紧固用于机械加工操作的工件的方法和用于这种工件的模具组合件技术

一种紧固用于机械加工操作的工件的方法包括以下步骤：（i）提供一模具，所述模具包括模具主体和模具腔；（ii）将所述工件安放在所述模具腔内；（iii）提供多个零件定位器杆，所述零件定位器杆中的每一个安置在所述模具主体中且突出到所述模具腔中，每个零件定位器杆的远端抵靠着所述工件的外表面；（iv）提供一流体，所述流体填充限定在所述工件的外表面与所述模具腔的内表面之间的空隙；（v）使所述模具、工件和流体冷却到所述流体的凝固点以下的温度；（vi）从所述腔移除包封在冷冻流体中的所述工件，同时所述零件定位器杆从所述冷冻流体的外表面突出；（vii）将所述包封的工件紧固在机床上；和（viii）使用所述突出的零件定位器杆来将所述工件安放在所述机床上，为所述机械加工操作做好准备。

【技术实现步骤摘要】
紧固用于机械加工操作的工件的方法和用于这种工件的模具组合件
本公开涉及一种通过将工件包封在冷冻流体中来紧固工件的方法，以及更具体地说但非排他地，涉及一种通过将由陶瓷基质复合材料形成的工件包封在冷冻流体中来紧固工件的方法。
技术介绍
陶瓷基质复合（CMC）材料是一类复合材料，其中陶瓷基质材料由方向性陶瓷纤维加强。CMC材料具有极佳高温性质且在高温应用中通常被认为是例如基于镍的超合金等金属合金的替代。CMC材料通常要求例如研磨、钻探、碾磨或其它过程等机械加工过程以便达到工件的最终形状。然而，机械夹紧夹具可能会损坏易碎的陶瓷基质材料。可能难以使夹具抵靠CMC表面准确地安置。在呈模具样形式的连续CMC组件之间还可能会存在处于限定公差极限内的维度可变性，这进一步使其在夹具中的位置复杂化。另外，常规机械夹具通常会限制对工件的零件的接近，这继而要求使用多个夹具和机械加工操作且因此进一步增加了成品工件的成本和循环时间。CMC材料的非均质和各向异性性质连同其高硬度使得其除了别的以外易于发生分层、边缘碎裂、纤维损坏和纤维拔脱。常规机械夹紧夹具难以向CMC组件的所有区域提供完全支撑以对抗机械加工力且防止以上提及的缺陷，所述提供完全支撑在纤维层压板和/或层的定向相对于切削方向（馈送方向）改变方向时是至关重要的。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，提供一种紧固用于机械加工操作的工件的方法，所述方法包括以下步骤：（i）提供一模具，所述模具包括模具主体和模具腔；（ii）将工件安放在模具腔内；（iii）提供多个零件定位器杆，所述零件定位器杆中的每一个安置在模具主体中且突出到模具腔中，每个零件定位器杆的远端抵靠着工件的外表面；（iv）提供一流体，所述流体填充限定在工件的外表面与模具腔的内表面之间的空隙；（v）使模具、工件和流体冷却到流体的凝固点以下的温度；（vi）从腔移除包封在冷冻流体中的工件，同时零件定位器杆从冷冻流体的外表面突出；（vii）将包封的工件紧固在机床上；和（viii）使用突出的零件定位器杆来将工件安放在机床上，为机械加工操作做好准备。将CMC组件包封在冷冻流体中会向CMC组件的整个外表面提供机械支撑。这使得CMC组件能够在不经历邻近于机械加工的特征的分层、开裂、碎裂或纤维损坏的情况下进行机械加工。这继而改进了机械加工的CMC组件的质量。使用冷冻流体来包封CMC组件实现了CMC材料的有成本效益的机械加工。由于CMC组件的改进的位置安全性，因此将CMC组件安置在其整个外表面上方使得能够使用更激进的机械加工速率。这允许减少机械加工循环时间且因此减少成本。冷冻流体包封的低温向机械加工过程提供冷却作用且可延长切削工具的寿命。这继而减少了机械加工成本。