CN116133225A - 超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，包括如下步骤：零件加工：通过将真空腔室模具放置在架台上对半结构的超薄壁真空腔室进行加工；通过3D打印对金属内衬进行制作，通过数控加工中心对法兰进行加工；表面净化：通过有机溶剂清洗和超声波清洗的方式对半结构的超薄壁真空腔室、金属内衬和法兰进行清洗并烘干；装配：将若干个金属内衬放入两个半结构的超薄壁真空腔室之间，将两个分离的半结构的超薄壁真空腔室采用若干个夹具夹紧；焊接：将用夹具夹紧的两个半结构的超薄壁真空腔室进行焊接；将两个加工好的法兰焊接在完整的超薄壁真空腔室的两端；检漏：利用氦质谱检漏法检测焊接部位是否漏气。

Description

超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法

技术领域

本发明涉及真空腔室技术领域，具体是关于一种超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法。

背景技术

现今，国内已研究出强流重离子加速器，它是一台束流指标领先、多学科用途的重离子科学研究装置，可以提供高达4.25GeV/u的脉冲重离子束流。束流寿命与真空腔室中的残余气体量、涡流效应及阻抗等相关。

然而，传统的真空腔室的制作方法是相对于壁厚大于1mm的真空腔室进行的，若壁厚为3mm，则按照加工尺寸上下左右侧板线切割然后进行组焊即可。若壁厚小于或等于3mm，且真空腔室截面面积较大时，为了使得制作出的真空腔室有足够的强度和刚度，在上述3mm壁厚真空腔室组焊的基础上，还需对真空腔室外壁做加强处理，加强筋一般是周向全覆盖、长度方向间隔设置，并采用钎焊工艺使其与真空腔室壁面绑定。

传统的制作方法制作出来的壁厚大于1mm的真空腔室的涡流效应和阻抗均比较大。因此，为了增加束流寿命，应减小系统真空压力、降低涡流效应、减小阻抗，须对真空腔室的壁厚进一步降低。当壁厚降低时，采用传统的制作方法便不适合该超薄壁金属内衬真空腔室。

综上，现有技术中还没有针对该超薄壁金属内衬真空腔室的特定制作方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，能够加工超薄壁真空腔室，并使其壁厚控制在0.3mm以内。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，包括如下步骤：

零件加工：通过将真空腔室模具放置在架台上对半结构的超薄壁真空腔室进行加工，半结构的超薄壁真空腔室包括0.1mm-0.3mm的薄壁结构和位于半薄壁结构上的若干组限位压条，若干组限位压条沿着半薄壁结构的长度方向间隔设置；通过3D打印对金属内衬进行制作，通过数控加工中心对法兰进行加工；

表面净化：通过有机溶剂清洗和超声波清洗的方式对半结构的超薄壁真空腔室、金属内衬和法兰进行清洗并烘干；

装配：将若干个金属内衬放入两个半结构的超薄壁真空腔室之间，并使每个金属内衬的两侧分别与两个半薄壁结构上的相邻组限位压条紧配合，将两个分离的半结构的超薄壁真空腔室采用若干个夹具夹紧；

焊接：将用夹具夹紧的两个半结构的超薄壁真空腔室进行焊接，使其形成一个完整的超薄壁真空腔室；将两个加工好的法兰焊接在完整的超薄壁真空腔室的两端，其中，法兰的截面形状与完整的超薄壁真空腔室的横截面的形状相适应；

