲片进行挤压；接着，在这些冲片的顶部放置顶压垫块19，形成平行设置的两列垫块，在该两列垫块上放置多个上顶压块18，每两个上顶压块18压在平行设置的两块顶压垫块19上，将拉紧螺杆17穿入上顶压块18两端上的通孔内，拉紧螺杆17的下端旋入底板11上相应的螺纹孔12内，每根拉紧螺杆17的上端套上大垫片及铜螺母，如图7所示；

6）拧紧每个铜螺母，然后，用扭力扳手再次拧紧每个铜螺母，压紧扭力为100N.m，要求先拧紧所有上顶压块18中位于中间位置的上顶压块18上的两个铜螺母，然后以该位于中间位置的上顶压块18为基准，从该上顶压块18的两个方向对称拧紧所有的铜螺母，拧紧过程中，待扭力扳手发出两次咔哒声后停止压紧；

7）用游标卡尺测量第一次压紧后模具上全部冲片形成的长度数据并记录；

8）松开所有的铜螺母，然后重复步骤6），并再次测量所有冲片形成的长度数据并记录；

9）重复步骤6）、步骤7）和步骤8），直至重复步骤6）时扭力扳手的扭力为500N.m；

10）松开所有的铜螺母，通过电动机驱动两根丝杠6旋转，使动板7向远离丝杠固定座5的方向移动，然后，重复步骤4），使垫板9上所有的冲片的总长度为600mm，再重复步骤5）～步骤9）；

11）松开所有的铜螺母，使动板7向远离丝杠固定座5的方向移动，然后，重复步骤4），使垫板9上所有的冲片的总长度为920mm，再重复步骤5）～步骤9），在模具上得到半成品铁芯；

12）启动电动机，驱动两根丝杠6旋转，使动板7向远离丝杠固定板5的方向移动，将模具和半成品铁芯从压机上卸下；在半成品铁芯上安装两个测温探头，在模具上安装一个测温探头；

13）测量半成品铁芯的各点长度并记录，用300±5N.m的扭矩拧紧所有的铜螺母，压紧半成品铁芯；将半成品铁芯和模具置于温度为170℃的环境中保温32.5h，自然冷却至室温，松开所有的铜螺母，测量第一次加热保温压紧后半成品铁芯的各点长度并记录；

14）用400±5N.m的扭矩拧紧所有的铜螺母，然后，将第一次加热保温压紧后的半成品铁芯和模具置于温度为150℃的的环境中，保温29小时，自然冷却至室温，松开所有的铜螺母，测量第二次加热保温压紧后半成品铁芯的各点长度并记录；再用500±5N.m的扭矩拧紧所有的铜螺母，然后，将第二次加热保温压紧后半成品铁芯和模具置于温度为170℃的环境中，保温30～35小时，自然冷却至室温，测量第三次加热保温压紧后半成品铁芯各点长度并记录；

15）将第三次加热保温压紧后半成品铁芯和模具置于温度为200～230℃的环境中固化12～16小时，取出，当固化后半成品铁芯温度＜70℃后，将模具和固化后半成品铁芯吊到指定区域；拆卸拉紧螺杆17、上顶压块18和顶压垫块19，得铁芯，将铁芯从模具上吊出，并称重；

16）按要求检测铁芯的厚度尺寸、平面度和垂直度，完成强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁的叠压。

本发明叠压方法通过模具将一片一片带胶的冲片压紧成一个整体，再送入烘箱加热保温，先在低温下加热使胶软化，再在高温（200～230℃）下加热使胶固化，将冲片粘连到一起。通过多次软化、压紧，消除拉紧螺杆17变形造成的影响，而且，每次冷却至室温后，可以进行平整，保证铁芯最终的强度和精度。

由于磁铁整体太长，若整体一次叠压则增加冲片组装难度（累计公差增加），无法保证磁铁上下面平面度及叠压强度，采用分段叠压一是可以通过控制单段精度，最终实现整体磁铁精度可控，另外分段叠压胶片粘连固化效果好，磁铁强度能够满足要求。

Claims (3)

1.一种强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁叠压方法，其特征在于，该叠压方法，具体按以下步骤进行：

1）取压机，该压机上设有可水平方向夹持的压紧机构；

取模具，该模具包括底板（11），底板（11）上固接有固定靠板（10）和两块条形的垫板（9），固定靠板（10）竖直安装于底板（11）的一端，两块垫板（9）平行设置于底板（11）上，且两块垫板（9）位于固定靠板（10）的同一侧，底板（11）上加工有沿底板（11）长度方向设置的两排螺纹孔（12）；

所述的压机包括底座（4），底座（4）上安装有控制电柜（2）和压机平台（3），压机平台（3）上安装有丝杠固定座（5）和丝杠支座（8），丝杠固定座（5）和丝杠支座（8）通过两根丝杠（6）相连，丝杠固定座（5）内设有驱动丝杠（6）旋转的驱动机构，该驱动机构由电动机提供动力，该电动机与控制电柜（2）相连，两根丝杠（6）上套装有动板（7），动板7）可沿丝杠（6）的轴线方向往复移动；