本公开的包封方法的使用允许从一个机械加工配置到另一机械加工配置的快速而简单的转换，从而消除了由固定所致的对工件的损坏风险且实现了无污染危险。通过冷冻包封流体包封CMC组件实现了快速、灵活、稳固且因此有成本效益的固定过程。CMC组件的包封可容易地适用于所有CMC组件大小和几何形状。此外，包封方法可容易地针对更大和更小组件按比例缩放。包封CMC组件的冷冻流体的低温可向机械加工过程提供充分冷却以使得能够消除外部机械加工流体的供应和循环。这继而使得本公开的方法比现有技术更简单且更具成本效益。包封工件的冷冻流体易于由任何常规切削工具进行机械加工，且因此不会不利地影响机床寿命。以此方式，本公开的方法不会导致切削工具成本的任何增加。包封过程的可适用性使得用户能够容易地适应CMC组件中的多个设计改变，同时仍能够使用本公开的方法紧固CMC组件。因此，本公开的方法允许多个设计改变而不会发生随之而来的固定成本增加且因此可减少新产品引入（NPI）成本。本公开的方法使得能够通过仅仅允许冷冻包封流体熔融而从包封夹具简单地和直截了当地移除CMC组件。这消除了在从包封移除机械加工的CMC组件时对所述机械加工的CMC组件的任何损坏风险。通过在组件紧固期间将CMC组件安置在其整个表面上方，本公开的方法对表面不规则性不敏感。此外，所述CMC组件向所有‘敏感’区域以及‘切削入口’和‘切削出口’区提供重要支撑，所述‘敏感’区域例如基本层压板、层或纤维束方向相对于切削力在垂直方向上定向的地方。本公开的方法的另一个优点在于，与当使用常规机械夹具进行机械加工时经历的间歇性切削相比，包封工件的冷冻流体提供更稳定的切削力且通过冷冻流体和工件提供连续切削。在本公开的方法中，稳定的切削力应该会产生改进的工件质量和更长的工具寿命。任选地，模具腔的大小被设定成容纳工件，其中在工件的外表面与模具腔的内表面之间具有预定间隙。模具腔的大小和形状根据在工件的外表面与模具腔的内表面之间提供最小预定间隙的需要指定。此最小预定间隙可除了别的以外随工件的绝对大小、在机械加工过程期间被移除的材料的量和工件的形状而变化。更小工件可要求工件的外表面与模具腔的内表面之间的更小预定间隙。预定间隙的大小对应于包封工件的冷冻流体的厚度。如果将在单次操作中从工件移除更大数量的材料，即，更大切削深度，那么这可要求工件的外表面与模具腔的内表面之间的更大预定间隙。形状不规则的组件或具有特别细长几何形状的组件可要求工件的外表面与模具腔的内表面之间的更大预定间隙。工件的外表面与模具腔的内表面之间的预定间隙（即，冷冻流体的厚度）可针对工件的特定特征进行调整以匹配选定切削策略和所得切削力。举例来说，如果将通过工件钻探孔，那么间隙（冷冻流体厚度）在孔出口侧将会更大。任选地，步骤（vi）包括以下额外后续步骤：（vi）'将包封的工件安放在冷却夹具上。冷却夹具的使用使得包封的CMC组件能够安置在机械加工设备上持续更长时间段而不会发生冰包封的衰减。在一个布置中，冷却夹具的大小被设定成无限期地维持冰包封。在此布置中，包封的CMC组件可保持在机械加工设备上持续无限时间段，同时维持冰包封的完整性。在另一布置中，冷却夹具的大小可被设定成减缓冷冻流体包封的衰减。这将要求更小、更轻和成本更低的冷却夹具，但可能会限制冰包封可依赖以紧固地安放CMC组件的时间长度。任选地，步骤（iii）包括以下额外后续步骤：（iii）'将零件定位器杆安放在正交x和y方向中的每一个上，每个零件定位器杆被安放成抵靠工件以便将工件安置在x-y平面中。在x和y方向中的每一个上使用零件定位器杆使得能够将工件安置在x-y平面中。为了实现例如孔钻探等简单的机械加工操作，此x-y位置可能是足够的，且因此提供在位置上安置工件的简单和有成本效益的手段。