專利名稱：一種將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及慣性約束聚變靶技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法。
背景技術(shù)：
目前，在泡沫材料內(nèi)部指定位置埋球通常采用兩種方法?！癋abricationof Resorcinol Formaldehyde Aerogel with Embedded Sapphire Spheres forAstrophysical Jet Experiments on OMEGA，， 在“18th Annual Target FabricationSpecialist Meeting ,May llth_15th, 2008 ,Lake Tahoe, California”公開了一種在泡沫材料內(nèi)部埋球的方法。其方法是把藍(lán)寶石球吸附在真空夾具上，通過具有觀測和移動功能的裝置，放置在用于制備泡沫材料的溶液內(nèi)要求的位置上，撤除真空夾具，藍(lán)寶石球留在液體內(nèi)，然后利用冷卻的方法降低泡沫材料溶液的溫度，待泡沫材料溶液固化后，使藍(lán)寶石球埋于泡沫材料內(nèi)部。不足之處是撤除真空夾具后，藍(lán)寶石球在液體固化前將產(chǎn)生不可預(yù)見的位移，球在泡沫材料內(nèi)部的位置精度取決于球在溶液內(nèi)的安放精度，以及真空夾具撤除時間與冷卻時間的配合。美國通用原子公司采用這種工藝，實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石球在圓柱形泡沫材料內(nèi)的軸向位置精度±200pm,徑向位置精度±500 fJm?！癟arget Fabrication at LLNL, Steve Patterson, Lawrence LivermoreNational Laboratory, August 12，2004”公開了一種雙殼層祀零件的方法。其方法是采用先分別在泡沫材料上車削凹形半球腔，再將兩個帶凹形半球腔的泡沫材料與球進(jìn)行組裝得到埋球泡沫材料零件。不足之處是組裝后的兩個泡沫材料半球腔與球之間存在間隙，難以滿足間接驅(qū)動慣性約束聚變研究的實(shí)際需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)金屬球在泡沫材料內(nèi)部無縫隙埋藏，而且金屬球在泡沫材料內(nèi)的位置精度達(dá)到±5 JJtIl。本發(fā)明所述將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法包括
a.先將金屬球隨機(jī)埋在泡沫材料內(nèi)部；
b.將埋有金屬球的泡沫材料裝夾在具有位置調(diào)整功能的專用夾具上；
c.將埋有金屬球的泡沫材料車削成圓柱形；
d.測量金屬球與圓柱形泡沫材料外輪廓的相對位置；
e.判斷金屬球的位置是否合格，若合格，則工作結(jié)束；
f.若不合格，則計算金屬球相對于機(jī)床主軸的偏移量；
g.進(jìn)行偏移量補(bǔ)償；
h.重復(fù)c d,直至金屬球的位置合格,工作結(jié)束。
所述的將金屬球隨機(jī)埋在泡沫材料內(nèi)部，其方法是把金屬球粘接在細(xì)金屬絲上，懸掛在用于制備泡沫材料的溶液內(nèi)，然后利用冷卻的方法降低泡沫材料溶液的溫度，待泡沫材料溶液固化后，使球埋于泡沫材料內(nèi)部。所述的專用夾具由前端、中部和底部3部分組成，其中前端的上部是一個中間空心的柱體，用于固定埋球泡沫材料，專用夾具的前端下部是一個長方形塊。專用夾具中部由兩個正交安裝的移動臺組成，兩個移動臺之間通過螺釘固定連接。底部是一個金屬圓盤。所述專用夾具的前端、中部和底部之間通過螺釘依次連接，要求對稱安裝。所述的專用夾具利用底部的金屬圓盤通過真空吸附的方式裝夾在金剛石車床的主軸上。所述的專用夾具中部和底部在零件制造過程中，始終連接在一起，并吸附裝夾在金剛石車床的主軸上，專用夾具前端的柱體和埋有金屬球的泡沫材料在零件制備過程中，始終連接在一起。所述的專用夾具前端柱體材料采用有色金屬，以便適合于金剛石刀具的加工。所述的埋金屬球泡沫材料車削成圓柱形是在金剛石車床上進(jìn)行，采用金剛石刀具車削泡沫材料。加工時，金剛石車床主軸轉(zhuǎn)速500r/min 1500r/min,進(jìn)給量0. 001mm/r 0. 