專利名稱：用于狀態(tài)記憶安裝系統(tǒng)的填料及其應(yīng)用工藝過程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于狀態(tài)記憶安裝系統(tǒng)的填料及其應(yīng)用工藝過程，屬于機械制造和低熔點合金應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機械制造幾何形狀不規(guī)則的低剛度零件、基于陶瓷、水晶等高硬度和復(fù)合材料的零件前，可以利用基于相變物質(zhì)狀態(tài)變化的夾具將上述工件實施夾緊，然后再對上述工件進行機械加工。
背景技術(shù)：
中，低熔點合金是應(yīng)用最為廣泛的相變物質(zhì)。在美國專利(US 5,947,662)“加工薄壁工件的夾緊系統(tǒng)”中，Becrer等人采用鉛(Pb)或鋅(Zn)作上述夾具的填料，解決了汽輪機葉片等不規(guī)則低剛度零件在機械加工中的夾緊問題。Pb是有毒元素。Zn基合金有強度高、切削加工好、熱熔時流動性好等優(yōu)點，但其熔點溫度高于300℃，屬中熔點合金。另外，表1給出四種常用低熔點合金的成分配比和性能指標(biāo)，表中序號帶‘*’的合金為共晶合金，其凝固膨脹和流動性好，有助于提高填料的結(jié)合力；減少合金中的鉍(Bi)的含量，增加Pb的含量有助于提高填料的可切削性；增加合金中鎘(Cd)的含量有助于提高填料強度。
綜上，盡管上述低熔點合金已用于機械制造生產(chǎn)實踐，但仍存在以下問題(1)合金中含有毒元素Pb或Cd；(2)熔融填料離開加熱器后，其溫度在幾秒鐘內(nèi)迅速降至其熔點溫度，流動性變差，直接影響填料與工件、與夾具及填料之間的結(jié)合力；(3)注入夾具的填料冷凝收縮將影響夾具對工件原始狀態(tài)的記憶精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種符合狀態(tài)記憶安裝系統(tǒng)綜合性能要求，即不含有毒元素Pb或Cd、熔點溫度低、強度高、脆性小，切削性能好、易于回收利用的用于狀態(tài)記憶安裝系統(tǒng)的填料。本發(fā)明通過采用以下技術(shù)方案使上述問題得到解決一種用于狀態(tài)記憶安裝系統(tǒng)的填料，其特征在于，它是由鉍和錫，即Bi和Sn組成的低熔點非共晶合金，其中Bi和Sn的成分配比分別為15～60％WT和40～85％WT。
進一步的特征在于，它可含有銻，即Sb，與Bi、Sn組成低熔點三元合金，其中Bi，Sn和Sb的成分配比分別為50％WT、45％WT和5％WT。
進一步的特征在于，它可含有銅，即Cu，其中Bi，Si和Cu的成分配比分別為15～60％WT、40～85％WT和0.1～0.5％WT。
進一步的特征在于，它可含鎂，即Mg，其中Bi，Sn和Mg的成分配比分別為15～60％WT、40～85％WT和0.03～0.06％WT。
試驗情況表明，Bi-Sn低熔點非共晶合金的冷凝收縮率很小，易于提高填料的結(jié)合力和安裝系統(tǒng)的記憶精度。減少Bi的含量，可以提高填料的可切削性和可回收率、減少填料成本。表2給出了添加含量可略而不計的元素Cu或Mg的Bi-Sn低熔點非共晶合金的性能指標(biāo)。Bi的含量為15～60％WT，Sn的含量為40～85％WT，可以根據(jù)被加工工件的材料性能及其切削工況，確定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，以增加合金的強度。上述合金材料的特征是熔點溫度為145～202℃，強度為80～130PMa，切屑形狀接近斷續(xù)條狀，易于切削加工和填料回收。圖1給出了添加含量可略而不計的元素Cu或Mg的Bi-Sn低熔點非共晶合金的切屑樣本。
這里，由于填料物理性能所導(dǎo)致的一些不利情況將通過填料應(yīng)用工藝過程給予相應(yīng)的彌補，如非共晶合金的流動性較差，減少Bi含量將引起較大的冷凝收縮率等情況。