检漏：利用氦质谱检漏法检测焊接部位是否漏气。

所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，优选地，所述真空腔室模具包括液压缸固定板、上方液压缸、导向柱、凸模底板、凸模A板、定位销、成型模侧板、侧方液压缸、凸模B板、凹模侧板、凹模下板、凹模底板以及下方液压缸；所述液压缸固定板、所述凸模底板和所述凹模底板三者平行且间隔设置；四个所述导向柱的上部分别与所述液压缸固定板的四个边角固定，四个所述导向柱的下部分别与所述凹模底板的四个边角固定，所述凸模底板的四个边角套设在四个所述导向柱的中部且能够沿着所述导向柱的长度方向滑动；所述上方液压缸的缸筒穿过所述液压缸固定板并与所述液压缸固定板固定，其活塞杆穿过所述凸模底板并与所述凸模底板固定，所述上方液压缸的活塞杆的自由端与所述凸模A板固定；两个所述成型模侧板分别设置于所述凸模A板的两侧，且所述成型模侧板上设置有若干个所述定位销；两个所述侧方液压缸的缸筒分别与所述凹模底板固定，两个所述侧方液压缸的活塞杆的自由端分别与两个所述成型模侧板的第一端连接，所述成型模侧板的第二端用于对待冲压平板的两侧进行冲压；所述凸模B板与所述凸模A板固定连接；两个所述凹模侧板分别设置于两个所述成型模侧板的下方，且所述凹模侧板的底部与所述凹模底板固定；所述凹模下板设置于两个所述凹模侧板之间；所述下方液压缸的缸筒穿过所述凹模底板并与所述凹模底板固定，其活塞杆的自由端与所述凹模下板连接。

所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，优选地，所述对半结构的超薄壁真空腔室进行加工具体通过以下步骤实现：

冲压之前，将凸模A板和凸模B板通过上方液压缸向上移动，将凹模下板通过下方液压缸向上移动；使凹模侧板、凹模底板固定不动，当凹模下板移动到与成型模侧板上沿平齐时停止，凸模A板和凸模B板继续向上运动，使凹模下板与凸模B板留有设定距离时停止，然后将两侧的成型模侧板在侧方液压缸的作用下向两边移动，移动到最外侧；

冲压时，先将超薄壁的待冲压平板放置在凹模下板和凸模B板之间，利用定位销定位，然后使凸模A板和凸模B板向下移动并与凹模下板夹紧平板，此时，凸模A板、凸模B板和凹模下板一起向下运动，此时待冲压平板上下被挤压成型，然后两侧的成型模侧板在侧方液压缸的作用下向里移动，完成两侧的挤压；

脱模时，先将两侧的成型模侧板向外移动，然后将凸模A板、凸模B板和凹模下板同时向上移动，凹模下板移动到与成型模侧板上沿平齐停止，凸模A板和凸模B板继续向上运动，成型好的超薄壁真空腔室完成制作。

所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，优选地，当半结构的超薄壁真空腔室的长度大于一个真空腔室模具所加工的极限长度时，真空腔室模具为多个，多个真空腔室模具纵向依次设置；相邻的真空腔室模具的凸模底板通过固定板连接。

所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，优选地，在两个凹模侧板的内侧和凹模下板顶部分别设置有若干个条形凸起；相应的，在凸模B板的两侧和底部分别设置有对应的若干个条形凹陷；在冲压后条形凸起和条形凹陷配合使半结构的超薄壁真空腔室内形成若干组限位压条。

所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，优选地，在装配时，相邻两个夹具的距离为10mm-200mm。

所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，优选地，采用以下方式对两个半结构的超薄壁真空腔室和两个法兰进行焊接：

先用氩弧焊进行点焊，点焊间距3mm-15mm，然后用氩弧焊完成全部焊接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)由于对于小于0.3mm壁厚的大尺寸任意弧度超薄壁真空室，同时要将形位公差精度控制在0.3mm以内，加工是非常难的，本发明采用冲压模具一次成型，然后焊接到一起，可以解决这一难题；

(2)本发明中，焊接采用点焊之后，满焊的方式进行，该方式焊接可靠，不变形；

(3)整套制作方法符合超高真空制作标准。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明的制作工艺流程图；

