一种球面栅网成型用工装模具及球面栅网成型方法与流程

本发明涉及一种工装模具及栅网成型方法，特别是涉及一种球面栅网成型用工装模具及球面栅网成型方法，属于真空电子器件电子枪用栅网制造技术领域。

背景技术：

行波管作为真空微波功率放大器件，具有频带宽、增益大、效率高、输出功率大等优点，在各类军用微波发射机中有着广泛的应用，被誉为武器装备的“心脏”。

在脉冲工作情况下，栅控电子枪由于控制栅极的工作电压比阳控电子枪或聚焦极控制电子枪电压低的多，并且控制栅网不截获或只截获很少一部分电流，大大降低了脉冲调制器的功率，免除了研制高压大电流脉冲电源的困难，这些优点使得栅控电子枪被广泛应用于行波管。

栅网在栅控电子枪中是核心零件，通常加工方法有编织加工法、电火花切割法和化学光刻法。其中，编织加工法的优点是加工工艺比较简单，缺点是强度不够高，可靠性较差，精度不高，容易栅极打火，不能用于复杂形状的栅网加工；电火花切割法的优点是自动化程度高，通用性强，但是在精度方面还存在一些不足的地方，另外由于电火花加工出来的栅网表面不容易处理干净，制成的栅网的网丝上常常有毛刺和其它黑色附着物导致表面不光滑，有毛刺，容易造成栅极打火，这样栅极截获电流偏大，从而影响管子的性能和成品率；化学光刻法具有加工精度高，光洁度高，合格率高等优点，有着极大的应用前途，但化学光刻法往往应用于平面栅网的加工，在球面栅网加工方面就存在不足。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种球面栅网成型用工装模具及球面栅网成型方法，特别适用于球面栅网成型。

本发明所要解决的技术问题是提供结构紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强的球面栅网成型用工装模具，便于操作，成本低，通用性强。

本发明所要解决的另一技术问题是提供在采用化学光刻方法加工完成的平面栅网继续加工成球面栅网的球面栅网成型方法，操作性强，具有栅网成型精度高、光洁度高、成型栅网玄高范围大等优点，同时成型后的球面栅网具有强度高、抗疲劳、抗热变形、且表面无毛刺等技术特性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种球面栅网成型用工装模具，包括依次叠装的成型底座、定位压块、玄高尺寸控制环和成型球头杆，所述定位压块通过定位销固定在成型底座的顶面，所述成型底座的顶面设置有成型槽，所述成型球头杆的杆首球头依次贯穿开设于玄高尺寸控制环的第一通孔和开设于定位压块的第二通孔延伸并相匹配落入至定型槽，所述定位槽的槽型及尺寸与待成型平面栅网所需加工成球面栅网的球面形状及尺寸相同，所述成型底座和成型球头杆的杆首球头的表面均呈镜面状。

本发明进一步设置为：所述成型底座的顶面以成型槽为中心、直径为D1的圆周上对称均布四个定位台阶孔，所述定位压块的顶面以第二通孔为中心、直径为D1的圆周上对称开设贯通至定位压块底面的四个定位通孔，所述定位销为四根，每根定位销均依次贯穿定位通孔和定位台阶孔将定位压块固连于成型底座上。

本发明进一步设置为：所述定位台阶孔和定位通孔的直径均为D2、并均与待成型平面栅网上预加工有的栅网定位孔尺寸相同，栅网定位孔所在的圆周尺寸等于直径D1，所述定位销依次贯穿定位通孔、栅网定位孔和定位台阶孔。

本发明进一步设置为：所述第一通孔和第二通孔的孔直径均为D3、并均与待成型平面栅网所需加工成球面栅网的球面直径尺寸相同，所述成型球头杆的杆体径向尺寸等于直径D3。

本发明进一步设置为：所述成型球头杆的杆尾端设置有台阶部，所述台阶部在成型球头杆的杆首球头落入定型槽后压制于玄高尺寸控制环的顶面，台阶部与玄高尺寸控制环顶面的相接触面为台阶面；所述第二通孔的高度为H1，杆首球头的顶点到台阶面的高度为H2，第一通孔的高度为H3，待成型平面栅网所需加工成球面栅网的玄高为H2-（H1+ H3）。

本发明进一步设置为：所述成型底座采用无氧铜材料制成，所述定位压块和玄高尺寸控制环均采用1Cr18Ni9Ti不锈钢制成，所述成型球头杆采用硬度HRC50～55的Cr12钢材制成，所述定位销采用钼材料制成。

