[发明专利]一种冰固持冷却夹具及其夹持方法

说明书

本发明公开了一种冰固持冷却夹具及其夹持方法，其中，冷却夹具包括固持板，所述固持板上部设有若干宏结构，相邻宏结构之间充水制冷结冰后形成固态冰，所述宏结构上表面和固态冰上顶面装设有待夹持的薄板工件，所述薄板工件的外侧覆盖有液态冰水，形成固态冰‑薄板工件‑液态冰水的三明治夹持结构。所述宏结构为固持板上表面的上宽下窄呈“V”形的结构，使得相邻宏结构之间形成“倒V”形结构，“倒V”形结构底部设有微空腔结构，“倒V”形结构与微空腔结构之间装设有导热柔性膜片。本发明宏结构之间分布有固态冰，薄板工件置于液态冰水和固态冰之间，对加工中薄板工件进行冷却，显著降低切削加工时薄板工件变形程度，形成精密固持。

技术领域

本发明涉及冷却夹具技术领域，特别是涉及一种冰固持冷却夹具及其夹持方法。

背景技术

在航空航天、船舶汽车，电子等领域，均可见到薄板工件，典型的薄板工件件有飞机的机翼、芯片散热器等。薄板工件类零件的加工方法有切削、冲压和滚压等，为了保证薄板工件最终的表面精度和表面质量，一般采用金属切削的方式。然而，在切削过程中的切削力、切削热和装夹过程产生的装夹变形等各种因素下，加工出的零件往往会产生变形，翘曲等问题，平面度不佳。

目前先进的固定薄板工件的方法有磁力吸附法和真空吸附法，对大型薄板工件，尤其超薄板工件，磁力吸附及真空吸附的装夹误差仍然偏大，从而破坏刀具和工件间已调整好的相对位置，造成尺寸误差或表面几何形状误差。此外电磁固定设备复杂，且磁场的大小无法精确控制；加工非铁质材料时，也无法使用磁吸式夹具固定工件，适用范围比较窄。真空吸附法由于对整个工件的吸附力不足，也会影响加工精度。此外，吸附装置结构复杂，工件夹紧方式复杂，工作时间长，长时间加工难以保持真空度。因此，这种方法很难实现长时间的夹紧固定可靠性和夹紧效率。

切削热是影响薄板工件加工变形的主要原因之一。切削时的热作用使得材料瞬间变形和收缩，形成了热残余应力和变形。有效冷却散热是解决切削变形的一个关键。此外，大量切削热聚集时，会尤其切削刃强度下降、扩散磨损、粘接磨损，刀具损耗则会导致切削热和切削力增大，引起残余应力增大，切削变形增大，加工薄壁零件时，该问题加剧。因此，加工薄板工件需要良好的冷却散热。

而冰固持夹具利用冰冻的方式固定工件，可以柔性固持铁质或非铁质材料。冰固持具有良好冷却作用。目前的冰固持加工主要以提高工件刚性为主要目的，例如蜂窝工件的冰固持加工，冷却作为其附属功能。冰固持时的相变引起体积膨胀，会诱发一定装夹误差，需要通过结构进行控制。

现有技术公开了一种金属蜂窝工件冰固持加工方法，涉及一种通过冰固持方式固持金属蜂窝材料，实现超低温切削的机床工装装置及加工方法。该方法采用向金属蜂窝冰固持夹具中放置的金属蜂窝孔内注满低温纯水或切削液后，把金属蜂窝冰固持夹具放置于可调制冷试验柜中，并设置冷冻温度和制冷时间，再将金属蜂窝冰固持夹具装夹于机床工作台上，用液氮内喷刀具加工金属蜂窝，液氮外喷保持冰冻状态，但方法仅解决金属蜂窝工件的夹持问题。

发明内容

本发明为克服以上至少一种技术问题，提供一种冰固持冷却夹具及其夹持方法，用于薄板工件精密切削时进行夹持，通过降低切削温度来减小工件残余应力，进而减小薄板工件变形程度。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种冰固持冷却夹具，包括固持板，所述固持板上部设有若干宏结构，相邻宏结构之间充水制冷结冰后形成固态冰，所述宏结构上表面和固态冰上顶面装设有待夹持的薄板工件，所述薄板工件的外侧覆盖有液态冰水，形成固态冰-薄板工件-液态冰水的三明治夹持结构；所述宏结构为固持板上表面的上宽下窄呈“V”形的结构，使得相邻宏结构之间形成“倒V”形结构，“倒V”形结构底部设有微空腔结构，“倒V”形结构与微空腔结构之间装设有导热柔性膜片。

可选的，所述宏结构上表面处于同一平面上。

上述方案中，导热柔性膜片下方的微空腔结构，可以吸收冰膨胀产生的误差，从而使得冰向上的膨胀尺寸非常微小，形成精密固持，