图2是真空腔室模具的正视结构示意图；

图3是真空腔室模具的轴测结构示意图；

图4是待冲压平板放置定位示意图；

图5是凹模结构示意图；

图6是凸模结构示意图；

图7是焊接夹具结构示意图；

图8是超薄壁金属内衬真空腔室的结构示意图；

图9是图8中的金属内衬的结构示意图。

附图中各标记表示如下：

1-上方液压缸；2-凸模底板；3-凸模A板；4-定位销；5-成型模侧板；6-侧方液压缸；7-凸模B板；8-凹模侧板；9-凹模下板；10-凹模底板；11-下方液压缸；12-架台；13-固定板；14-液压缸固定板；15-导向柱；16-待冲压平板；17-条形凸起；18-条形凹陷。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提供一种超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，采用冲压模具对半结构超薄壁真空腔室进行一次成型加工，然后将两个半结构的超薄壁真空腔室焊接到一起，可以解决壁厚的精度控制在0.3mm以内的加工困难的问题。

如图1所示，本发明提供的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，包括如下步骤：

零件加工：通过将真空腔室模具放置在架台12上对半结构的超薄壁真空腔室进行加工，半结构的超薄壁真空腔室包括0.1mm-0.3mm的薄壁结构和位于半薄壁结构上的若干组限位压条，若干组限位压条沿着半薄壁结构的长度方向间隔设置；通过3D打印对金属内衬进行制作，通过数控加工中心对法兰进行加工；

表面净化：通过有机溶剂清洗和超声波清洗的方式对半结构的超薄壁真空腔室、金属内衬和法兰进行清洗并烘干；

装配：将若干个金属内衬放入两个半结构的超薄壁真空腔室之间，并使每个金属内衬的两侧分别与两个半薄壁结构上的相邻组限位压条紧配合，将两个分离的半结构的超薄壁真空腔室采用若干个夹具夹紧；

焊接：将用夹具夹紧的两个半结构的超薄壁真空腔室进行焊接，使其形成一个完整的超薄壁真空腔室；将两个加工好的法兰焊接在完整的超薄壁真空腔室的两端，其中，法兰的截面内圈形状与完整的超薄壁真空腔室的横截面的形状相适应；

检漏：利用氦质谱检漏法检测焊接部位是否漏气，其中，氦质谱检漏法是将真空腔室的一端采用盲板法兰封堵，另一端连接氦质谱检漏仪，然后在真空腔室的外面朝向外壁面喷吹氦气，当氦质谱检漏仪检测到其漏率低于1×10^-10mbar·L/s且外部喷氦时检漏仪没有响应视为不漏气。

在上述实施例中，优选地，如图2和图3所示，真空腔室模具包括液压缸固定板14、上方液压缸1、导向柱15、凸模底板2、凸模A板3、定位销4、成型模侧板5、侧方液压缸6、凸模B板7、凹模侧板8、凹模下板9、凹模底板10以及下方液压缸11；液压缸固定板14、凸模底板2和凹模底板10三者平行且间隔设置；四个导向柱15的上部分别与液压缸固定板14的四个边角固定，四个导向柱15的下部分别与凹模底板10的四个边角固定，凸模底板2的四个边角套设在四个导向柱15的中部且能够沿着导向柱15的长度方向滑动；上方液压缸1的缸筒穿过液压缸固定板14并与液压缸固定板14固定，其活塞杆穿过凸模底板2并与凸模底板2固定，上方液压缸1的活塞杆的自由端与凸模A板3固定；两个成型模侧板5分别设置于凸模A板3的两侧，且成型模侧板5上设置有若干个定位销4，在后续放置待冲压平板后，定位销4可以在长度方向和宽度方向进行限位。两个侧方液压缸6的缸筒分别与凹模底板10固定，两个侧方液压缸6的活塞杆的自由端分别与两个成型模侧板5的第一端连接，成型模侧板5的第二端用于对待冲压平板16(见图4)的两侧进行冲压；凸模B板7与凸模A板3固定连接；两个凹模侧板8分别设置于两个成型模侧板5的下方，且凹模侧板8的底部与凹模底板10固定；凹模下板9设置于两个凹模侧板8之间；下方液压缸11的缸筒穿过凹模底板10并与凹模底板10固定，其活塞杆的自由端与凹模下板9连接。

其中，架台12包括上部框架、四个支腿和下部框架，四个支腿垂向设置于上部框架的四个边角，下部框架设置于支腿的下部并将四个支腿连接在一起。架台的尺寸可以根据真空腔室模具的数量和长度确定。

