用于状态记忆安装系统的填料及其应用工艺过程技术方案

一种用于状态记忆安装系统的填料及其应用工艺过程，属于机械制造和低熔点合金应用的技术领域，该填料的成分配比之一是Ｂｉ∶Ｓｎ∶Ｃｕ＝１５～６０％ＷＴ∶４０～８５％ＷＴ∶０．５％ＷＴ，有不含有毒元素Ｐｂ或Ｃｄ，熔点低、脆性小、切削性好、易于回收利用的优点，该填料的应用工艺过程包括：（１）确定误差敏感方向的填料厚度ｈ＃－［１］；（２）预热安装系统，并保温５～１０分钟；（３）加热填料４至Ｔ＃－［２］，Ｔ＃－［２］＝Ｔｒ＋（２５±５），并使其得到均匀搅拌和充分熔融；（４）采用压力浇注工具，改善熔融填料４的流动速度，有熔融填料的流动性好、填料结合力大和安装系统的记忆精度等优点特别适于在机械制造中加工低刚度或薄壁零件。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于状态记忆安装系统的填料及其应用工艺过程，属于机械制造和低熔点合金应用的

技术介绍
机械制造几何形状不规则的低刚度零件、基于陶瓷、水晶等高硬度和复合材料的零件前，可以利用基于相变物质状态变化的夹具将上述工件实施夹紧，然后再对上述工件进行机械加工。
技术介绍
中，低熔点合金是应用最为广泛的相变物质。在美国专利(US 5,947,662)“加工薄壁工件的夹紧系统”中，Becrer等人采用铅(Pb)或锌(Zn)作上述夹具的填料，解决了汽轮机叶片等不规则低刚度零件在机械加工中的夹紧问题。Pb是有毒元素。Zn基合金有强度高、切削加工好、热熔时流动性好等优点，但其熔点温度高于300℃，属中熔点合金。另外，表1给出四种常用低熔点合金的成分配比和性能指标，表中序号带‘*’的合金为共晶合金，其凝固膨胀和流动性好，有助于提高填料的结合力；减少合金中的铋(Bi)的含量，增加Pb的含量有助于提高填料的可切削性；增加合金中镉(Cd)的含量有助于提高填料强度。综上，尽管上述低熔点合金已用于机械制造生产实践，但仍存在以下问题(1)合金中含有毒元素Pb或Cd；(2)熔融填料离开加热器后，其温度在几秒钟内迅速降至其熔点温度，流动性变差，直接影响填料与工件、与夹具及填料之间的结合力；(3)注入夹具的填料冷凝收缩将影响夹具对工件原始状态的记忆精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种符合状态记忆安装系统综合性能要求，即不含有毒元素Pb或Cd、熔点温度低、强度高、脆性小，切削性能好、易于回收利用的用于状态记忆安装系统的填料。本专利技术通过采用以下技术方案使上述问题得到解决一种用于状态记忆安装系统的填料，其特征在于，它是由铋和锡，即Bi和Sn组成的低熔点非共晶合金，其中Bi和Sn的成分配比分别为15～60％WT和40～85％WT。进一步的特征在于，它可含有锑，即Sb，与Bi、Sn组成低熔点三元合金，其中Bi，Sn和Sb的成分配比分别为50％WT、45％WT和5％WT。进一步的特征在于，它可含有铜，即Cu，其中Bi，Si和Cu的成分配比分别为15～60％WT、40～85％WT和0.1～0.5％WT。进一步的特征在于，它可含镁，即Mg，其中Bi，Sn和Mg的成分配比分别为15～60％WT、40～85％WT和0.03～0.06％WT。试验情况表明，Bi-Sn低熔点非共晶合金的冷凝收缩率很小，易于提高填料的结合力和安装系统的记忆精度。减少Bi的含量，可以提高填料的可切削性和可回收率、减少填料成本。表2给出了添加含量可略而不计的元素Cu或Mg的Bi-Sn低熔点非共晶合金的性能指标。Bi的含量为15～60％WT，Sn的含量为40～85％WT，可以根据被加工工件的材料性能及其切削工况，确定Bi和Sn的成分配比，另外按0.1～0.5％WT的比例添加Cu或按0.03～0.06％WT的比例添加Mg，以增加合金的强度。上述合金材料的特征是熔点温度为145～202℃，强度为80～130PMa，切屑形状接近断续条状，易于切削加工和填料回收。图1给出了添加含量可略而不计的元素Cu或Mg的Bi-Sn低熔点非共晶合金的切屑样本。这里，由于填料物理性能所导致的一些不利情况将通过填料应用工艺过程给予相应的弥补，如非共晶合金的流动性较差，减少Bi含量将引起较大的冷凝收缩率等情况。本专利技术要解决的另一个技术问题是提供一种上述填料的应用工艺过程。