02mm/r,背吃刀量0. OOlmm 0. 02mm。米用尖刃金剛石刀具，刀尖圓弧半徑小于0. 005mm,刀尖角度15° 30°，主偏角90° 95°，前角0° 5°，后角5° 30°。所述的測量金屬球與圓柱形泡沫材料外輪廓的相對位置是在微CT測量儀上進(jìn)行的，微CT測量儀利用X射線成像原理，測出金屬球與圓柱形泡沫材料外輪廓的相對位置。測量前，將專用夾具的前端從專用夾具中部的移動臺上卸下，放入微CT測量儀的樣品室內(nèi)。所述的測量是指在正交的兩個方向各測量一次，通常是利用與專用夾具前端下部長方形塊的長邊和短邊平行的方向各測量一次。所述的判斷金屬球的位置是否合格的標(biāo)準(zhǔn)是指金屬球心相對于圓柱形泡沫材料端面和軸線的軸向和徑向位置精度達(dá)到零件的設(shè)計值。所述的標(biāo)準(zhǔn)指正交的兩個方向均滿足要求。所述的計算金屬球相對于機(jī)床主軸的偏移量的方法是在埋金屬球泡沫材料車削成圓柱形的同時，在專用夾具前端上部的圓柱面上車削出基準(zhǔn)面，實(shí)現(xiàn)圓柱形埋球泡沫材料的外輪廓與專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面同軸。在測量完成后，將專用夾具的前端重新安裝到專用夾具中部的移動臺上，利用微位移測量儀測量專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面與金剛石車床主軸的同軸度，若有偏差，沿著最大偏差的反方向，通過敲擊專用夾具底部的金屬圓盤，使專用夾具底部的金屬圓盤與金剛石車床主軸產(chǎn)生徑向位移，使專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面與金剛石車床主軸同軸。此時，圓柱形埋球泡沫材料與金剛石車床主軸同軸，金屬球相對于圓柱形泡沫材料的徑向位置偏移量，幾乎等同于金屬球相對于機(jī)床主軸的偏移量。所述的偏移量補(bǔ)償方法中的徑向位移是通過調(diào)整專用夾具中部兩個正交安裝的移動臺位移，實(shí)現(xiàn)金屬球在泡沫材料內(nèi)部特定的位置上。所述的正交移動臺在兩個方向的位移量與金屬球在泡沫材料內(nèi)部的測量偏移量之間的關(guān)系是大小相等，方向相反。所述的偏移量補(bǔ)償方法中的軸向沒有位移調(diào)整。所述的再次將埋有金屬球的泡沫材料車削成圓柱形是指泡沫材料外輪廓尺寸由大到小逼近設(shè)計值，金屬球在泡沫材料內(nèi)的位置精度由低到高逼近設(shè)計值。其順序是在泡沫材料外輪廓尺寸留有補(bǔ)償偏移量的前提下，先調(diào)整球在泡沫材料內(nèi)的位置精度滿足設(shè)計值，然后車削泡沫材料外輪廓到設(shè)計值。所述的重復(fù)次數(shù)通常是3 5次。影響球在泡沫材料內(nèi)的位置精度的主要因素包括微CT測量儀的測量精度、正交移動臺在兩個方向的位移補(bǔ)償精度、專用夾具的重復(fù)定位精度。本發(fā)明的有益效果是，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬球在泡沫材料內(nèi)部無縫隙埋藏，并且微球在泡沫材料內(nèi)的位置精度達(dá)到±5 pm。滿足間接驅(qū)動慣性約束聚變研究的實(shí)際需求。


圖I是本發(fā)明將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法的流程圖2是本發(fā)明將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法中的單方向位置補(bǔ)償示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法的流程圖。圖2是本發(fā)明將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法中的單方向位置補(bǔ)償示意圖。在圖2a中金屬球I的球心偏離圓柱形泡沫材料2和車床的軸線3，圖2b中通過專用夾具4將金屬球I的球心調(diào)整到與車床的軸線3重合，圖2c中經(jīng)過車削泡沫材料2外輪廓后，使金屬球I的球心位于圓柱形泡沫材料2和車床的軸線3上。從圖f 2中可以看出，本發(fā)明的將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法首先將鋁球埋在泡沫材料內(nèi)部。