在上述实施例中，优选地，对半结构的超薄壁真空腔室进行加工具体通过以下步骤实现：

冲压之前，将凸模A板3和凸模B板7通过上方液压缸1向上移动，将凹模下板9通过下方液压缸11向上移动；使凹模侧板8、凹模底板10固定不动，当凹模下板9移动到与成型模侧板5上沿平齐时停止，凸模A板3和凸模B板7继续向上运动，使凹模下板9与凸模B板7留有设定距离时停止，然后将两侧的成型模侧板5在侧方液压缸6的作用下向两边移动，移动到最外侧；

冲压时，先将超薄壁的待冲压平板16放置在凹模下板9和凸模B板7之间，利用定位销4定位，然后使凸模A板3和凸模B板7向下移动并与凹模下板9夹紧平板，此时，凸模A板3、凸模B板7和凹模下板9一起向下运动，此时待冲压平板16上下被挤压成型，然后两侧的成型模侧板5在侧方液压缸6的作用下向里移动，完成两侧的挤压；

脱模时，先将两侧的成型模侧板5向外移动，然后将凸模A板3、凸模B板7和凹模下板9同时向上移动，凹模下板9移动到与成型模侧板5上沿平齐停止，凸模A板3和凸模B板7继续向上运动，成型好的超薄壁真空腔室完成制作。

在上述实施例中，优选地，如图3所示，当半结构的超薄壁真空腔室的长度大于一个真空腔室模具所加工的极限长度时，真空腔室模具为多个，多个真空腔室模具并排设置；相邻的真空腔室模具的凸模底板2通过固定板13连接。

需要说明的是：相邻的凸模A板3、相邻的成型模侧板5、相邻的凸模B板7、相邻的凹模侧板8以及相邻的凹模下板9均相接触。

在上述实施例中，优选地，如图5和图6所示，在两个凹模侧板8的内侧和凹模下板9顶部分别设置有若干个条形凸起17；相应的，在凸模B板7的两侧和底部分别设置有对应的若干个条形凹陷18；在冲压后条形凸起17和条形凹陷18配合使半结构的超薄壁真空腔室内形成若干组限位压条。

需要说明的是，在完整的超薄壁真空腔室内，每组限位压条包括多个限位压条，多个限位压条绕完整的超薄壁真空腔室的内壁周向设置，然而，若干组限位压条沿着完整的超薄壁真空腔室的长度方向间隔设置。

在上述实施例中，优选的，在装配时，相邻两个夹具的距离为10mm-200mm，可以为150mm。其中夹具的结构如图7所示。

在上述实施例中，优选地，采用以下方式对两个半结构的超薄壁真空腔室和两个法兰进行焊接：

先用氩弧焊进行点焊，点焊间距3mm-15mm，然后用氩弧焊完成全部焊接。

另外，本发明中的超薄壁金属内衬真空腔室的结构如图8所示，其中金属内衬如图9所示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过将真空腔室模具放置在架台上对半结构的超薄壁真空腔室进行加工，半结构的超薄壁真空腔室包括0.1mm-0.3mm的薄壁结构和位于半薄壁结构上的若干组限位压条，若干组限位压条沿着半薄壁结构的长度方向间隔设置；通过3D打印对金属内衬进行制作，通过数控加工中心对法兰进行加工；

通过有机溶剂清洗和超声波清洗的方式对半结构的超薄壁真空腔室、金属内衬和法兰进行清洗并烘干；

将若干个金属内衬放入两个半结构的超薄壁真空腔室之间，并使每个金属内衬的两侧分别与两个半薄壁结构上的相邻组限位压条紧配合，将两个分离的半结构的超薄壁真空腔室采用若干个夹具夹紧；

将用夹具夹紧的两个半结构的超薄壁真空腔室进行焊接，使其形成一个完整的超薄壁真空腔室；将两个加工好的法兰焊接在完整的超薄壁真空腔室的两端，其中，法兰的截面形状与完整的超薄壁真空腔室的横截面的形状相适应；