所述的垫板（9）包括板状的垫板本体（13），垫板本体（13）的上端面上分别设置有第一台阶（14）、第二台阶（15）和第三台阶（16），第一台阶（14）和第三台阶（16）分别位于垫板本体（13）的两侧，第二台阶（15）与第三台阶（16）朝向第一台阶（14）的侧壁固接，第一台阶（14）上端面的高度位置与第二台阶（15）上端面的高度位置相平齐，第三台阶（16）上端面的高度位置高于第二台阶（15）上端面的高度位置；第一台阶（14）的上端面为第一定位面A，第三台阶（16）朝向第一台阶14）的侧面为第二定位面B；两根垫板（9）上的第三台阶（16）相邻设置；

 2）将模具吊放到压机上，使底板（11）倾斜设置；

3）在模具上喷涂脱模剂，然后，在垫板（9）上放置第一片冲片，该第一片冲片带有毛刺的端面朝向背离固定靠板（10）的方向；

4）数冲片，码冲片，每码放40张冲片，用铜锤垫上胶木块将冲片敲击平整；然后，将敲击平整的冲片放置在两块垫板（9）上，直至垫板（9）上放置的所有冲片的总长度为300mm；

5）通过压机上的可水平方向夹持的压紧机构对垫板（9）上放置的多张冲片进行挤压；接着，在这些冲片的顶部放置顶压垫块（19），形成平行设置的两列垫块，在该两列垫块上放置多个上顶压块（18），每两个上顶压块（18）压在平行设置的两块顶压垫块（19）上，将拉紧螺杆（17）穿入上顶压块（18）两端上的通孔内，拉紧螺杆（17）的下端旋入底板（11）上相应的螺纹孔（12）内，每根拉紧螺杆（17）的上端套上大垫片及铜螺母；

6）拧紧每个铜螺母，然后，用扭力扳手再次拧紧每个铜螺母，压紧扭力为100N.m；

7）测量第一次压紧后模具上全部冲片形成的长度数据并记录；

8）松开所有的铜螺母，然后重复步骤6），并再次测量所有冲片形成的长度数据并记录；

9）重复步骤6）、步骤7）和步骤8），直至重复步骤6）时扭力扳手的扭力为500N.m；

10）松开所有的铜螺母和可水平方向夹持的压紧机构，然后，重复步骤4），使垫板（9）上所有的冲片的总长度为600mm，再重复步骤5）～步骤9）；

11）松开所有的铜螺母和可水平方向夹持的压紧机构，然后，重复步骤4），使垫板（9）上所有的冲片的总长度为920mm，再重复步骤5）～步骤9），在模具上得到半成品铁芯；

12）松开可水平方向夹持的压紧机构，将模具和半成品铁芯从压机上卸下；在半成品铁芯上安装两个测温探头，在模具上安装一个测温探头；

13）测量半成品铁芯的各点长度并记录，用300±5N.m的扭矩拧紧所有的铜螺母，压紧半成品铁芯；将半成品铁芯和模具置于温度170℃的环境中保温32.5h，自然冷却至室温，松开所有的铜螺母，测量第一次加热保温压紧后半成品铁芯的各点长度并记录；

14）用400±5N.m的扭矩拧紧所有的铜螺母，然后，将第一次加热保温压紧后的半成品铁芯和模具置于温度为150℃的的环境中，保温29小时，自然冷却至室温，松开所有的铜螺母，测量第二次加热保温压紧后半成品铁芯的各点长度并记录；再用500±5N.m的扭矩拧紧所有的铜螺母，然后，将第二次加热保温压紧后半成品铁芯和模具置于温度为170℃的环境中，保温30～35小时，自然冷却至室温，测量第三次加热保温压紧后半成品铁芯各点长度并记录；

15）将第三次加热保温压紧后半成品铁芯和模具置于温度为200～230℃的环境中固化12～16小时，取出，当固化后半成品铁芯温度＜70℃后，将模具和固化后半成品铁芯吊到指定区域；拆卸拉紧螺杆（17）、上顶压块（18）和顶压垫块（19），得铁芯，将铁芯从模具上吊出，并称重；

16）按要求检测铁芯的厚度尺寸、平面度和垂直度，完成强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁的叠压。

2.如权利要求1所述的强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁叠压方法，其特征在于，所述步骤1）中，底板（11）与压机上的压机平台（3）之间的夹角为15～20°。

3.如权利要求1所述的强流重离子加速器装置快脉冲二极样铁叠压方法，其特征在于，所述步骤6）中，用扭力扳手再次拧紧每个铜螺母时，先拧紧所有上顶压块（18）中位于中间位置的上顶压块（18）上的两个铜螺母，然后以该位于中间位置的上顶压块（18）为基准，从该上顶压块（18）的两个方向对称拧紧所有的铜螺母。

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