CN212600485U - 薄壁弱刚性零件的温控加工平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种薄壁弱刚性零件的温控加工平台，包括上部设置有面板的平台架体，所述面板的下方固定安装有制冷制热组件；所述制冷制热组件包括制冷片组和散热装置；所述制冷片组包括至少一片半导体制冷片，所述半导体制冷片紧贴安装在面板下表面，可切换制冷或散热模式；所述散热装置紧贴安装在半导体制冷片的下表面，用于将处于制冷模式的半导体制冷片产生的热量散出。本实用新型通过半导体制冷片对接合剂的温度进行调节，使接合剂固化或软化，接合剂固化时可将被加工零件以自然状态固定连接在平台上，连接速度快，不产生额外应力，可有效避免应力回弹，接合剂软化变稀后可方便地将被加工零件从平台上分离取下。

Description

薄壁弱刚性零件的温控加工平台

技术领域

本实用新型涉及薄壁弱刚性零件的加工固定，特别是指一种薄壁弱刚性零件的温控加工平台。

背景技术

在航空航天、通信通讯、光电等领域中，弱刚性薄壁类零件应用广泛。这类零件刚度差，在加工过程中易变形，导致加工误差大，加工精度低。为提高加工精度，在实际加工前，需要对零件进行固定，来增强待加工部位的刚性。目前已采用的固定方式主要有磁力吸盘、真空吸盘和胶剂粘接等。其中，磁力吸盘只能固定带磁性的零件，对于铝合金、钛合金、非金属等无磁性零件就无法固定；真空吸盘在固定加工后容易发生回弹变形，无法有效保证零件的平面度要求；胶剂粘接时需要调胶、粘接后要等待固化牢固后才能进行加工，加工后需要敲击才能将被加工零件取出，且此方式不易使胶填充到空隙处、加工时在切削力的作用下易产生加工变形、不适用于精密加工。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种固定拆卸容易、不产生变形的薄壁弱刚性零件的温控加工平台。

为实现上述目的，本实用新型所设计的薄壁弱刚性零件的温控加工平台，包括平台架体，所述平台架体的上部设置有面板，所述面板的下方固定安装有制冷制热组件；所述制冷制热组件包括制冷片组和散热装置；所述制冷片组包括至少一片半导体制冷片，所述半导体制冷片紧贴安装在面板下表面，可切换制冷或散热模式；所述散热装置紧贴安装在半导体制冷片的下表面，用于将处于制冷模式的半导体制冷片产生的热量散出。

优选地，该温控加工平台还包括可拆卸地安装在面板上方的转接板，所述转接板具有加大的表面以容纳更大尺寸的被加工零件，或者具有与被加工零件的被固定面互补的上表面以安装被固定面不平的被加工零件。

优选地，所述半导体制冷片的上表面与面板之间、下表面与散热装置之间，以及所述转接板与面板之间设置有用于提高传热效果的导热材料层(如石墨片、导热硅脂等)。

优选地，所述散热装置包括紧贴安装在半导体制冷片下表面的一块或多块散热底板，所述散热底板的内部设置有用于通入冷却液对半导体制冷片进行冷却散热的冷却液通道，所述冷却液通道的进出口分别设置有冷却液接头，并且分别连接有冷却液输入管和冷却液输出管。

优选地，所述制冷制热组件通过固定组件固定安装在面板上，所述固定组件包括连接条和压紧件；所述连接条从散热底板中间下方横穿，其两端分别通过固定螺栓与面板固定相连，其中部通过压紧件从下方对散热底板及其上方的半导体制冷片进行支撑固定；所述压紧件为螺钉或套有弹簧的螺钉。

优选地，该温控加工平台还包括用于对所述面板的温度进行测量的温度测量装置，便于对面板温度进行控制。温度测量装置可采用接触式(如热电偶)，也可以采用非接触式(如红外测温仪)，采用非接触式时，温度测量装置也可以作为可选附件。

优选地，所述半导体制冷片的数量为多块，均匀布置在面板下表面。

优选地，所述面板的上表面设置有隔断槽，所述隔断槽用于安装有安装密封圈以限定接合剂的最大流动范围，阻挡熔化后的液态接合剂流失；隔断槽可根据零件形状，布置为不同形状(如圆形、长方形、三角形等)和深度，并配置不同直径的密封圈；所述面板的上表面还设置有一定数量的备用螺孔，以满足连接被加工零件或加装转接板的需要。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1)该温控加工平台采用半导体制冷片同时实现制冷制热，半导体制冷片通直流电发生帕尔帖效应，通过控制电流的进出方向，半导体制冷片可产生制冷或加热效果，实现温度的大范围、高精度调节。