把直徑￠0. 4_的鋁球粘接在直徑00. Olmm細(xì)鎢絲上，放置在制備泡沫材料的溶液內(nèi)，溶液置于模具內(nèi)，模具直徑0>5mm，長度10mm。利用冷卻的方法將泡沫材料溶液的溫度降到80°C，待2小時后泡沫材料溶液固化，使鋁球埋于泡沫材料內(nèi)部。將固化后的帶埋鋁球泡沫材料從模具中倒出，裝夾在專用夾具前端上部的中間空心處，利用專用夾具底部的金屬圓盤通過真空吸附的方式裝夾在金剛石車床的主軸上。專用夾具前端柱體材料采用紫銅。采用金剛石刀具，在金剛石車床上將埋鋁球泡沫材料車削成直徑03. 8mm圓柱形。加工時，金剛石車床主軸轉(zhuǎn)速1000r/min,進(jìn)給量0. 01mm/r,背吃刀量0. 01mm。采用尖刃金剛石刀具，刀尖圓弧半徑小于0. 002mm,刀尖角度25°，主偏角93°，前角0°，后角7°。同時，在專用夾具前端銅柱體上車削出基準(zhǔn)面，使專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面同軸度加工到小于0. 5fim。將專用夾具的前端從專用夾具中部的移動臺上卸下，放入微CT測量儀的樣品室內(nèi)，在正交的兩個方向各測量一次，利用與專用夾具前端下部長方形塊的長邊和短邊平行的方向各測量一次。正交的兩個方向球心相對于圓柱形軸線的徑向位置精度分別是89. 06 pm和432. 57 pm。未滿足鋁球在圓柱形泡沫材料內(nèi)的軸向和徑向位置精度達(dá)到±10 的要求。將專用夾具的前端重新安裝到專用夾具中部的移動臺上，利用微位移測量儀測量專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面與金剛石車床主軸的同軸度，沿著最大偏差的反方向，通過敲擊夾具I底部的金屬圓盤，采用分辨率0. I pm的杠桿式微位移測量儀，將專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面與金剛石車床主軸的同軸度調(diào)整到0. 6 ,H。通過調(diào)整專用夾具中部兩個正交安裝的移動臺位移，按偏移量的反方向分別調(diào)整90 pni和432 pm。采用金剛石刀具，在金剛石車床上將埋鋁球泡沫材料車削成02. Omm圓柱形。在專用夾具前端銅柱體上車削出基準(zhǔn)面，使專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面同軸度加工到小于 0. 5 |im。將專用夾具的前端從專用夾具中部的移動臺上卸下，放入微CT測量儀的樣品室內(nèi)，在正交的兩個方向各測量一次，利用與專用夾具前端下部長方形塊的長邊和短邊平行的方向各測量一次。正交的兩個方向球心相對于圓柱形軸線的徑向位置精度分別是23. 2 pm和7. 73 Um0未滿足球在圓柱形泡沫材料內(nèi)的軸向和徑向位置精度達(dá)到±10 uni的要求。
將專用夾具的前端重新安裝到專用夾具中部的移動臺上，利用微位移測量儀測量專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面與金剛石車床主軸的同軸度，沿著最大偏差的反方向，通過敲擊夾具I底部的金屬圓盤，采用分辨率0. I pm的杠桿式微位移測量儀，將專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面與金剛石車床主軸的同軸度調(diào)整到0. 5卜《11。通過調(diào)整專用夾具中部兩個正交安裝的移動臺位移,按偏移量的反方向分別調(diào)整24 pm和8 pm。采用金剛石刀具，在金剛石車床上將埋球泡沫材料車削成01. 5mm圓柱形。在專用夾具前端銅柱體上車削出基準(zhǔn)面，使專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面同軸度加工到小于0. 5網(wǎng)1。將專用夾具的前端從專用夾具中部的移動臺上卸下，放入微CT測量儀的樣品室內(nèi)，在正交的兩個方向各測量一次，利用與專用夾具前端下部長方形塊的長邊和短邊平行的方向各測量一次。正交的兩個方向鋁球心相對于圓柱形軸線的徑向位置精度分別是4. 46 和2. 32 Um0滿足球在圓柱形泡沫材料內(nèi)的軸向和徑向位置精度達(dá)到±10 pm的要求。
權(quán)利要求
