CN114131371A - 一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统，属于装夹技术领域。该系统由冰冻装置、制冷控制器和水处理装置组成。本发明利用冰实现零件装夹，绿色环保，无毒无害；利用水的流动性，实现水结冰前对零件空间的填充，来保证水结冰后，冰与零件表面的紧密贴合；本发明所述冰装夹系统，首次提出箱体和制冷系统分体式结构，便于箱体与加工机床的配合使用，实现高性能装夹与加工；利用压缩式制冷方式，实现水的冰冻，完成零件的冰装夹，且制冷贯穿整个零件加工过程，避免冰体的融化；冰的刚性高于传统相变夹具，能够对零件加工过程的进行有效支撑。
Description
技术领域
本发明属于装夹技术领域，涉及一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统。
背景技术
在加工过程中，零件、夹具和机床组成一个完整的制造系统，夹具作为制造系统的核心要素，作用于零件表面，能够对零件加工过程的动态问题，如颤振、变形等，进行有效抑制，并保证零件的加工质量，最终提升零件的使役性能。因此，如何实现零件在加工过程中的高性能装夹是零件制造领域亟待解决的核心问题。
目前，常用装夹形式主要包括机械装夹和相变装夹。机械装夹，利用机械装置对零件自由度进行有效约束，实现零件装夹。目前，常见机械装夹主要有靠模装夹、点阵装夹、真空吸附装夹、模块化装夹等等。机械装夹虽能够对零件进行固定与夹紧，并基于自身特点，抑制加工问题，但由于装夹结构和性能的局限性，对零件几何空间以及加工过程的适应能力有限，因此，对零件的制造精度和使役性能的保障能力较差。相变装夹，利用相变材料在激励条件下，液-固相变或相变颗粒排列状态的变化，装夹零件。相变装夹，基于相变材料自身特性，可以对加工问题，如颤振、变形等，进行有效抑制。但常用相变材料，刚性较弱，难以对加工过程进行可靠支撑，且污染环境。因此，为实现零件加工的高性能装夹，亟待发展一种新型、绿色的装夹系统。
苏州金澄精密铸造有限公司在专利CN202010141954.X中公开了一种冰冻薄壁辅助铝合金件加工装置，通过向薄壁腔体中空层注水并冰冻，提升薄壁腔体的刚度与强度，进而保证固定在薄壁腔体中的铝合金件加工过程的稳定。但是该专利所述方案，未考虑冰的保温问题，以及加工后冰的解冻。汇专科技集团股份有限公司在专利CN202010221443.9中公开了一种冰冻夹具系统及其控制方法，利用半导体制冷片作为冷源，通过电流调控制冷片的输出功率，进而调整制冷温度，实现冰冻过程的制冷。但是该专利中，制冷片的制冷功率受散热功率影响，制冷效率低。
上述研究均未提及一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统。
发明内容
为了克服上述方法的不足，本发明针对零件加工过程的高性能装夹难题，提出了一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统。本发明利用冰实现零件装夹，绿色环保，无毒无害；利用水的流动性，实现水结冰前对零件空间的填充，来保证水结冰后，冰与零件表面的紧密贴合；该冰装夹系统，首次提出箱体和制冷系统分体式结构，便于箱体与机床的配合使用，实现高性能装夹与加工；利用压缩式制冷方式，实现水的冰冻，完成零件的冰装夹，且制冷贯穿整个零件加工过程，避免冰体的融化；冰的刚性高于传统相变夹具，能够对零件加工过程的进行有效支撑；该冰装夹系统设有进/出水口，避免了人工注/排水的操作环节，提高冰装夹效率；该冰装夹系统设置有水处理装置，能够对排出的废水，进行净化，实现水的循环利用；该冰装夹系统在箱体上设置有定位头，可以满足在机床平台上的固定与安装；该冰装夹系统，在保温盖上设置有热波灯，能够实现零件冰装夹后的解冻，便于快速取出零件。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统，由冰冻装置、制冷控制器17和水处理装置1组成。
所述冰冻装置包括箱体9和保温盖18。其中，箱体9设有内胆8，其内设有进水口4，通过进水管2连接水处理装置1，通过水处理装置1对内胆8空间注水；同时，内胆8的底面设有出水口6，通过出水管3连接水处理装置1，将内胆8内的废水排入水处理装置1，并实现净化处理，便于循环利用；此外，出水口6处设有橡胶塞5，用于注水时对出水口6密封。所述内胆8外壁上设有制冷管23，用于对内胆8空间制冷，实现内胆8内水的快速冰冻，完成零件7的冰冻装夹。箱体9的外壳25内侧设有保温棉24，用于制冷过程的保温；箱体9的底部设置有支撑板22，起到对内胆8的承载作用，并具有对内胆8的保温功能。所述箱体9上设有箱体入口11和箱体出口13，用于冷却介质的输入和输出；箱体9的外壳25上设有定位头10，便于箱体9在机床上的安装与定位。所述保温盖18放置于箱体9上，用于冰冻过程的保温；在零件加工完成后，保温盖18放置于箱体9上，并通过电线19与电源20相连，启动电源20，使保温盖18上的热波灯21对冰进行快速解冻。
