用于固定待制造工件的粘接剂工件保持系统技术方案

一种利用辐射响应粘合剂作为粘接剂来在制造夹具上粘接和从其上松解工件的系统和方法。该方法包括在几秒内在加载过程中固化粘合剂，并在几秒内在卸载过程中结构性弱化粘合剂。在工件加载循环中，粘合剂分配器（４８）将辐射响应粘合剂沉积在已知为抓紧销（１２）的承受负载的透光表面。然后将工件推在定位器上，并且朝着抓紧销（１２），导致粘合剂夹在工件和抓紧销（１２）之间，并通过抓紧销（１２）使得固化辐射能量透射到粘合剂上，使得粘合剂固化并将工件粘接在夹具上。因此，在制造之后结构性弱化粘接或者松解以从夹具上除去工件。（*该技术在2023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工件夹具，尤其涉及利用辐射能量使得工件和夹具之间的辐射响应粘合剂粘接和松解的设备。
技术介绍
制造实践中使用的夹具用于相对于制造过程、组装过程或者检查过程定位和保持工件。一种最需要的制造操作是机加工，以该过程作为示例。尽管机加工中心夹具的结构是专用的，但是基本均采用定位器、夹子以及支撑件等机械元件。定位器是固定的机械元件，用于将工件相对于夹具基底并最终相对于机加工中心进行定位。夹子是用于将工件推在定位器的子设备上的机构。夹子通常液压或者气压地通过螺母和螺钉的相对转动而被促动。支撑件是用于提高夹具-工件系统的刚度的机构。支撑件与夹子不同之处在于，支撑件以最小的预加载与工件相接触，并随后锁入适当位置。与夹子相同，支撑件可以液压或者气压地通过螺母和螺钉的相对转动而被促动。因为工件表面的不完整性，以及必须仅利用6个或者更少的定位器来定位零件的需要，因此支撑件仅在工件已经与定位器相接触并被夹住之后才被啮合。在许多应用中，促动另外的夹子，以迫使工件与支撑件相接触，因此提高了夹具在工件上的预加载。典型的工件加载循环涉及以下步骤。工件与定位器相接触。促动夹子并迫使其与工件相接触。在工件、夹子以及定位器的子设备中产生预加载接合点。如果使用支撑件，支撑件被促动并与工件发生轻微接触。随后，支撑件被锁定在适当位置。可以促动另外的夹子来将工件保持在支撑件的子设备上。工件和夹具元件基本是一个组装的结构。在制造循环中，工件在预加载夹具-工件接合点处受到促动的夹紧力和摩擦接触力的限制。促动的夹紧力的大小是关键。当夹紧力过小的时候，工件在加工过程中会在夹具之内滑动。当夹紧力过大的时候，工件会在加工之前在夹具之内过度变形。夹具-工件系统的一个重要性质是其在要被加工的工件表面处的动态刚性。高的动态刚性是确保在加工过程中表面不会被过度振动并因此不会形成过大误差以及颤动擦痕所必需的。动态刚性是工件的几何形状以及弹性模量、夹具元件的空间设置、夹具元件的几何形状以及弹性模量、和工件与夹具元件之间的摩擦系数的正函数。就另一程度而言，它也是接合点预加载作用力的函数。加工夹具的一个重要性能量度是其在保持切削工具与要被加工的特征的接近的同时为夹具-工件系统赋予高动态刚性的能力。其他重要的量度包括工件加载时间(包括工件安装和夹具与支撑件的啮合)、工件卸载时间(包括夹具和支撑件的脱离啮合、工件的拆卸、定位器和支撑件接触表面的碎片的清洁)、能够被重新构成为保持不同零件的灵活性或者能力、以及投资成本。夹具设计是相当专业的，因为每个加工应用相对于工件复杂性、加工的特征的公差、所需要的材料的去除率、所需要的循环时间、以及所产生的零件的总数量都是不同的。当适当设定促动作用力的时候，工件很少会在加工过程中从夹具中滑出。