本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種上述填料的應(yīng)用工藝過程。本發(fā)明通過采用以下技術(shù)方案使上述技術(shù)問題得到解決一種用于狀態(tài)記憶安裝系統(tǒng)的填料的應(yīng)用工藝過程，其特征在于，包括(1)確定誤差敏感方向的填料厚度h1，使其不超過20mm；說明低熔點合金強度要比傳統(tǒng)夾具用的工具鋼低，有限元分析和切削試驗結(jié)果表明，填料的支承剛度與填料的厚度有關(guān)，一般情況下，尤其是小剛度工件切削情況下，填料厚度增大切削變形減少，但當(dāng)填料厚度增大到一定程度后，切削變形反而增大。因此，根據(jù)填料厚度閾值和實際切削工況，合理地確定填料厚度是提高安裝系統(tǒng)支撐剛度和保證其狀態(tài)記憶精度的有效工藝措施之一。
(2)預(yù)熱安裝系統(tǒng)，即內(nèi)部定位和預(yù)緊有工件2的尋位箱1至T1，T1＝Tr-(25±5)，其中Tr為填料4的熔點溫度，并保溫5～10分鐘；說明工程試驗表明，將熔融填料4注入未經(jīng)預(yù)熱的尋位箱1時，熔融填料4的流動性差，即當(dāng)熔融填料4接觸安裝系統(tǒng)中的有關(guān)元件或工件2的表面時，由于其溫度迅速冷卻而易于發(fā)生“凍結(jié)”現(xiàn)象，經(jīng)“凍結(jié)”凝固后的填料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)疏松呈階梯狀態(tài)，使填料4與工件2、填料4與安裝系統(tǒng)相關(guān)元件、填料4與填料4之間產(chǎn)生“虛結(jié)合”，而降低夾緊力。使安裝系統(tǒng)的預(yù)熱溫度高于100℃，低于Tr-20℃，不僅可以通過消除相關(guān)表面上影響填料4著附的氣體，緩解注入填料4的溫度下降率，而避免“凍結(jié)”，而且可以通過安裝系統(tǒng)的熱漲冷縮現(xiàn)象彌補填料4的收縮率帶來的不良影響。
(3)加熱填料4至T2，T2＝Tr+(25±5)，并使其得到均勻攪拌和充分熔融；說明熔融填料4流動性的有限元分析結(jié)果和工程試驗結(jié)果表明，離開注入工具的熔融填料4的溫度迅速下降，提高填料4的加熱溫度可以延長熔融填料4降至其熔點溫度的時間，此外，采用具有保溫功能的澆注工具也是改善填料4的流動性的重要措施之一。
(4)采用壓力澆注工具，改善熔融填料4的流動速度，使其迅速充滿安裝系統(tǒng)需要填充的縫隙。
與背景技術(shù)相比，本發(fā)明所述填料及其應(yīng)用工藝過程有以下突出效果1.本發(fā)明所述填料不含有毒元素Pb或Cd、熔點溫度介于145～202℃、強度高于80MPa、脆性小、可切削性好、易于回收利用，具有良好的工程應(yīng)用前景。
2.基于填料厚度閾值規(guī)律提出的控制誤差敏感方向的填料厚度的應(yīng)用工藝過程，不僅可以提高安裝系統(tǒng)的工序轉(zhuǎn)換精度，而且可以減少尋位箱1的基本元件規(guī)格，提高其利用率。
3.提出預(yù)熱安裝系統(tǒng)的工藝過程，不僅可以改善熔融填料的流動性和填料的結(jié)合力，而且可以降低對填料冷凝收縮率的要求，擴大合金元素的選擇余地。


圖1為添加含量可略而不計的元素Cu或Mg的Bi-Sn低熔點非共晶合金的切屑樣本；圖2為采用本發(fā)明涉及的應(yīng)用工藝過程加工而成的葉片；圖3為采用虎鉗裝夾加工而成的葉片；圖4為采用通用夾具和本發(fā)明的填料及其應(yīng)用工藝過程的部分工藝示意圖，其中1是尋位箱，2是工件，3是尋位元件，4是填料，h1是誤差敏感方向的填料厚度，H1填料注入高度。
具體實施例方式
實施例1～6參見表2，序號1～6。
實施例7無柄葉片加工。參見圖2和圖4。
工件2的長寬高方向的最大、最小尺寸(mm)為長200、187，寬90、76，高36、0；材料為鋁合金；工件2的尺寸210*102*50；安裝系統(tǒng)內(nèi)腔尺寸220*110*40；填料4的成分配比為Bi∶Sn∶Cu＝49.75％WT∶49.75％WT∶0.5％WT≈50％WT∶50％WT∶0.5％WT。填料的應(yīng)用工藝過程將工件2放入尋位箱1中與尋位元件3全部接觸并預(yù)緊；預(yù)熱安裝系統(tǒng)至125，加熱填料4至180℃；注入熔融填料4至H1，尋位箱1的底部，即誤差敏感方向的填料厚度h1≤10mm；在機床上安裝尋位箱1；機械加工葉片凸面至圖紙要求；合上尋位箱1的上蓋，注入熔融的填料4，使已加工的葉片凸面和填料4一起形成與尋位箱1的內(nèi)腔一致的表面；將尋位箱1上下翻轉(zhuǎn)180°安裝；打開尋位箱1的上蓋，加工葉片凹面至圖紙要求；熔化填料4；取出符合圖紙要求的葉片。