所述制冷控制器17用于对箱体9的内胆8空间进行制冷，该制冷贯穿整个零件加工过程。制冷控制器17包括膨胀阀A26、低压压缩机27、高压压缩机28、冷凝器29、盘管30、中间冷却器31和膨胀阀B32。制冷控制器17上设有制冷控制器入口15和制冷控制器出口16，用于冷却介质的输入和输出；其中，制冷控制器入口15通过真空软管B14连接箱体出口13，制冷控制器出口16通过真空软管A12连接箱体入口11。所述低压压缩机27将从制冷控制器入口15流入的低压气态冷却介质，压缩成中压气态冷却介质；中间冷却器31将来自低压压缩机27的中压气态冷却介质冷却为中压饱和温度的气态冷却介质；所述高压压缩机28将来自中间冷却器31的中压饱和温度气态冷却介质压缩成高压气态冷却介质；所述冷凝器29，将来自高压压缩机28的高压气态冷却介质冷凝成液态冷却介质。
液态冷却介质分为两路流动：一路液态冷却介质，流经中间冷却器31内的盘管30，被中间冷却器31内的冷却介质吸收热量，实现液态冷却介质过冷，之后，流经膨胀阀A26，降至中间压力，并由制冷控制器出口16流出，对目标进行制冷，制冷完成后，气态冷却介质从制冷控制器入口15流入，进行下一次循环，以此往复；另一路液态冷却介质，从冷凝器29流出，进入膨胀阀B32，降至中间压力，再进入中间冷却器31，中间冷却器31冷却从低压压缩机27流入到中间冷却器31内的中压气态冷却介质，以及盘管30内的高压液态冷却介质，之后，吸热蒸发的冷却介质，进入高压压缩机28，继续参与制冷循环过程。
本发明的有益效果：本发明利用水在温度变化下的相变特性，实现冰冻装夹，绿色环保，无毒无害；利用水的流动性，实现水结冰前对零件空间的填充，来保证水结冰后，冰与零件表面的紧密贴合；该冰装夹系统，首次提出和使用箱体和制冷系统分体式结构，便于箱体与加工机床的配合使用，实现高性能装夹与加工；利用压缩式制冷方式，实现水的冰冻，完成零件的冰冻装夹，并且制冷贯穿整个零件加工过程，从而避免冰的融化；相比于传统相变夹具，冰的刚性更高，对于零件加工过程的支撑效果更好；该冰冻装夹系统设置有进/出水口，避免了人工注/排水的操作环节，提高冰冻装夹效率；该冰装夹系统设置有水处理装置，能够对排出的废水，进行净化，实现水的循环利用；该冰装夹系统在箱体上设置有定位头，可以满足在机床平台上的固定与安装；该冰装夹系统，在保温盖上设置有热波灯，能够实现零件冰冻装夹后的解冻，便于快速取出零件。
附图说明
图1为分体式压缩制冷冰装夹系统示意图。
图2为保温盖示意图。
图3为保温盖热波灯示意图。
图4为箱体内部结构示意图。
图5为制冷控制器内部结构示意图。
图中：1水处理装置；2进水管；3出水管；4进水口；5橡胶塞；6出水口；7零件；8内胆；9箱体；10定位头；11箱体入口；12真空软管A；13箱体出口；14真空软管B；15制冷控制器入口；16制冷控制器出口；17制冷控制器；18保温盖；19电线；20电源；21热波灯；22支撑板；23冷却管；24保温棉；25外壳；26膨胀阀A；27低压压缩机；28高压压缩机；29冷凝器；30盘管；31中间冷却器；32膨胀阀B。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案对本发明作进一步说明。
一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统，由冰冻装置、制冷控制器17和水处理装置1组成。
所述冰冻装置包括箱体9和保温盖18。其中，箱体9设有内胆8，其内设有进水口4，通过进水管2连接水处理装置1，通过水处理装置1对内胆8空间注水；同时，内胆8的底面设有出水口6，通过出水管3连接水处理装置1，将内胆8内的废水排入水处理装置1，并实现净化处理，便于循环利用；此外，出水口6处设有橡胶塞5，用于注水时对出水口6密封。所述内胆8外壁上设有制冷管23，用于对内胆8空间制冷，实现内胆8内水的快速冰冻，完成零件7的冰冻装夹。箱体9的外壳25内侧设有保温棉24，用于制冷过程的保温；箱体9的底部设置有支撑板22，起到对内胆的承载作用，并具有对内胆的保温功能。所述箱体9上设有箱体入口11和箱体出口13，用于冷却介质的输入和输出；箱体9的外壳25上设有定位头10，便于箱体9在机床上的安装与定位。所述保温盖18放置于箱体9上，用于冰冻过程的保温；在零件加工完成后，保温盖18放置于箱体9上，并通过电线19与电源20相连，启动电源20，使保温盖18上的热波灯21对冰进行快速解冻。
