[发明专利]一种带止口的薄壁金属材料半球壳制造方法

说明书

技术领域

本发明属于精密切削及微细电火花加工领域，具体涉及一种带止口的薄壁金属材料半球壳制造方法。 

背景技术

精密球体是圆度仪、陀螺仪、轴承以及精密测量仪器中的重要元件。在静电陀螺仪中，空心球形转子是静电陀螺仪的核心部件，它的品质优劣和精密程度是直接影响静电陀螺整体精度（定位精度与导航精度）的重要因素，球形转子在高速旋转的工作状态下能保证有较小的球度误差和质量不平衡量，球度误差在0.05μm以下，表面粗糙度在25nm以下；在圆度仪等测量设备中，精密球体常作为精密测量的基准；在惯性约束聚变研究中，空心微球（靶丸）是内爆实验、Z-pinch实验和实现聚变点火的核心部件。惯性约束聚变金属靶丸（金属空心微球）制备一般采用在有机材料制成的模芯球表面采用磁控溅射等镀膜方式，在通过高温降解掉模芯，获得空心金属微球，这种方法能以保证材料的密度、致密性等，从而影响金属空心微球的使用性能。通过机械加工制备金属空心球体是一条可行的技术途径，分别通过机械加工出两个带有阴阳接口的金属半球壳，通过精密复合成一个空心球体。但一些难加工高熔点金属材料，如钨、钼、钽等，采用车、铣等常规的机械加工方法薄壁金属球壳，不但难以成形，而且表面质量也难以满足使用要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种带止口的薄壁金属材料半球壳制造方法。 

本发明的一种带止口的薄壁金属材料半球壳制造方法，依次包括步骤如下： 

（1）粗加工实心金属球，通过四轴整球研磨机将球表面抛光成镜面，满足尺寸要求；

（2）通过圆度仪测量金属球表面圆度，通过轮廓仪测量金属球表面粗糙度，金属球表面粗糙度小于10nm，圆度小于0.5μm；

（3）通过微细铣削加工半球面夹具，利用球头铣刀在紫铜夹具端面加工与金属球直径相同的内半球面；

（4）将实心金属球通过导电胶粘接在夹具的内半球面内；

（5）通过电火花线切割将金属球分成两半；

（6）通过精密车削加工半球面电极，电极直径小于金属半球壳直径；

（7）采用电火花成型加工在金属半球内加工内半球面；

（8）通过micro-CT检测金属半球壳壁厚一致性；

（9）通过小半球面研磨对厚度较厚的区域进行定点研磨；

（10）重复步骤（8）~（9），经检测壁厚均匀性及壁厚满足要求时，通过内半球研磨对内表面进行研磨，直至圆度、表面粗糙度满足要求为止；

（11）通过微细电火花铣削加工金属半球壳止口；

（12）清洗，去除胶层。

所述金属球表面粗糙度小于10nm，圆度小于0.5μm 

所述半球壳外径φ1mm~φ10mm，壁厚0.1mm~0.2mm。

所述四轴球体研磨工艺参数如下：研磨磨料：金刚石；粒度：W1；研具材料：聚甲醛；研磨压力：（100~150）g；四轴转速：400 r/min；四轴转速换向时间：10s。 

所述四轴球体研磨研具直径d与被研球体直径Ф满足以下关系：d=0.816Ф。 

所述内半球面研磨工艺参数如下：研磨磨料：金刚石；粒度：W1；研具材料：聚甲醛；研磨压力：（40~60）g；主轴转速：（60~100） r/min；摆轴转速：5 r/min。 

所述内半球面研磨研具直径d₁与被研球体直径Ф₁满足以下关系：d₁=0.707Ф₁。 

本发明的特点是： 

1、通过微细电火花成型加工内半球面，微细电火花铣削加工止口，避免车、铣等机械加工方法对超硬难加工金属材料的加工；

2、通过小半球面研磨及micro-CT检测技术结合，可获得壁厚一致性较好的金属半球壳；

3、通过精密研磨可获得是球壳表面粗糙度小于10nm，圆度小于0.5μm。

附图说明

图1为本发明中的带止口的金属半球壳结构示意图； 

图2为本发明中的带止口的薄壁金属半球壳加工工艺流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1为本发明中的带止口的金属半球壳结构示意图，图2为本发明中的带止口的薄壁金属半球壳加工工艺流程框图。从图1、2中可以看出，采用本发明的一种带止口的薄壁金属材料半球壳制造方法制造直径约3mm，壁厚(100~200)μm的钨半球壳。制备详细过程如下：粗加工直径约3mm实心钨球，通过四轴整球研磨机将球表面抛光成镜面，研磨工艺参数如下：研磨磨料：金刚石；粒度：W1；研具材料：聚甲醛；研磨压力：（100~150）g；四轴转速：400 r/min；四轴转速换向时间：10s，研具直径为Ф2.45mm；通过圆度仪测量表面圆度，通过轮廓仪测量表面粗糙度，要求达到：表面粗糙度小于10nm，圆度小于0.5μm；再通过微细铣削加工内半球面夹具，利用球头铣刀在紫铜夹具端面加工直径φ3mm的内半球面；将实心钨球通过导电胶粘接在夹具的内半球面内；通过电火花线切割将钨球分成两半；通过精密金刚石刀具车削加工半球面电极，电极直径φ2.6mm，电极材料为紫铜金刚石刀具为尖刀，主偏角93°，副主偏角5°，车削工艺参数如下，主轴转速：（2000~3000）r/min，切削深度1μm，进给量1μm /r，1；采用电火花成型加工在钨半球内加工内半球面；通过micro-CT检测钨半球壳壁厚一致性；通过小半球面研磨对厚度较厚的区域进行定点研磨；反复测试及对厚度较厚的区域进行定点研磨，经检测壁厚均匀性及壁厚满足要求时，通过内半球研磨对内表面进行研磨，研磨工艺参数如下：研磨磨料：金刚石；粒度：W1；研具材料：聚甲醛；研磨压力：（40~60）g；主轴转速：（60~100） r/min；摆轴转速：5 r/min。直至内半球面圆度小于0.5μm、表面粗糙度小于10nm为止；通过微细电火花铣削在钨半球壳上加工止口；最后通过丙酮超声波清洗，去除胶层。获得壁厚均匀的直径约3mm，壁厚(100~200)μm的钨半球壳。