對于葉片這樣一個具有復(fù)雜曲面的小剛性零件，通常采用的工藝方法是，放大工件毛坯的尺寸留出工件2的裝夾位置，待葉片輪廓加工完畢后再去除用于裝夾的多余部分，圖3給出了采用虎鉗裝夾加工葉片的情形。這種方法不僅浪費了原材料，而且增加了輔助支承數(shù)量、安裝轉(zhuǎn)換次數(shù)和輔助加工內(nèi)容。表3給出了采用不同安裝方式加工鋁葉片凹面的實驗對比結(jié)果。圖2是采用中國專利(00217519)提供的通用夾具系統(tǒng)，采用本發(fā)明的填料及其應(yīng)用工藝過程加工的鋁葉片。
本實施例采用的通用夾具系統(tǒng)、本發(fā)明給出的填料及其應(yīng)用工藝過程，不僅克服了上述傳統(tǒng)葉片制造工藝中的不足，而且，由于葉片支承剛度的提高，切削用量可以大大提高，切削效率提高了2倍，均勻的夾緊點減少了葉片的夾緊變形，可以提高形狀精度2-3個等級。
表1為常用低熔點合金的成分配比和性能指標(biāo)。
表2為添加含量可略而不計的元素Cu或Mg的Bi-Sn低熔點非共晶合金的性能指標(biāo)。
表3為加工鋁葉片凹面的實驗結(jié)果對比。
表1

表2

表3

權(quán)利要求
1.一種用于狀態(tài)記憶安裝系統(tǒng)的填料，其特征在于，它是由鉍和錫，即Bi和Sn組成的低熔點非共晶合金，其中Bi和Sn的成分配比分別為15～60％WT和40～85％WT。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填料，其特征在于，它可含有銻，即Sb，與Bi、Sn組成低熔點三元合金，其中Bi，Sn和Sb的成分配比分別為50％WT、45％WT和5％WT。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填料，其特征在于，它可含有銅，即Cu，其中Bi，Si和Cu的成分配比分別為15～60％WT、40～85％WT和0.1～0.5％WT。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填料，其特征在于，它可含鎂，即Mg，其中Bi，Sn和Mg的成分配比分別為15～60％WT、40～85％WT和0.03～0.06％WT。
5.權(quán)利要求1或2或3或4所述的填料的應(yīng)用工藝過程，其特征在于，包括(1)確定誤差敏感方向的填料厚度h1，使其不超過20mm；(2)預(yù)熱安裝系統(tǒng)，即內(nèi)部定位和預(yù)緊有工件2的尋位箱1至T1，T1＝Tr-(25±5)，其中Tr為填料4的熔點溫度，并保溫5～10分鐘；(3)加熱填料4至T2，T2＝Tr+(25±5)，并使其得到均勻攪拌和充分熔融；(4)采用壓力澆注工具，改善熔融填料4的流動速度，使其迅速充滿安裝系統(tǒng)需要填充的縫隙。
全文摘要
一種用于狀態(tài)記憶安裝系統(tǒng)的填料及其應(yīng)用工藝過程，屬于機械制造和低熔點合金應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，該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，熔點低、脆性小、切削性好、易于回收利用的優(yōu)點，該填料的應(yīng)用工藝過程包括(1)確定誤差敏感方向的填料厚度h
文檔編號C22C30/00GK1415774SQ02111590
公開日2003年5月7日 申請日期2002年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月30日
發(fā)明者李蓓智, 楊建國, 毛志敏, 周天經(jīng) 申請人:東華大學(xué)