所述制冷控制器17用于对箱体9的内胆8空间进行制冷，该制冷贯穿整个零件加工过程。制冷控制器17包括膨胀阀A26、低压压缩机27、高压压缩机28、冷凝器29、盘管30、中间冷却器31和膨胀阀B32。制冷控制器17上设有制冷控制器入口15和制冷控制器出口16，用于冷却介质的输入和输出；其中，制冷控制器入口15通过真空软管B14连接箱体出口13，制冷控制器出口16通过真空软管A12连接箱体入口11。所述低压压缩机27将从制冷控制器入口15流入的低压气态冷却介质，压缩成中压气态冷却介质；再经中间冷却器31冷却为中压饱和温度的气态冷却介质；所述高压压缩机28将来自中间冷却器31的中压饱和温度气态冷却介质压缩成高压气态冷却介质；再经冷凝器29冷凝成液态冷却介质。液态冷却介质分为两路流动：一路液态冷却介质，流经中间冷却器31内的盘管30，被中间冷却器31内的冷却介质吸收热量，实现液态冷却介质过冷，之后，流经膨胀阀A26，降至中间压力，并由制冷控制器出口16流出，对目标进行制冷，制冷完成后，气态冷却介质从制冷控制器入口15流入，进行下一次循环，以此往复；另一路液态冷却介质，从冷凝器29流出，进入膨胀阀B32，降至中间压力，进入中间冷却器31，中间冷却器31用于冷却从低压压缩机27流入到中间冷却器31内的中压气态冷却介质，以及盘管30内的高压液态冷却介质，之后，吸热蒸发的冷却介质，进入高压压缩机28，继续参与制冷循环过程。
Claims (5)
1.一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统，其特征在于，该冰装夹系统包括冰冻装置、制冷控制器(17)和水处理装置(1)；
所述冰冻装置包括箱体(9)和保温盖(18)；其中，箱体(9)设有内胆(8)，其与水处理装置(1)连接，通过水处理装置对内胆空间注水或排水，并实现净化处理，循环利用；所述内胆(8)外壁上设有制冷管(23)，用于对内胆空间制冷，实现零件冰冻装夹；箱体(9)的底部设置有支撑板(22)，用于支撑内胆并保温；所述箱体(9)上设有箱体入口(11)和箱体出口(13)，用于冷却介质的输入和输出；箱体(9)的外壳(25)通过定位头(10)实现在机床上的安装与定位；所述保温盖(18)放置于箱体(9)上，用于冰冻过程的保温；
所述制冷控制器(17)包括膨胀阀A(26)、低压压缩机(27)、高压压缩机(28)、冷凝器(29)、盘管(30)、中间冷却器(31)和膨胀阀B(32)；制冷控制器(17)上设有制冷控制器入口(15)和制冷控制器出口(16)，二者分别与箱体出口(13)和箱体入口(11)连接；所述低压压缩机(27)将从制冷控制器入口(15)流入的低压气态冷却介质，压缩成中压气态冷却介质；经中间冷却器(31)冷却为中压饱和温度的气态冷却介质；再经高压压缩机(28)压缩成高压气态冷却介质；然后通过冷凝器(29)冷凝成液态冷却介质；
液态冷却介质分为两路流动：一路液态冷却介质，流经中间冷却器(31)内的盘管(30)，被中间冷却器(31)内的冷却介质吸收热量，实现液态冷却介质过冷，之后，流经膨胀阀A(26)，降至中间压力，并由制冷控制器出口(16)流出，对目标进行制冷，制冷完成后，气态冷却介质从制冷控制器入口(15)流入，进行下一次循环，以此往复；另一路液态冷却介质，进入膨胀阀B(32)，降至中间压力，再进入中间冷却器(31)，中间冷却器(31)冷却从低压压缩机(27)流入到中间冷却器(31)内的中压气态冷却介质，以及盘管(30)内的高压液态冷却介质，之后，吸热蒸发的冷却介质，进入高压压缩机(28)，继续参与制冷循环过程。
2.根据权利要求1所述的一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统，其特征在于，所述保温盖(18)上设有热波灯(21)，并通过电线(19)与电源(20)相连，通过热波灯对冰进行快速解冻。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统，其特征在于，所述箱体(9)的外壳(25)内侧设有保温棉(24)，用于制冷过程的保温。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统，其特征在于，所述内胆(8)内设有进水口(4)，通过进水管(2)连接水处理装置(1)；同时，内胆(8)的底面设有出水口(6)，通过出水管(3)连接水处理装置(1)。
5.根据权利要求4所述的一种基于分体式压缩制冷的冰装夹系统，其特征在于，所述出水口(6)处设有橡胶塞(5)，用于注水时对出水口密封。
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2021
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