单位:宁夏东方超导科技有限公司
项目是由宁夏东方超导科技有限公司自主创新研发,主要应用于有色金属加工制造领域。
1.3GHz 9cell超导腔因其结构较复杂,对加工、冲压、焊接和表面处理,以及测量都有较高的要求,尤其是多单元腔的腔体制造、电化学抛光、表面掺氮处理国内还没有前例。9cell超导腔的研发制造,对摸清超导腔工业制造工艺流程,特别是半腔冲压、加工,腔体焊接有着重要的意义,也是必要的步骤。
项目的主要创新点包括:1)半碗机加工装设计:设计加工半碗机加工装一套,工装由凸模、凹模、2个压板和定位轴组成;采用止口定位方式,精度小于0.05mm;一次装夹,即可完成赤道、iris和加强筋槽的加工。公司2-3年,计划每年制造100支9cell超导腔,每支腔18个半碗,需加工1800个半碗。半碗工装的改进,大大提高了生产效率,为批量制造9cell腔提供了保证。2)半碗冲压模具设计和改进:半碗是1.3GHz 9cell超导腔的一个加速单元,每支腔由18个半碗的组成。设计、加工的半碗冲压模具,一次冲压即可完成半碗深冲和翻孔,且实现自动退模;材料壁厚减薄小于0.2mm,曲面轮廓度偏差小于0.3mm。冲压效率大大提高,由4人冲压10个/天,提高到2人冲压60-80个/天,接近日本KEK水平。3)半碗“一拖四”焊接工装设计:1.3GHz 9cell超导腔,18个半碗通过电子束焊接,完成加速腔体的制造。常规焊接方式,每支腔要装炉18次。为满足批量制造的需要,设计“一拖四”焊接工装,一次装炉能完成8个半碗的焊接,腔体焊接次数减少到5次,焊接效率提高3倍。4)“F件”模具设计和加工:“F件”是9cell超导腔高阶模耦合器核心零件,形状类似字母“F”的非标异形曲面体。常规制造方式,是用厚高纯铌板,整体数控加工,加工时长需35小时,材料利用率20%。通过冲压试验,设计加工一套冲压模具,采用冲压+精加工的方式制造,加工时长缩短到5小时,材料利用率提高到85%。
项目自2019年10月投产上线以来产生显著效果。目前为止,超导公司已为上海硬X射线自由电子激光装置,研发制造6种规格、30支超导腔,用于项目前期试验,实现销售收入1000余万元。2017年完成6支1.3 GHz大晶粒9cell腔,经北大测试,加速梯度全部达到25MV/S以上,经过EP、氮掺杂等后处理后,预计能达到35MV/S。在兰州SRF2017会议,北大做6支1.3 GHz大晶粒9cell腔相关报告,在国际超导领域产生较大影响。