TWI797922B - 可調式流體研磨夾治具 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種可調式流體研磨夾治具，係包括：一底座，該底座設有一夾持固定座，該夾持固定座係用於夾持一待研磨工件；至少二導流塊，該導流塊係設置於該底座上方，並互相組合後包覆該待研磨工件，該些導流塊朝向該待研磨工件的一面係設有流道槽，該些導流塊組合後、其各自的流道槽結合成為一流體研磨空間；至少二限位單元，係設置於該底座上方，該限位單元係用於固定該導流塊，並調整該導流塊在該底座上的固定位置。

Description

可調式流體研磨夾治具

本發明係與機械加工技術有關，特別係指一種用於積層製造成品表面處理的可調式流體研磨夾治具。

積層製造(Additive Manufacturing)為應用電腦輔助設計軟體處理三維模型資料，運用粉末原料層層堆疊產出立體物件。金屬積層製造可將電腦中的CAD Model圖檔轉化為實體工件，不需特地開模，直接完成成品，可配合客戶特定需求整合多個工件，快速的製造出許多傳統製造方法較難達成的工件結構，且不須擔心少量製造所造成的開模成本昂貴，因此「多零件一體成型」、「輕量化」、「適性流路設計」與「客製化」為金屬積層製造技術相對傳統製造技術上的優勢；依上述優勢，金屬積層製造是現行超精密金屬零組件製造的關鍵技術之一，可有效解決高值化模具、特規金屬零組件與複雜結構形貌及內部流道的加工需求；金屬積層製造技術已逐漸應用於航空、航太領域，該領域工件表面品質改善後，不僅能防止因材料表面缺陷而導致的應力集中現象、減少機械振動及磨損，更能增加工件材料的使用壽命，因此航空航太產業對金屬積層製造工件的精度尺寸要求較高，對工件的表面粗糙度品 質更是評估謹慎，特別是在具有複雜扭轉曲面且薄板特徵的葉片工件，然而使用金屬積層製造技術產出的金屬工件，表面較為粗糙(約Ra 10~15μm)，其表面處理技術需克服粗糙度落差大、工件表面不易加工等問題。

流體研磨裝置根據工作原理，有往復式、迴轉式等多種形式，其中往復式係將工件固定於研磨腔體中，內含研磨粒子的磨料從相對兩端反覆流入、流出該研磨腔體，流經內部工件的表面，達到研磨效果。流體研磨為利用壓力擠壓軟磨料的方法將磨粒與軟性介質送入夾治具中，當磨料在治具中來回的擠壓時，磨粒就會在來回擠壓時與工件表面產生磨擦(撓性接觸)，進而達到拋光效果。流體研磨最大的特點就是它能拋光人工無法拋到的部位，適用於氣體、液體類流體的導通管內拋光，因為其拋光痕述和流體通過的方向一致，因此具有流體易於通過的優點。

金屬積層製造雖可製造複雜型貌、複雜流道及內部結構的金屬製品，然其產品卻有表面較粗糙之缺點，使用一般流體研磨技術進行研磨需耗費較長的研磨時間，方能達到目標粗糙度。

現有技術之流體研磨夾治具多為固定單一整體結構，其內部空間、磨料流道之尺寸與相對位置都已固定，以符合某一特定粒徑、材質的磨料需求。若更換不同磨粒之磨料，則須更換不同流道寬度之治具，才能發揮該磨料最佳的研 磨效果，整個研磨過程需製作數具治具，使治具製作成本昂貴，且應用在量產件上，治具在研磨過程也會遭到磨料侵蝕，需定期更換。

先前技術如中國專利CN 104715110 B「一種精密複雜曲面零件型面磨料流等余量精準拋光模具設計方法」中提及，透過治具流道寬度設計，使複雜表面也能等量、均勻的研磨表面，使其得到高均勻性、低變形量之研磨效果。然而該前案其研磨粗度之幅度較小，屬於精加工研磨範圍，若應用在積層製造工件粗胚，勢必需要增加粗加工道次，或增加研磨時間。積層製造工件粗胚須經由粗加工，使表面粗糙度降至Ra 2.0~1.6μm才能進行研磨，增加工件運送的時間成本，且曲面粗加工精度難以掌握，難以滿足對構型精度十分要求之工件。將積層製造工件粗胚直接利用該專利設計之治具進行研磨，會出現研磨時間長、磨料過熱導致研磨效率下降、縮短磨料使用壽命等不利因素。

為改善先前技術之缺點，本發明係提供一種可調式流體研磨夾治具，本發明透過設計流道可調式治具，控制等量的研磨工件表面，在同一治具就能使用不同磨粒粒度的磨料，可以滿足多個研磨道次使用，達到保持工件曲面精準尺寸、縮短研磨程序時間與確保表面研磨效果的優點。

本發明係為一種可調式流體研磨夾治具，係包 括：一底座，該底座設有一夾持固定座，該夾持固定座係用於夾持一待研磨工件；至少二導流塊，該導流塊係設置於該底座上方，並互相組合後包覆該待研磨工件，該些導流塊朝向該待研磨工件的一面係設有流道槽，該些導流塊組合後、其各自的流道槽結合成為一流體研磨空間；至少二限位單元，係設置於該底座上方，該限位單元係用於固定該導流塊，並調整該導流塊在該底座上的固定位置。