任选地，步骤（iii）包括以下额外后续步骤：（iii）'将零件定位器杆对安放在三个正交x、y和z方向中的每一个上，每个零件定位器杆对安放成相对布置以抵靠工件以便将工件安置在三个x、y和z平面中的每一个中。在三个x、y和z方向中的每一个上使用零件定位器杆对，其中每个相应零件定位器杆对成相对布置且抵靠工件，使得能够在工件已经被包封在冷冻流体中之后在x、y和z平面中将工件精确地安放在机床上。这允许准确地和精确地对工件进行任何机械加工操作而不需要接近工件的表面。任选地，流体是水。由于水容易获得且容易处理，因此使用水用于包封流体使得本公开的方法简单且有成本效益。任选地，冷却夹具选自由以下各项组成的群组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧固用于机械加工操作的工件的方法，所述方法包括以下步骤：（i）提供一模具，所述模具包括模具主体和模具腔；（ii）将所述工件安放在所述模具腔内；（iii）提供多个零件定位器杆，所述零件定位器杆中的每一个安置在所述模具主体中且突出到所述模具腔中，每个零件定位器杆的远端抵靠着所述工件的外表面；（iv）提供一流体，所述流体填充限定在所述工件的外表面与所述模具腔的内表面之间的空隙；（v）使所述模具、工件和流体冷却到所述流体的凝固点以下的温度；（vi）从所述腔移除包封在冷冻流体中的所述工件，同时所述零件定位器杆从所述冷冻流体的外表面突出；（vii）将所述包封的工件紧固在机床上；和（viii）使用所述突出的零件定位器杆来将所述工件安放在所述机床上，为所述机械加工操作做好准备。

【技术特征摘要】
2017.09.18 GB 1714976.61.一种紧固用于机械加工操作的工件的方法，所述方法包括以下步骤：（i）提供一模具，所述模具包括模具主体和模具腔；（ii）将所述工件安放在所述模具腔内；（iii）提供多个零件定位器杆，所述零件定位器杆中的每一个安置在所述模具主体中且突出到所述模具腔中，每个零件定位器杆的远端抵靠着所述工件的外表面；（iv）提供一流体，所述流体填充限定在所述工件的外表面与所述模具腔的内表面之间的空隙；（v）使所述模具、工件和流体冷却到所述流体的凝固点以下的温度；（vi）从所述腔移除包封在冷冻流体中的所述工件，同时所述零件定位器杆从所述冷冻流体的外表面突出；（vii）将所述包封的工件紧固在机床上；和（viii）使用所述突出的零件定位器杆来将所述工件安放在所述机床上，为所述机械加工操作做好准备。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述模具腔的大小被设定成容纳所述工件，其中在所述工件的所述外表面与所述模具腔的所述内表面之间具有预定间隙。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中步骤（vi）包括以下额外后续步骤：（vi）'将所述包封的工件安放在冷却夹具上。4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中步骤（iii）包括以下额外后续步骤：（iii）'将零件定位器杆安放在正交x和y方向中的每一个上，每个零件定位器杆被安放成抵靠所述工件以便将所述工件安置在x-y平面中。5.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中步骤（iii）包括以下额外后续步骤：（iii）'将零件定位器杆对安放在三...

【专利技术属性】
技术研发人员：D诺沃维奇，J凯尔西，DT柯蒂斯，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB