CN108555644A - 一种复合式冰冻装夹装置 - Google Patents

Abstract

一种复合式冰冻装夹装置，该装置采用半导体制冷与涡流管制冷相结合的复合制冷方式。该装置的工作台表面有粘附层，待加工工件放置于粘附层上；装夹时，半导体制冷片通直流电，发生帕尔帖效应，工作台温度逐渐降低，粘附层凝固，夹紧待加工工件，此时涡流管制冷器处于制冷状态；卸载时，半导体制冷片断电进入关闭状态，涡流管制冷器变为制热状态，输出热气，对工作台进行加热，粘附层解冻，卸载待加工工件。本发明的复合式冰冻装夹装置制冷速度快，制冷效果好，可调性强，结构简单，易于维护。

Description

一种复合式冰冻装夹装置

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种复合式冰冻装夹装置。

背景技术

切削加工中一种传统装夹方式为夹具夹持，其装夹变形、回弹变形的程度与实际装夹布局密切相关，最终导致的加工变形较明显；另一种较为传统的装夹方式为真空吸附，其夹紧力较为均匀，但不可避免的引入装夹应力，加工完成后工件会发生一定程度的回弹变形。因此，针对切削加工中的装夹，急需寻找一种新型的装夹机构与方式，显著降低装夹导致的变形。

不同于传统的夹具夹持、真空吸盘等固定方式，冰冻装夹方式利用液体在低温作用下由液态向固态实转化的特点，达到固定待加工工件的目的，因此对工件不产生任何应力，所以工件在被固定和释放的过程中不会产生任何变形或者破损，尤其适合非金属脆性材料的精密加工。同时，冰冻装夹方式可以适用于不同形状材料的工件加工，免除了传统加工需要反复制作特殊夹具的高昂费用。冰冻装夹方式只需利用工件上一个较大的平面表面即可使具有凹凸不平的表面的工件实现固定，使加工空间最大化提高加工效率。另外使用冰冻装夹方式固定的工件加工时处于比较低的温度，加工产生的热量也会及时通过冰冻盘释放，一定程度上降低了加工刀具的损耗，并且可以提高产品的良率。冰冻装夹方式还可以提高一部分材料的强度（生瓷，氯丁橡胶，塑料等），从而提高这些材料的可加工性。现在，冰冻装夹方式已得到了广泛的应用，但是应用冰冻装夹方式，最重要的是要有适宜工业应用和推广的冰冻装夹装置，现有的冰冻装夹装置还有待改进。

目前，一种冰冻装夹装置采用半导体制冷方式，以直流电源作为动力源，体积小、噪音小，但热端过热、电压过高、转配压力过大与震动过大等原因易导致其损坏；另一种冰冻装夹装置采用涡流管制冷方式，以压缩空气作为动力源，体积较小，产生冷气迅速，可靠性高，但制冷量与制冷效率较低。当前亟需发展一种新的适于工业推广应用的冰冻装夹装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合式冰冻装夹装置。

本发明的复合式冰冻装夹装置，其特点是，所述的冰冻装夹装置包括通过管道顺序连接的空气压缩管、截止阀、过滤器、空气干燥器、涡流管制冷器、管道控制阀门和半导体制冷器，管道控制阀门有两个输出端，一个输出端与半导体制冷器中的加热管相连，另一个输出端与半导体制冷器中的散热管相连；压力表显示管道内的气压，涡流管阀门控制涡流管制冷器的进气流量；

所述的半导体制冷器包括居中放置的半导体制冷片，包裹在半导体制冷片周围的绝热海绵，和沿绝热海绵周向均匀分布的加热管，半导体制冷片、绝热海绵和加热管位于同一平面上，上表面平齐，上表面上水平放置有工作台，工作台的表面有粘附层；半导体制冷片的下表面安装有散热管；控制器通过整流电源控制半导体制冷片的制冷温度和制冷效率；温度计显示工作台的表面温度。

所述的工作台的材料为阴钢。

所述的粘附层为水。

本发明的复合式冰冻装夹装置装夹时，由整流电源供电的半导体制冷器的输出直接作用于工作台，粘附层由液态转化为固态，从而达到对其上方的待加工工件的装夹，涡流管制冷的冷气通过散热管对半导体制冷器进行散热；卸载时，半导体制冷器关闭，涡流管变为制热，产生的热气通过加热管对工作台进行加热，工件与工作台之间的粘附层由固态转化为液态，从而达到对其上方的待加工工件的卸载。

本发明的复合式冰冻装夹装置具有低无应力装夹、延长刀具寿命、提高材料的可加工性、提高加工质量等优点外，还具备如下优点：

1.制冷速度快，制冷效果好。本发明的复合式冰冻装夹装置利用半导体制冷热端作为加热器与吸收扩散制冷加热端耦合，高效利用半导体制冷和涡流管制冷相结合的方式，提高装置的制冷系数与制冷效率。

2.可调性强，易于实现装夹温度的连续精确控制。本发明的复合式冰冻装夹装置通过调节半导体制冷器的工作电流来实现装夹温度的方便调节，调节时间短。

3.结构简单，易于维护。

附图说明

图1为本发明的复合式冰冻装置的结构示意图；

图中，1.空气压缩管，2.截止阀，3.过滤器，4.空气干燥器，5.压力表，6.涡流管阀门，7.涡流管制冷器，8.温度计，9.管道控制阀门，10工作台，11.加热管，12.绝热海绵，13.散热管，14.整流电源，15.控制器，16.半导体制冷片，17.半导体制冷器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例详细说明本发明。

如图1所示，本发明的复合式冰冻装夹装置包括通过管道顺序连接的空气压缩管1、截止阀2、过滤器3、空气干燥器4、涡流管制冷器7、管道控制阀门9和半导体制冷器17，管道控制阀门9有两个输出端，一个输出端与半导体制冷器17中的加热管11相连，另一个输出端与半导体制冷器17中的散热管13相连；压力表5显示管道内的气压，涡流管阀门6控制涡流管制冷器7的进气流量；

所述的半导体制冷器17包括居中放置的半导体制冷片16，包裹在半导体制冷片16周围的绝热海绵12，和沿绝热海绵12周向均匀分布的加热管11，半导体制冷片16、绝热海绵12和加热管11位于同一平面上，上表面平齐，上表面上水平放置有工作台10，工作台10的表面有粘附层；半导体制冷片16的下表面安装有散热管13；控制器15通过整流电源14控制半导体制冷片16的制冷温度和制冷效率；温度计8显示工作台10的表面温度。

所述的工作台10的材料为阴钢。

所述的粘附层为水。

实施例1

待加工工件为直径80mm，厚3mm的圆形铜片。

a.在工作台10上，粘附层为水，将铜片置于粘附层之上；

b.打开控制器15，设置整流电源14输出为10A，半导体制冷器16处于制冷状态；向右旋转涡流管阀门6，使涡流管制冷器处于制冷状态，调节管道控制阀门，打开与散热管13相连的管道；

c.等待一分钟，粘附层由水变为冰，复合式冰冻装夹装置完成铜片装夹；

d.进行加工；

e.加工完成，关闭控制器15与整流电源14，向左旋转涡流管阀门6，使涡流管制冷器处于制热状态，调节管道控制阀门，打开与加热管11相连的管道；

f.等待一到两分钟，粘附层由冰变为水，取下铜片，完成卸载。

本实施例中，所述的复合式冰冻装夹装置的整流电源输出为10A，空气压力为1.4bar时，工作台表面制冷温度可达到-20°。

本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种复合式冰冻装夹装置，其特征在于：所述的冰冻装夹装置包括通过管道顺序连接的空气压缩管（1）、截止阀（2）、过滤器（3）、空气干燥器（4）、涡流管制冷器（7）、管道控制阀门（9）和半导体制冷器（17），管道控制阀门（9）有两个输出端，一个输出端与半导体制冷器（17）中的加热管（11）相连，另一个输出端与半导体制冷器（17）中的散热管（13）相连；压力表（5）显示管道内的气压，涡流管阀门（6）控制涡流管制冷器（7）的进气流量；

所述的半导体制冷器（17）包括居中放置的半导体制冷片（16），包裹在半导体制冷片（16）周围的绝热海绵（12），和沿绝热海绵（12）周向均匀分布的加热管（11），半导体制冷片（16）、绝热海绵（12）和加热管（11）位于同一平面上，上表面平齐，上表面上水平放置有工作台（10），工作台（10）的表面有粘附层；半导体制冷片（16）的下表面安装有散热管（13）；控制器（15）通过整流电源（14）控制半导体制冷片（16）的制冷温度和制冷效率；温度计（8）显示工作台（10）的表面温度。

2.根据权利要求1所述的复合式冰冻装夹装置，其特征在于：所述的工作台（10）的材料为阴钢。

3.根据权利要求1所述的复合式冰冻装夹装置，其特征在于：所述的粘附层为水。