本發明之一實施例中，其中該限位單元係為滑槽與固定鍵之組合。

本發明之一實施例中，其中該底座表面係設有調節刻度，據以調整該導流塊之固定位置。

本發明之一實施例中，該底座係設有一流體入口，連通至該流體研磨空間。

本發明之一實施例中，其中更包括：一上蓋，係設置於該底座上、罩住該些導流塊與該待研磨工件，該上蓋係設有一流體出口，連通至該流體研磨空間。

本發明之一實施例中，該流體研磨空間係由該上蓋、該導流塊與該夾持固定座組合後，中間形成該流體研磨空間。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖 示中加以闡述。

11:底座

11A:夾持固定座

11B:流道入口

12:待研磨工件

13A、13B:導流塊

14:限位單元

21:上蓋

21A:開口

圖1係為本發明之可調式流體研磨夾治具實施例結構示意圖。

圖2係為本發明之上蓋實施例示意圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

本發明之可調式流體研磨夾治具係適用於積層製造加工後的成品表面處理程序，例如打磨平整、拋光、修型等動作。由於積層製造的加工特性，燒結成型的工件表面會較粗糙，需再進行表面研磨程序。一般機械加工程序在處理粗糙度落差較大的工件時，會以手工噴砂、電解拋光等方式降低工件粗糙度(降低至Ra 2.0~1.6μm)，但上述加工方法難以保證積層製造所做出來的一體成形帶曲面工件的精準外型；為了解決工件的初始與目標表面粗糙度落差大，且保持其曲面精準外型尺寸，目前業界偏向使用流體研磨技術(Abrasive Flow Machining,AFM)進行工件表面研磨，該技術利用磨粒與具有彈性、黏性的軟性介質與工件表面接觸，並透過更換不同尺寸規格研磨夾治具與不同磨粒粒徑的磨料，由粗到細逐步將工件表面粗糙度研磨至需求標準。惟如先前技術所述，每一研磨 道次需要粗加工、精加工等不同尺寸規格的流體研磨夾治具，執行一個工件的研磨需要更換很多個夾治具才能達到工件成品的表面粗糙度需求，更換程序繁瑣、工作時程長。而且夾治具長期使用後會逐漸磨損，必須更換新品，多組夾治具的換裝成本較高。

本發明之可調式流體研磨夾治具實施例結構示意圖如圖1所示，該圖式為可調式流體研磨夾治具的上視圖與側面剖視圖，係包括：一底座11，該底座設有一夾持固定座11A，該夾持固定座係用於夾持一待研磨工件12；二導流塊13A、13B，該導流塊互相組合後包覆該待研磨工件12，該些導流塊朝向該待研磨工件的一面開設有凹槽(流道槽)，該些導流塊組合後、其各自的流道槽結合成為一流體研磨空間，使磨料通過該流道時，磨料中的磨粒與工件表面接觸、摩擦，待研磨工件12位於該空間中，該流體研磨空間在上方(以本圖視角為準)有開口讓磨料(內含磨粒)流入，同時該底座11亦設有一或多個流道入口11B，讓磨料可以從上或下兩端進入該流體研磨空間，達到研磨該工件的效果；限位單元14，係設置於該底座上方，該限位單元係用於固定該導流塊，並調整該導流塊在該底座上的固定位置，進而調整該導流塊組合後的流體研磨空間大小(意即特定磨料所需流道寬度)。

本發明之可調式流體研磨夾治具實施例係用於往復式流體研磨，傳統做法是將待研磨工件放在一密閉、僅有 兩端設有流體入口的研磨腔體(內含夾治具來固定工件)內，讓磨料從兩端反覆進出，為了增進研磨效果，研磨腔體的大小、形狀、與工件間的距離都必須配合工件的形狀、磨料的種類與粒徑大小等參數設計，當待研磨工件的初始粗糙度與使用需求的粗糙度相差極大時，僅使用一種規格的研磨夾治具、一種粒徑的磨料、進行一次研磨程序，工件表面的粗糙度難以達到目標表面粗糙度，必須更換對應不同研磨腔體的夾治具，而本發明之可調式流體研磨夾治具使用組裝式的導流塊組成研磨腔體(即該流體研磨空間)，只要換裝不同形式的導流塊就能適應不同外形的工件研磨需求，同時加上限位單元來調節導流塊的位置，改變流體研磨空間的大小，來適應粗、精不同研磨道次所需要不同粒徑磨料的流道寬度需求。

本發明之一實施例中，該可調式流體研磨夾治具可進一步包括一上蓋，如圖2所示，該上蓋21會完全覆蓋住底座11上的導流塊13A、13B與工件12，達到固定與保護的效果。該上蓋上方設置開口21A(流體出口)，連通至該導流塊13A、13B組成的流體研磨空間，以容許磨料通過該開口21A進入該流體研磨空間進行研磨工件之程序。