另外，这些夹具的保持强度对于工件的清洁性相对不敏感。但是，夹具定位工件的能力对于工件的清洁性是非常敏感的。而且，如果采用自动夹住和支撑系统，工件加载时间和卸载时间可以相对较短。采用这种技术的夹具的投资成本从精密钳子的几百美元到全自动基板夹具系统的6万美元不等。另外，还有用于外部促动源(液压流体传送系统、快速拧螺母机等)的成本。但是，对于传统的夹具技术有几个限制。在许多应用中，夹具元件不能设置在工件上的关键位置上，因为该位置是不能接近的、不能通过夹子促动而被预加载的、过于复杂的、以及/或在预加载的时候会导致工件的明显预加载变形。这会导致夹具-工件系统动态刚性的不足。反过来，这会导致在加工过程中的强制振动以及颤动擦痕的问题或者为了防止该问题而明显降低加工过程的材料去除率。通常，该问题会降低产率和零件质量。夹子促动通常导致工件的弹性、预加载变形。在实践中很少监视夹紧力，并对各工件来说明显不同，尤其是在手动促动的时候。在多种情况下，夹紧力远大于保持工件所必须的力。在其他情况下，夹紧力最小足以保持工件而仍然会导致工件的过度预加载变形。在多个应用中，预加载变形足够高，导致加工特征误差超过公差。在许多其他情况下，变形足够高而明显与其他源相加和导致该零件超过公差。在大多数应用中，在工件和夹具之间的接触区域非常小。夹紧力和加工力导致的高应变可以导致在夹具-工件接触区域处的工件表面的塑性刻痕和/或划伤。该问题影响零件质量，并可以导致零件发生表面纹理公差失败。夹具元件，尤其是夹子通常会妨碍与要被加工的工件表面的接近。这需要额外的装置，因此明显提高了零件加工的总的交付时间和/或需要额外加工工具、切削工具和固定的投入。另外，每个装置需要将零件相对于加工工具进行定位。由于该过程通常受到系统误差和随机误差的影响，因此每个额外的设备增加了加工特征误差的累计，尤其是方向、位置和轮廓类型误差。夹具元件，尤其是夹子，可以阻挡通向要被加工的表面的加工路径。这会频繁导致损坏切削工具、机加工工具以及固定元件的工具破裂。也会导致极大的降低产率，因为需要切削工具围绕夹具元件快速往返移动。夹具元件尤其是夹子可以位于工具的外壳之外，因此会占据可能用以保持其他工件的空间。这会降低能够在基板或者基板上保持的工件的数量。反过来，这明显增加了与切削工具变化、垫板变化以及工件对工件的快速往返移动时间相关的每部件的循环时间。支撑件的位置可以在一个非常小的距离(0.001英寸-0.005英寸)的范围内调整，以与定位和夹住的工件相接触。这需要移动元部件，其作用降低了支撑件的硬度。上述限制随着加工特征公差的要求愈加严格、工件几何形状复杂性的提高、工件刚性的降低或者工件硬度的降低而更加明显。对于具体应用，可以采用另外的夹紧技术来克服传统夹紧技术的缺陷。这些另外的技术包括使用另外的作用力来夹紧工件和粘接。使用不依赖于机械夹紧的其他夹紧力的三种商业上的夹紧技术是真空夹盘、磁性夹盘、以及静电夹盘。在所有这三种夹具中，可以瞬间接通和切断夹紧力。例如，传统真空夹盘中，例如Dunham所制造的类型中，包括穿有孔/通道的抓紧板。孔/通道连接至真空泵，并通过阀系统打开或者关闭。当真空泵打开的时候，空气压力将零件压迫在抓紧板上。为了维持该真空，必须通过周围的夹盘-工件表面之间的接触而封住孔和通道。该作用力的大小是在工件和抓紧板之间的封闭孔/通道面积以及空气压力(至多12psi)的乘积。真空夹盘用于保持任何材料制成的工件。但是工件的底表面必须是平滑的。另外必须塞住会因为加工过程而暴露的孔或者通道。