本发明还提供一种球面栅网成型方法，包括以下步骤：

1）准备前述的球面栅网成型用工装模具，采用化学光刻方法加工出待成型平面栅网；

2）把待成型平面栅网放置到成型底座上，保持待成型平面栅网上预加工有的栅网定位孔与定位台阶孔对齐，然后用四根定位销将待成型平面栅网定位于成型底座上；

3）将定位压块通过四根定位销穿入定位通孔放置到成型底座，使定位压块压制住待成型平面栅网；

4) 将玄高尺寸控制环放置到定位压块上，保持第一通孔和第二通孔对齐；

5) 将成型球头杆沿第一通孔和第二通孔伸入，使得成型球头杆的杆首球头放置于待成型平面栅网上；

6) 将装好待成型平面栅网的球面栅网成型用工装模具放到电阻炉上，将测温传感器探头插到模具孔上；

7）将整个工装模具加热至270℃±10℃；

8）将整个工装模具放到液压机工作台上进行压制，将液压机压力调5MPa～6MPa对成型球头杆施加压力，使得成型球头杆的台阶面尺寸下降H2-（H1+ H3）为止，保持压力至少10秒；

9）待工装模具冷却后，拆除成型球头杆、玄高尺寸控制环和定位压块，将成型好的球面栅网和成型底座放到工作平台上，用大力钳将定位销拔除；

10）将成型好的球面栅网和成型底座一起放入装有刻蚀溶液的酸洗槽中进行刻蚀，刻蚀时间以能顺利取下成型好的球面栅网为准；

11）刻蚀结束后从刻蚀溶液中取出成型好的球面栅网和成型底座，在流动的自来水下冲洗2-3分钟；

12）用无水乙醇将成型好的球面栅网脱水后放入烘箱中干燥，温度80℃±10℃，时间2-3分钟；

13）将干燥好的球面栅网从烘箱中取出，至此完成球面栅网的成型加工。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明提供的球面栅网成型用工装模具，通过依次叠装的成型底座、定位压块、玄高尺寸控制环和成型球头杆的设置，其中成型球头杆的杆首球头依次贯穿开设于玄高尺寸控制环的第一通孔和开设于定位压块的第二通孔延伸并相匹配落入至定型槽，使得待成型平面栅网根据定位槽的槽型及尺寸加压加工成所需的球面栅网，不仅结构紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强，而且便于操作，成本低，通用性强。

2、本发明提供的球面栅网成型方法，首先采用化学光刻方法加工出待成型平面栅网，然后采用专用的工装模具进行夹装，通过加热、加压、保压、冷却等措施加工得到成型好的球面栅网，最后通过刻蚀、冲洗和干燥制得球面栅网成品，工序有序合理，操作性强，具有栅网成型精度高、光洁度高、成型栅网玄高范围大等优点，同时成型后的球面栅网具有强度高、抗疲劳、抗热变形、且表面无毛刺等技术特性。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明一种球面栅网成型用工装模具的结构示意图；

图2为本发明一种球面栅网成型用工装模具中成型底座的结构示意图；

图3为本发明一种球面栅网成型用工装模具中定位压块的结构示意图；

图4为本发明一种球面栅网成型用工装模具中玄高尺寸控制环的结构示意图；

图5为本发明一种球面栅网成型用工装模具中成型球头杆的结构示意图；

图6为本发明制得的球面栅网的正视结构示意图；

图7为本发明制得的球面栅网的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1至7所示，一种球面栅网成型用工装模具，包括依次叠装的成型底座1、定位压块2、玄高尺寸控制环3和成型球头杆4，所述定位压块2通过定位销5固定在成型底座1的顶面，所述成型底座1的顶面设置有成型槽11，所述成型球头杆4的杆首球头40依次贯穿开设于玄高尺寸控制环3的第一通孔31和开设于定位压块2的第二通孔21延伸并相匹配落入至定型槽11，所述定位槽11的槽型及尺寸与待成型平面栅网所需加工成球面栅网6的球面61形状及尺寸相同，所述成型底座1和成型球头杆4的杆首球头40的表面均呈镜面状。