本發明之一實施例中，該流體研磨空間係可進一步由該上蓋、該導流塊與該夾持固定座組成，考量本發明於實際應用中，該導流塊在調整固定位置(流道寬度)時，可能沒辦法僅以導流塊組成封閉的流體研磨空間，因此可藉由該上蓋 作為密封元件，罩住該導流塊，讓上蓋、導流塊與夾持固定座組合後，中間形成該流體研磨空間(上、下具有讓磨料進入的開口)。使用者亦可另外在導流塊外加上簡易檔塊等方式取代上蓋封閉研磨工件之功效，來保持調整後的導流塊中間的流體研磨空間密封。

必須指出的是，前述實施例所述之底座流體入口與上蓋流體出口，並非用於限制磨料的流入、流出方向，往復式研磨程序實際進行時會從兩端反覆進出，故本發明的入口、出口僅為元件部位名詞說明，並非用於限定磨料方向或研磨程序。

本發明之一實施例中，該限位單元係用於固定該導流塊於底座上的位置，藉由調整該限位單元，即可達到改變流體研磨流道寬度(流體研磨空間大小)的目的，來適應不同種類、粒徑的磨料需求。本發明之限位單元可使用滑鍵(滑槽與固定鍵之組合)，搭配底座上預先設定的調節刻度，即可針對不同粒徑、不同種類的磨料做調整，僅用本發明的一組可調式流體研磨夾治具就可以滿足粗研磨到精研磨的多道次研磨程序。本發明亦可使用其他種類的可調式固定裝置，如螺絲穿孔、滑動軌道、步進馬達等不同裝置，只要符合本發明調節導流塊位置以改變研磨流道寬度的精神，均屬於本發明之範疇。

本發明之導流塊、限位單元、夾持固定座、上蓋等元件皆為組裝式設計，使用者可以視需求更換不同種類、材 質、材質之元件，來適應不同研磨用途。本發明之可調式流體研磨夾治具即使經長期使用、研磨大量工件造成部件磨損，只要更換該部件即可，不需要更換整套治具，經濟效益較佳。

本發明之一實施例中，以粗、精兩個研磨道次為例，研磨實施步驟可分為粗加工與精加工兩個步驟，詳細實施步驟如下：

1.粗加工：將粗加工用磨料(磨料種類選擇中磨粒粒徑較粗之磨料)填充至流體研磨機的磨料缸中，待研磨工件安裝至治具的夾持固定座上，並配合粗研磨用磨料(磨料種類選擇中磨粒粒徑較粗之磨料)調整左右導流塊對準底座上標示的調節刻度(流道寬度)，確認導流塊與工件之間的流道寬度後，將工件與夾治具移動至研磨定位固定，開始進行研磨。

2.精加工：完成粗加工後，取出並清潔工件與夾治具，將粗加工用磨料更換成精加工用磨料後，工件安裝至治具的夾持固定座上，並配合精加工用磨料調整流道寬度，將工件與治具移動至研磨定位固定，開始進行研磨。精加工研磨步驟完成後，取出、清潔工件與治具，即可獲得工件成品。

藉此，本發明係提供一種可調式流體研磨夾治具，本發明不需製作多個治具，降低工件研磨程序的整體成本。本發明以可調組裝式流體研磨治具搭配不同磨粒粒徑之磨料，實現粗加工及精加工的流體研磨方法，粗加工使工件能快速降低表面粗糙度，具有降低研磨時間、減少磨料內磨粒損 耗等效益，再利用精加工使工件表面達到目標粗糙度。本發明為一種可調組裝式流體研磨治具，使治具在多次研磨過程中因治具受損後，僅需更換受損部件，不須再次製作整套治具，降低後續治具維護成本。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

11:底座

11A:夾持固定座

11B:流道入口

12:待研磨工件

13A、13B:導流塊

14:限位單元

Claims (6)

1. 一種可調式流體研磨夾治具，係包括：一底座，該底座設有一夾持固定座，該夾持固定座係用於夾持一待研磨工件；至少二導流塊，該導流塊係設置於該底座上方，並互相組合後包覆該待研磨工件，該些導流塊朝向該待研磨工件的一面係設有流道槽，該些導流塊組合後、其各自的流道槽結合成為一流體研磨空間；至少二限位單元，係設置於該底座上方，該限位單元係用於固定該導流塊，並調整該導流塊在該底座上的固定位置。
2. 如請求項1所述之可調式流體研磨夾治具，其中該限位單元係為滑槽與固定鍵之組合。
3. 如請求項1所述之可調式流體研磨夾治具，其中該底座表面係設有調節刻度，據以調整該導流塊之固定位置。
4. 如請求項1所述之可調式流體研磨夾治具，其中該底座係設有一流體入口，連通至該流體研磨空間。
5. 如請求項1所述之可調式流體研磨夾治具，其中更包括：一上蓋，係設置於該底座上、罩住該些導流塊與該待研磨工件，該上蓋係設有一流體出口，連通至該流體研磨空間。
6. 如請求項5所述之可調式流體研磨夾治具，其中該流體研磨空間係由該上蓋、該導流塊與該夾持固定座組合後，中間形成該流體研磨空間。

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