[发明专利]面向一体式结构薄壁阵列的在位冰冻加工方法

说明书

本发明提出了一种面向一体式结构薄壁阵列的在位冰冻加工方法，属于机械加工技术领域。该方法先切除杯间区域；再加工杯阵列外壁；最后充水冰冻，在位冰冻加工杯阵列内壁。然后吊装换面，切除腔间区域；再加工腔阵列外壁；最后充水冰冻，在位冰冻加工腔阵列内壁。该方法实现了工件的在位冰冻装夹，避免了夹具的反复安装导致的误差累积，同时能够高效制冷，抑制了环境与切削热干扰，保证了冰冻装夹稳定性。该方法充分利用了水的流动性，可以满足一体式结构薄壁阵列装夹与加工需求，提高加工效率，节约成本；利用冰的冻粘性和刚性，实现工件的可靠冰冻，有效抑振，大幅度降低了加工变形；冰的低温性能够有效降低切削局部温度，避免热变形。

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及面向一体式结构薄壁阵列的在位冰冻加工方法。

背景技术

一体式结构薄壁阵列广泛应用于航空航天等领域的高端装备中，其具有结构复杂、刚性弱等特点，增加了加工过程的装夹难度，进而导致加工效率和精度低、表面完整性差，最终降低了使役性能。因此，如何实现一体式结构薄壁阵列的高性能装夹是该领域亟待解决的核心问题之一。

目前，常用薄壁件装夹方式主要包括靠模装夹、盒式装夹、点阵装夹、模块化装夹、吸附装夹等等。其中，靠模装夹工艺简捷、效率高，但模具需要基于工件几何定制，柔性差、成本高、工艺周期长。盒式装夹可以根据工件外形与尺寸，构建相应装夹框架，但仅能实现工件的整体装夹，其装夹方式难以与加工过程相适应。点阵装夹可以根据工件几何调整点阵布局，与工件表面外形相匹配，但夹具与工件接触点处会产生工件表面划痕以及装夹应力，降低表面质量。模块化装夹，柔性高，是一种标准化夹具，可以根据工件构型随机组合实现装夹，但是组合夹具制造成本极高，且调装时间较长，装夹效率低，此外，模块化夹具单元组合时，易产生误差累积，降低装夹精度。吸附装夹利用气压夹紧工件，但吸盘与工件表面直接接触，易产生磨损、漏气等现象。以上装夹方式由于结构与性能的局限性，难以实现一体式结构薄壁阵列的高性能装夹与加工。因此，亟需发展面向一体式结构薄壁阵列的在位冰冻加工方法，提高其装夹可靠性和加工效率，满足该类薄壁件高精度、高性能制造需求。

大连理工大学在专利CN201910123624.5中公开了一种针对大型薄壁件的冰冻支撑装置及方法，通过冰冻系统与辅助系统，在加工区的支撑侧结成一定厚度的冰，来实现对大型薄壁件的冰冻支撑，且随着加工的进行，始终以冰作为支撑，起到随动支撑的效果。但是，该发明支撑与薄壁件表面接触面积较少，无法保证加工过程整体稳定性。苏州金澄精密铸造有限公司在专利CN202020249319.9中公开了一种冰冻薄壁辅助铝合金件加工装置，通过将铝合金件放置在薄壁腔体内，并注水冰冻，实现工件加工的刚性支撑，防止变形；但是该专利没有考虑加工热导致的冰冻的热致损失。

上述研究均未提及面向一体式结构薄壁阵列的在位冰冻加工方法。

发明内容

为了克服上述方法的不足，本发明针对一体式结构薄壁阵列装夹与加工难题，发明了一种面向一体式结构薄壁阵列的在位冰冻加工方法。本发明设计了在位冰冻夹具系统，实现了工件的在位冰冻装夹，避免了夹具的反复安装导致的误差累积，同时能够高效制冷，抑制了环境与切削热干扰，保证了冰冻装夹稳定性。本发明利用水的流动性，实现水结冰前，对薄壁阵列结构空间的填充，保证水结冰后，与工件表面的紧密贴合；利用冰冻刚度，对加工过程提供可靠支撑，达到抑振和降低加工变形的作用；利用冰冻粘性，有效夹紧工件，维持加工过程的稳定性；利用冰的低温性，降低切削热，避免热应力产生。

本发明所采用的技术方案是：

一种面向一体式结构薄壁阵列的在位冰冻夹具系统，该系统由冰冻装置、辅助装置和制冷系统组成。