利用氦质谱检漏法检测焊接部位是否漏气。

2.根据权利要求1所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，其特征在于，所述真空腔室模具包括液压缸固定板、上方液压缸、导向柱、凸模底板、凸模A板、定位销、成型模侧板、侧方液压缸、凸模B板、凹模侧板、凹模下板、凹模底板以及下方液压缸；

所述液压缸固定板、所述凸模底板和所述凹模底板三者平行且间隔设置；

四个所述导向柱的上部分别与所述液压缸固定板的四个边角固定，四个所述导向柱的下部分别与所述凹模底板的四个边角固定，所述凸模底板的四个边角套设在四个所述导向柱的中部且能够沿着所述导向柱的长度方向滑动；

所述上方液压缸的缸筒穿过所述液压缸固定板并与所述液压缸固定板固定，其活塞杆穿过所述凸模底板并与所述凸模底板固定，所述上方液压缸的活塞杆的自由端与所述凸模A板固定；

两个所述成型模侧板分别设置于所述凸模A板的两侧，且所述成型模侧板上设置有若干个所述定位销；

两个所述侧方液压缸的缸筒分别与所述凹模底板固定，两个所述侧方液压缸的活塞杆的自由端分别与两个所述成型模侧板的第一端连接，所述成型模侧板的第二端用于对待冲压平板的两侧进行冲压；

所述凸模B板与所述凸模A板固定连接；

两个所述凹模侧板分别设置于两个所述成型模侧板的下方，且所述凹模侧板的底部与所述凹模底板固定；

所述凹模下板设置于两个所述凹模侧板之间；所述下方液压缸的缸筒穿过所述凹模底板并与所述凹模底板固定，其活塞杆的自由端与所述凹模下板连接。

3.根据权利要求2所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，其特征在于，所述对半结构的超薄壁真空腔室进行加工具体通过以下步骤实现：

冲压之前，将凸模A板和凸模B板通过上方液压缸向上移动，将凹模下板通过下方液压缸向上移动；使凹模侧板、凹模底板固定不动，当凹模下板移动到与成型模侧板上沿平齐时停止，凸模A板和凸模B板继续向上运动，使凹模下板与凸模B板留有设定距离时停止，然后将两侧的成型模侧板在侧方液压缸的作用下向两边移动，移动到最外侧；

冲压时，先将超薄壁的待冲压平板放置在凹模下板和凸模B板之间，利用定位销定位，然后使凸模A板和凸模B板向下移动并与凹模下板夹紧平板，此时，凸模A板、凸模B板和凹模下板一起向下运动，此时待冲压平板上下被挤压成型，然后两侧的成型模侧板在侧方液压缸的作用下向里移动，完成两侧的挤压；

脱模时，先将两侧的成型模侧板向外移动，然后将凸模A板、凸模B板和凹模下板同时向上移动，凹模下板移动到与成型模侧板上沿平齐停止，凸模A板和凸模B板继续向上运动，成型好的超薄壁真空腔室完成制作。

4.根据权利要求2所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，其特征在于，当半结构的超薄壁真空腔室的长度大于一个真空腔室模具所加工的极限长度时，真空腔室模具为多个，多个真空腔室模具纵向依次设置；

相邻的真空腔室模具的凸模底板通过固定板连接。

5.根据权利要求2所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，其特征在于，在两个凹模侧板的内侧和凹模下板顶部分别设置有若干个条形凸起；相应的，在凸模B板的两侧和底部分别设置有对应的若干个条形凹陷；在冲压后条形凸起和条形凹陷配合使半结构的超薄壁真空腔室内形成若干组限位压条。

6.根据权利要求1所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，其特征在于，在装配时，相邻两个夹具的距离为10mm-200mm。

7.根据权利要求1所述的超薄壁金属内衬真空腔室的制作方法，其特征在于，采用以下方式对两个半结构的超薄壁真空腔室和两个法兰进行焊接：

先用氩弧焊进行点焊，点焊间距3mm-15mm，然后用氩弧焊完成全部焊接。

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