本专利技术通过采用以下技术方案使上述技术问题得到解决一种用于状态记忆安装系统的填料的应用工艺过程，其特征在于，包括(1)确定误差敏感方向的填料厚度h1，使其不超过20mm；说明低熔点合金强度要比传统夹具用的工具钢低，有限元分析和切削试验结果表明，填料的支承刚度与填料的厚度有关，一般情况下，尤其是小刚度工件切削情况下，填料厚度增大切削变形减少，但当填料厚度增大到一定程度后，切削变形反而增大。因此，根据填料厚度阈值和实际切削工况，合理地确定填料厚度是提高安装系统支撑刚度和保证其状态记忆精度的有效工艺措施之一。(2)预热安装系统，即内部定位和预紧有工件2的寻位箱1至T1，T1＝Tr-(25±5)，其中Tr为填料4的熔点温度，并保温5～10分钟；说明工程试验表明，将熔融填料4注入未经预热的寻位箱1时，熔融填料4的流动性差，即当熔融填料4接触安装系统中的有关元件或工件2的表面时，由于其温度迅速冷却而易于发生“冻结”现象，经“冻结”凝固后的填料内部组织结构疏松呈阶梯状态，使填料4与工件2、填料4与安装系统相关元件、填料4与填料4之间产生“虚结合”，而降低夹紧力。使安装系统的预热温度高于100℃，低于Tr-20℃，不仅可以通过消除相关表面上影响填料4着附的气体，缓解注入填料4的温度下降率，而避免“冻结”，而且可以通过安装系统的热涨冷缩现象弥补填料4的收缩率带来的不良影响。(3)加热填料4至T2，T2＝Tr+(25±5)，并使其得到均匀搅拌和充分熔融；说明熔融填料4流动性的有限元分析结果和工程试验结果表明，离开注入工具的熔融填料4的温度迅速下降，提高填料4的加热温度可以延长熔融填料4降至其熔点温度的时间，此外，采用具有保温功能的浇注工具也是改善填料4的流动性的重要措施之一。(4)采用压力浇注工具，改善熔融填料4的流动速度，使其迅速充满安装系统需要填充的缝隙。与
技术介绍
相比，本专利技术所述填料及其应用工艺过程有以下突出效果1.本专利技术所述填料不含有毒元素Pb或Cd、熔点温度介于145～202℃、强度高于80MPa、脆性小、可切削性好、易于回收利用，具有良好的工程应用前景。2.基于填料厚度阈值规律提出的控制误差敏感方向的填料厚度的应用工艺过程，不仅可以提高安装系统的工序转换精度，而且可以减少寻位箱1的基本元件规格，提高其利用率。3.提出预热安装系统的工艺过程，不仅可以改善熔融填料的流动性和填料的结合力，而且可以降低对填料冷凝收缩率的要求，扩大合金元素的选择余地。附图说明图1为添加含量可略而不计的元素Cu或Mg的Bi-Sn低熔点非共晶合金的切屑样本；图2为采用本专利技术涉及的应用工艺过程加工而成的叶片；图3为采用虎钳装夹加工而成的叶片；图4为采用通用夹具和本专利技术的填料及其应用工艺过程的部分工艺示意图，其中1是寻位箱，2是工件，3是寻位元件，4是填料，h1是误差敏感方向的填料厚度，H1填料注入高度。具体实施例方式实施例1～6参见表2，序号1～6。实施例7无柄叶片加工。参见图2和图4。工件2的长宽高方向的最大、最小尺寸(mm)为长200、187，宽90、76，高36、0；材料为铝合金；工件2的尺寸210*102*50；安装系统内腔尺寸220*110*40；填料4的成分配比为Bi∶Sn∶Cu＝49.75％WT∶49.75％WT∶0.5％WT≈50％WT∶50％WT∶0.5％WT。填料的应用工艺过程将工件2放入寻位箱1中与寻位元件3全部接触并预紧；预热安装系统至125，加热填料4至180℃；注入熔融填料4至H1，寻位箱1的底部，即误差敏感方向的填料厚度h1≤10mm；在机床上安装寻位箱1；机械加工叶片凸面至图纸要求；合上寻位箱1的上盖，注入熔融的填料4，使已加工的叶片凸面和填料4一起形成与寻位箱1的内腔一致的表面；将寻位箱1上下翻转180°安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于状态记忆安装系统的填料，其特征在于，它是由铋和锡，即Ｂｉ和Ｓｎ组成的低熔点非共晶合金，其中Ｂｉ和Ｓｎ的成分配比分别为１５～６０％ＷＴ和４０～８５％ＷＴ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李蓓智，杨建国，毛志敏，周天经，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]