如图2所示，所述成型底座1采用无氧铜材料制成，整个成型底座1表面光洁度要求达到镜面状态，成型底座1的顶面以成型槽11为中心、直径为D1的圆周上对称均布四个定位台阶孔12。本实施例的成型底座1如图2所示，采用直径为60mm的圆柱体结构的成型底座1，定位台阶孔12的直径为D2=1mm、台阶深度h1=3mm，四个定位台阶孔12分布在直径D1=12mm的圆周上。

如图3所示，所述定位压块2采用1Cr18Ni9Ti不锈钢制成，定位压块2的顶面以第二通孔21为中心、直径为D1的圆周上对称开设贯通至定位压块2底面的四个定位通孔22。定位压块2采用和成型底座1一样的直径为60mm的圆柱体结构，定位通孔22的直径为D2=1mm，四个定位通孔22分布在直径D1=12mm的圆周上；第二通孔21的直径为D3=7.65mm、高度为H1=12mm。

如图4所示，所述玄高尺寸控制环均采用1Cr18Ni9Ti不锈钢制成，第一通孔31的孔直径均为D3=7.65mm、高度为H3=11.28mm。

如图5所示，所述成型球头杆4采用硬度HRC50～55的Cr12钢材制成，杆体径向尺寸等于直径D3=7.65mm，杆首球头40加工成球面，球面直径Ф10.04mm，球头表面光洁度要求达到镜面状态。所述成型球头杆4的杆尾端设置有台阶部41，所述台阶部41在成型球头杆4的杆首球头40落入定型槽11后压制于玄高尺寸控制环3的顶面，台阶部41与玄高尺寸控制环3顶面的相接触面为台阶面42；杆首球头40的顶点到台阶面42的高度为H2=25mm。需要保证的是，待成型平面栅网所需加工成球面栅网的玄高为H2-（H1+ H3）。

如图1和图6所示，所述定位销5采用钼材料制成，定位销5为四根，定位销5的直径为D2=1mm，长度以大于（h1+H1）为宜；定位台阶孔12和定位通孔22的直径均与待成型平面栅网上预加工有的栅网定位孔62尺寸相同，栅网定位孔62所在的圆周尺寸等于直径D1=12mm，每根定位销5均依次贯穿定位通孔22、栅网定位孔62和定位台阶孔12将定位压块2固连于成型底座1上。

如图1和图7所示，所述第一通孔31和第二通孔21的孔直径均为D3=7.65mm、并均与待成型平面栅网所需加工成球面栅网6的球面61直径尺寸相同。

本发明还提供一种球面栅网成型方法，包括以下步骤：

1）准备如图1所示的球面栅网成型用工装模具，采用化学光刻方法加工出待成型平面栅网；

2）把待成型平面栅网放置到成型底座上，保持待成型平面栅网上预加工有的栅网定位孔与定位台阶孔对齐，然后用四根定位销将待成型平面栅网定位于成型底座上；

3）将定位压块通过四根定位销穿入定位通孔放置到成型底座，使定位压块压制住待成型平面栅网；

4) 将玄高尺寸控制环放置到定位压块上，保持第一通孔和第二通孔对齐；

5) 将成型球头杆沿第一通孔和第二通孔伸入，使得成型球头杆的杆首球头放置于待成型平面栅网上；

6) 将装好待成型平面栅网的球面栅网成型用工装模具放到电阻炉上，将测温传感器探头插到模具孔上；

7）将整个工装模具加热至270℃±10℃；

8）将整个工装模具放到液压机工作台上进行压制，将液压机压力调5MPa～6MPa对成型球头杆施加压力，使得成型球头杆的台阶面尺寸下降H2-（H1+ H3）=25mm-（12mm +11.28mm）=1.72mm为止，保持压力至少10秒；

9）待工装模具冷却后，拆除成型球头杆、玄高尺寸控制环和定位压块，将成型好的球面栅网和无氧铜制成的成型底座放到工作平台上，用大力钳将定位销拔除；

10）将成型好的球面栅网和成型底座一起放入装有铜刻蚀溶液的酸洗槽中进行刻蚀，刻蚀时间以能顺利取下成型好的球面栅网为准；

11）刻蚀结束后从刻蚀溶液中取出成型好的球面栅网和成型底座，在流动的自来水下冲洗2-3分钟；

12）用无水乙醇将成型好的球面栅网脱水后放入烘箱中干燥，温度80℃±10℃，时间2-3分钟；

13）将干燥好的球面栅网从烘箱中取出，至此完成球面栅网的成型加工。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。