真空夹盘的轴向(或者垂直接触表面的方向)保持强度不能超过大气压力(12psi)。同样设定静态摩擦系数为.2，这通常是金属-金属接触的数值，真空夹盘剪切方向(或者平行接触表面的方向)的保持强度大致为2.4psi。由于它们低的保持强度，真空夹盘通常用于小的薄的零件的轻微切削和钻入。他们通常用于具有非常大的、平滑接触表面的工件的高速加工。在这些情况下，通过夹具和工件之间大的接触区域克服夹具低的保持强度。这些应用通常用于航空航天工业。传统的磁性夹盘例如Tecnomagnete所制造的型号，用于保持磁铁材料(铸铁、钢以及某些镍合金)所制成的工件。夹盘通过永磁体或者电磁体产生磁场。在这两种情况下，磁力将工件拉在夹紧板上。作用在工件上的磁力的强度是磁场强度和工件材料相对于抓紧板的接近距离的正函数。前者受到工件材料铁磁性质和磁体强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于固定制造工件的粘接剂工件夹持系统，包括：一夹具，它具有辐射透射固定表面，所述表面能够成为在所述系统和所述工件之间的粘接剂界面；一辐射能量传输系统，它能够发射辐射能量；所述辐射能量传输系统设置在所述辐射透射固定 表面附近并且与之光学连通；并且所述辐射透射固定表面能够透射由所述辐射能量传输系统发出的所述辐射能量。

【技术特征摘要】
US 2002-8-7 60/402,1451.一种用于固定制造工件的粘接剂工件夹持系统，包括一夹具，它具有辐射透射固定表面，所述表面能够成为在所述系统和所述工件之间的粘接剂界面；一辐射能量传输系统，它能够发射辐射能量；所述辐射能量传输系统设置在所述辐射透射固定表面附近并且与之光学连通；并且所述辐射透射固定表面能够透射由所述辐射能量传输系统发出的所述辐射能量。2.如权利要求1所述的系统，其中所述辐射透射固定表面能够透射电磁辐射能量；并且所述辐射能量传输系统能够发射电磁辐射能量。3.如权利要求1所述的系统，其中所述辐射透射固定表面能够透射电子束辐射能量；并且所述辐射能量传输系统能够发射电子束辐射能量。4.一种用于固定用于制造的工件的粘接剂工件夹持系统，它包括一夹具，它具有辐射透射固定表面，所述辐射透射固定表面由选自蓝宝石、钻石、单晶体二氧化硅、红宝石、三氧化锆和氧化锆的材料制成；一辐射能量传输系统，它能够发射辐射能量；所述辐射能量传输系统设置在所述辐射透射固定表面附近并且与之光学连通；并且所述辐射透射固定表面能够透射由所述辐射能量传输系统发出的所述辐射能量。5.一种用于固定用于制造的工件的粘接剂工件夹持系统，它包括一夹具，它具有辐射透射固定表面；一辐射能量传输系统，它能够发射辐射能量，所述辐射能量传输系统包括一辐射能量源和光学通道网络；所述辐射能量传输系统设置在所述辐射透射固定表面附近并且与之光学连通；并且所述辐射透射固定表面能够透射由所述辐射能量传输系统发出的所述辐射能量。6.如权利要求5所述的系统，其中所述光学通道网络与所述夹具成一体。7.如权利要求6所述的系统，其中所述光学通道网络包括一输入端和一输出端；所述输出端位于所述辐射透射固定表面附近；所述输入端位于所述辐射能量源附近；并且所述辐射能量源能够发射辐射能量。8.如权利要求7所述的系统，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华C德米特，
申请(专利权)人：宾夕法尼亚州研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]