2)通过半导体制冷片对接合剂的温度进行调节，使接合剂固化或软化；接合剂固化时可将被加工零件以自然状态固定连接在平台上，连接速度快，不产生额外应力，可有效避免应力回弹；接合剂软化变稀后可方便地将被加工零件从平台上分离取下，与常规粘接相比，分离过程无需敲击操作，保证了零件的加工精度。

3)与磁力吸盘相比，本实用新型不受零件磁性限制，可以固定有磁性和无磁性的零件。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所设计的温控加工平台的俯视示意图(虚线为透视结构)。

图2为图1的A-A处的剖视示意图。

图3为图2的B-B处的剖视示意图。

图4为图3中固定组件(D向)的结构示意图。

图5为图2中C处的放大图。

图6为图3中固定组件的另一种结构的示意图。

图7为图2中散热底板的仰视结构示意图(虚线为透视结构)。

图8为图7中散热底板的E-E处的剖视示意图。

图9、图10分别为实施例3中固定有被加工工件的温控加工平台的主视、俯视结构示意图。

图11、图12分别为实施例4中固定有被加工工件的温控加工平台的主视、俯视结构示意图。

图13、图14分别为实施例5中固定有被加工工件的温控加工平台的主视、俯视结构示意图。

其中：平台架体100、面板110、隔断槽111、密封圈112、备用螺孔113、中框120、底板130、半导体制冷片210、散热装置220、散热底板221、冷却液通道222、冷却液接头223、冷却液输入管224、冷却液输出管225、卡箍226、固定组件300、连接条310、压紧件320、弹簧321、螺钉322、固定螺栓330、转接板400、压板410、定位销420、接合剂500、温度测量装置600、导热材料层700、被加工零件800。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

如图1～8所示，本实施例所提供的薄壁弱刚性零件的温控加工平台，包括平台架体100、制冷制热组件和固定组件300。其中：

平台架体100由面板110、中框120和底板130构成，中框120的上下分别通过螺栓与面板110、底板130固定连接。

面板110的下方固定安装有制冷制热组件，后者包括制冷片组和散热装置220。

制冷片组包括多块半导体制冷片210，阵列布置并安装在面板110下表面。半导体制冷片通直流电后发生帕尔帖效应，通过控制电流的进出方向，可产生制冷或加热效果。基于半导体制冷片的特性，需设置散热装置220进行冷却，以保证持续制冷和更低的制冷温度。

散热装置220安装在半导体制冷片210的下表面，用于将处于制冷模式的半导体制冷片210产生的热量散出。散热装置220包括紧贴安装在半导体制冷片210下表面的多块散热底板221(与半导体制冷片一一对应)，散热底板221可采用铝合金板或铜板，其内部设置有呈方波形的冷却液通道222。冷却液通道222的进出口分别设置有冷却液接头223，并且在接头处分别通过卡箍226连接有冷却液输入管224和冷却液输出管225。冷却液通道222内通入冷却液(一般采用水，也可采用酒精、氟利昂等常见冷却介质)对半导体制冷片210进行冷却散热。

制冷制热组件通过固定组件300与面板110进行组装。固定组件300包括连接条310和压紧件320；连接条310从散热底板221的中间下方横穿，其两端分别通过固定螺栓330与面板110固定相连，其中部通过压紧件320从下方对散热底板221及其上方的半导体制冷片210进行支撑固定；压紧件320采用螺钉322，直接压紧固定散热底板221(如图3)；或者采用套有弹簧321的螺钉322(如图6)，螺钉322仅用于弹簧321限位，不与散热底板221接触，弹簧321可在一定范围内压缩形成缓冲。

半导体制冷片210的上表面与面板110之间、下表面与散热装置220之间设置有导热材料层700(实施例中采用石墨纸)。通过压紧件320和导热材料层700的作用，使半导体制冷片210上表面与面板110的底面、半导体制冷片210下表面与散热底板221的上表面完整贴合，保证制冷和加热时的能量有效传递。

面板110的上表面设置有隔断槽111，用于安装密封圈112以限定接合剂500的最大流动范围，阻挡熔化后的液态接合剂500流失；隔断槽111可根据零件形状，布置为不同形状(如圆形、长方形、三角形等)和深度，并配置不同直径的密封圈112；面板110的上表面还设置有一定数量的备用螺孔113，以满足连接被加工零件800或加装转接板400的需要。面板110上还设置有温度测量装置600(采用热电偶)，从面板110下部插入并固定在面板110上。

此外，该温控加工平台还配备有电源、制冷机(与冷却液输入输出管相连，用于提供冷却液并移除回流冷却液中的热量)和温度控制器(用于控制制冷片的制冷与发热)等，均采用常规配置，本实用新型中不作具体说明。

经试验，该温控加工平台的面板110可在－20℃～100℃范围内任意调节控制，温度控制精度可达到±3℃，满足了不同零件的固化温度需要。

实施例2

如图13～14所示，本实施例在实施例1的基础上，增设转接板400，以适应难以平稳固定的零件。转接板400具有与被加工零件800的被固定面凹凸匹配(互补)的上表面，以配合安装被固定面不平的被加工零件800。转接板400可根据需要配置定位销420，便于对被加工零件800进行定位，转接板400自身通过压板410和螺栓固定在面板110上。为提高导热能力，转接板400与面板110之间设置有用于提高传热效果的导热材料层700(本实施例中采用石墨垫，图中未画出)。

实施例3

被加工零件800为航天通讯用某安装底板130，材料为铝合金，零件的平面度0.05mm和中间台阶深度尺寸(1.5±0.06)精度要求较高。如采用普通压块或垫板夹紧时零件易变形，不能满足加工精度要求。如采用真空吸盘装夹、加工后容易发生回弹变形，既使反复翻面装夹加工两个大平面、也无法有效保证平面度要求、效率低且合格率非常低。如采用通用的常温双组份胶粘的装夹方式，受胶剂固化时间长、布胶的均匀性不易控制、后期脱胶对零件损伤大等多因素的影响，不能满足工业生产的需要。

本实施例改进后，采用本实用新型实施例1提供的温控加工平台对被加工零件800进行连接固定以便加工，具体步骤如下：

1)向面板110上添加适量可通过相变固化作用连接两相邻界面的接合剂500，控制半导体制冷片210上侧为加热面，对其上方的面板110进行加热，使接合剂500熔化成液态；

该步骤中，接合剂是指在一定的温度可以进行液态和固态的转变，将被加工零件和面板或转接板连接在一起的物质。可根据材料、形状、精度、切削力等不同状态，选择具有合适固化温度和粘接力的材料，如水、热熔胶、相变脂等，适应不同的加工工艺需要；作为参考，这里给出了几种常见材料的固化温度如：水0℃、热熔胶55℃、热熔胶70℃、相变脂20℃，相变脂35℃等(上述温度不是绝对值、有偏差范围)。

2)将被加工零件800放在面板110上的液态接合剂500中，通过被加工零件800的自重或轻微手压，使其下部与面板110接触，同时液态接合剂500填充在被加工零件800和面板110之间的间隙内；

3)控制半导体制冷片210上侧为制冷面，对其上方的面板110进行降温，使接合剂500固化，形成被加工零件800与面板110的可靠连接，如图9～10所示；

4)被加工零件800加工完成后，再次控制半导体制冷片210加热面板110，使接合剂500熔化成液态，从而方便地将被加工零件800从面板110上分离、取出。

5)对于需要对两面进行加工的被加工零件800，将被加工零件800翻面后，重复步骤2)～4)即可。

根据零件的实际加工精度、当一个加工循环不能满足精度要求时，可反复多次翻面重复步骤2)～4)，不断提高零件的平面精度直至满足需要。

实施例4

被加工零件800为航天用某光电支架，材料为铝合金，外形为中空的薄壁不对称框类零件，零件两个面上的多处台阶平面度及深度尺寸要求严。原加工工艺采用多道次粗、精加工分开，并进行多次高低温循环消除应力的常规工艺方法，仍不能满足凸台平面度的精度要求，后续只能采取边检验边研磨磨的人工研磨的方式、生产效率低、不能满足生产进度的需要。

本实施例改进后，采用本实用新型实施例1提供的温控加工平台对被加工零件800进行连接固定，具体步骤与实施例3基本相同，不同之处是：光电支架的两面都含有凸台，为使接合剂500有效填充到光电支架和面板110之间的空隙中，在面板110的隔断槽111中装入橡胶密封圈112，阻挡液态的接合剂500流失，增加加工时的抗变形能力，见图11～12。

实施例5

被加工零件800为某航天产品用舵片，材料为钛合金，外形为异形曲面，对称度要求高，精加工时原工艺采用专用工装，在长度方向分段压紧、分段加工，分段拆卸夹具装夹精度不易控制、效率低，尺寸和形位公差很难满足要求。

本实施例改进后，采用本实用新型实施例2提供的温控加工平台对被加工零件800进行连接固定，具体步骤与实施例3基本相同，不同之处是：舵片表面为异形曲面，不易固定在面板110上，因此在面板110上增设与异形曲面互补(即凹凸匹配)的转接板400。具体步骤如下：

1)将转接板400固定在面板110上，向转接板400上添加适量可通过相变固化作用连接两相邻界面的接合剂500，控制半导体制冷片210上侧为加热面，对其上方的面板110进行加热，进而加热转接板400，使接合剂500熔化成液态；

2)将被加工零件800放在转接板400上的液态接合剂500中，通过被加工零件800的自重或轻微手压，使其下部与转接板400接触，同时液态接合剂500填充在被加工零件800和转接板400之间的间隙内；

3)控制半导体制冷片210上侧为制冷面，对其上方的面板110进行降温，进而冷却转接板400，使接合剂500固化，形成被加工零件800与转接板400的可靠连接，如图13～14所示；

4)被加工零件800加工完成后，再次控制半导体制冷片210加热面板110和转接板400，使接合剂500熔化成液态，从而方便地将被加工零件800从转接板400上分离、取出；

5)对于需要对两面进行加工的被加工零件800，将被加工零件800翻面后，重复步骤2)～4)即可。

根据零件的实际加工精度、当一个加工循环不能满足精度要求时，可反复多次翻面重复步骤2)～4)，不断提高零件的平面精度直至满足需要。

Claims (8)

1.一种薄壁弱刚性零件的温控加工平台，其特征在于：包括平台架体（100），所述平台架体（100）的上部设置有面板（110），所述面板（110）的下方固定安装有制冷制热组件；所述制冷制热组件包括制冷片组和散热装置（220）；所述制冷片组包括至少一片半导体制冷片（210），所述半导体制冷片（210）紧贴安装在面板（110）的下表面，可切换制冷或散热模式；所述散热装置（220）紧贴安装在半导体制冷片（210）的下表面，用于将处于制冷模式的半导体制冷片（210）产生的热量散出。

2.根据权利要求1所述的温控加工平台，其特征在于：该温控加工平台还包括可拆卸地安装在面板（110）上方的转接板（400），所述转接板（400）具有加大的表面以容纳更大尺寸的被加工零件（800），或者具有与被加工零件（800）的被固定面互补的上表面以安装被固定面不平的被加工零件（800）。

3.根据权利要求2所述的温控加工平台，其特征在于：所述半导体制冷片（210）的上表面与面板（110）之间、下表面与散热装置（220）之间，以及所述转接板（400）与面板（110）之间设置有用于提高传热效果的导热材料层（700）。

4.根据权利要求1所述的温控加工平台，其特征在于：所述散热装置（220）包括紧贴安装在半导体制冷片（210）下表面的一块或多块散热底板（221），所述散热底板（221）的内部设置有用于通入冷却液对半导体制冷片（210）进行冷却散热的冷却液通道（222），所述冷却液通道（222）的进出口分别设置有冷却液接头（223），并且分别连接有冷却液输入管（224）和冷却液输出管（225）。

5.根据权利要求4所述的温控加工平台，其特征在于：所述制冷制热组件通过固定组件（300）固定安装在面板（110）上，所述固定组件（300）包括连接条（310）和压紧件（320）；所述连接条（310）从散热底板（221）中间下方横穿，其两端分别通过固定螺栓（330）与面板（110）固定相连，其中部通过压紧件（320）从下方对散热底板（221）及其上方的半导体制冷片（210）进行支撑固定；所述压紧件（320）为螺钉（322）或套有弹簧（321）的螺钉（322）。

6.根据权利要求1~5中任一项所述的温控加工平台，其特征在于：该温控加工平台还包括用于对所述面板（110）的温度进行测量的温度测量装置（600）。

7.根据权利要求1~5中任一项所述的温控加工平台，其特征在于：所述半导体制冷片（210）的数量为多块，均匀布置在面板（110）下表面。

8.根据权利要求1~5中任一项所述的温控加工平台，其特征在于：所述面板（110）的上表面设置有隔断槽（111），所述隔断槽（111）用于安装密封圈（112）以限定接合剂（500）的最大流动范围；所述面板（110）的上表面还设置有一定数量的备用螺孔（113）。

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