1.一種將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟 a.先將金屬球隨機(jī)埋在泡沫材料內(nèi)部； b.將埋有金屬球的泡沫材料裝夾在具有位置調(diào)整功能的專用夾具上； c.將埋有金屬球的泡沫材料車削成圓柱形； d.測量金屬球與圓柱形泡沫材料外輪廓的相對位置； e.判斷金屬球的位置是否合格，若合格，則工作結(jié)束； f.若不合格，則計算金屬球相對于機(jī)床主軸的偏移量； g.進(jìn)行偏移量補(bǔ)償； 重復(fù)c d,直至金屬球的位置合格,工作結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法，其特征在于所述的專用夾具由前端、中部和底部三部分組成，其中前端的上部是一個中間空心的柱體，用于固定埋球泡沫材料，專用夾具的前端下部是一個長方形塊；專用夾具中部由兩個正交安裝的移動臺組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的制備方法，其特征在于所述的專用夾具的中部和底部在制備過程中，始終連接在一起，并吸附裝夾在金剛石車床的主軸上，專用夾具前端的柱體和埋金屬球泡沫材料在零件制造過程中，始終連接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的制備方法，其特征在于所述步驟C車削金屬球的泡沫材料采用金剛石刀具。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的制備方法，其特征在于；所述的步驟d測量金屬球與圓柱形泡沫材料外輪廓的相對位置是在微CT測量儀上進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的制備方法，其特征在于所述的步驟d測量是指在正交的兩個方向各測量一次，通常是利用與專用夾具前端下部長方形塊的長邊和短邊平行的方向各測量一次。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的制備方法，其特征在于所述的步驟f計算金屬球相對于機(jī)床主軸的偏移量的方法是在埋有金屬球的泡沫材料車削成圓柱形的同時，在專用夾具前端上部的圓柱面上車削出基準(zhǔn)面，實(shí)現(xiàn)圓柱形埋球泡沫材料的外輪廓與專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面同軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的制備方法，其特征在于所述的步驟g進(jìn)行偏移量補(bǔ)償為在測量完成后，將專用夾具的前端重新安裝到專用夾具中部的移動臺上，利用微位移測量儀測量專用夾具前端上部柱面上的基準(zhǔn)面與金剛石車床主軸的同軸度，沿著最大偏差的反方向，通過敲擊專用夾具底部的金屬圓盤，使專用夾具底部的金屬圓盤與金剛石車床主軸產(chǎn)生徑向位移。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的制備方法，其特征在于所述進(jìn)行偏移量補(bǔ)償中的徑向位移是通過調(diào)整專用夾具中部兩個正交安裝的移動臺位移，實(shí)現(xiàn)金屬球在泡沫材料內(nèi)部指定的位置上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種將金屬球置于泡沫材料內(nèi)部指定位置的方法，本發(fā)明將金屬球隨機(jī)埋在泡沫內(nèi)部，通過測出金屬球相對于圓柱形泡沫外輪廓的偏移量，計算出金屬球相對于車床主軸的偏移量，利用專用夾具上的調(diào)節(jié)功能將金屬球球心調(diào)整到相對于車床主軸所需要的位置上。通過車削泡沫的端面和外圓面，使金屬球球心位于泡沫圓柱中心線和端面所指定的位置上。與現(xiàn)有的方法相比，金屬球在泡沫內(nèi)部實(shí)現(xiàn)無縫隙埋藏，金屬球在泡沫內(nèi)的位置精度提高40～100倍。
文檔編號B23Q3/12GK102626787SQ20121011946
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者宋成偉, 張海軍, 朱磊, 李國 , 杜凱, 童維超, 袁光輝, 謝軍, 黃燕華 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心