專利名稱：加工由多個薄壁管構成并具有旋轉表面的部件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造三維部件或體的方法，其中部件或體具有旋轉表 面形式的面并具有由被小厚度的壁分開的多個腔體構成的結構。本發(fā) 明更具體地涉及加工由薄壁空心體構成的結構從而制造上述部件的方 法。
背景技術：
此類部件(例如流體交換柱的包裝結構)的加工，包括制造由薄 壁空心體(例如，管子、蜂窩單元等等)構成的結構或模塊，然后將 所述模塊加工成最終的部件所需要的形狀和尺寸。
然而，加工這種類型的結構存在問題。由于壁的厚度小，傳統(tǒng)的 例如打磨輪之類的加工工具不適用。這類工具產(chǎn)生的切割力過大，導 致壁變形和/或毀壞，因此使得最終的部件不能成型。
加壓水柱噴射能夠解決這個問題，因為這樣能夠避免與免于沖擊 的材料直接接觸，并且因此不在材料上產(chǎn)生切割力。但是，水柱噴射 主要被用作切割實心材料而不是空心體的工具。己知采用水柱噴射切 割空心體十分不精確，且導致出現(xiàn)大量的錐形和閃爍。圖1是用水柱
噴射方法切割的由兩個并列的管子11和12構成的結構10。通過從噴 嘴1射出高速水柱噴射2來切割該結構，噴射最初沖擊管子12的壁的 頂部12a?？梢钥闯觯搰娚湓谕ㄟ^管子12的壁的頂部12a之后偏移 并分叉。這樣接下來的壁，也就是管子12的底部12b，將要被沖擊的 部位的切割位置和尺寸都會變得不精確。當水柱噴射遭遇接連的壁(這 里為管子11壁的頂部lla和底部lib)時，沖擊的不精確性變得更嚴 重。
如圖1所示，在加工由薄壁腔體構成的結構時，對于所施加的水 柱噴射來說，每個被通過的壁都作為隔板，使得不可能在所有待切割 的連續(xù)的壁上獲得精確的切割線。采用水柱噴射的切割方向和切割線只有在切割實心材料的時候才能被控制。此外，當使用水柱噴射切割 空心體時，噴射的分叉使噴射損失能量。這樣噴射的切割力就不足以 沖擊后面的壁，因此導致被沖擊的結構被切割得不完整。
另一種用于加工由空心體構成的結構的解決方案是采用速度很高 的切割工具。不過這種工具本來是用于小尺寸的精確加工。因此這種 工具不適用于對尺寸相對較大的旋轉體的加工，特別是因為這類工具 的成本問題(需要對這種切割工具頻繁更換)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種方法，該方法能夠加工由多個薄壁空心 體構成的結構或模塊，形成包含至少一個旋轉表面形式的面的部件， 并且不破壞壁和/或不在空心體的壁之間形成連接，同時確保切割該結 構過程中的可靠精確度，從而獲得最終的形狀。
根據(jù)本發(fā)明，該目的實現(xiàn)是基于這樣的事實，即利用水柱噴射直 接在由多個薄壁空心體構成的結構中加工部件的旋轉表面，該結構被 相對于所要制造的旋轉表面的外包絡相切定向的加壓水柱噴射沖擊。
因此，本發(fā)明的加工方法提供了一種采用水柱噴射來加工由薄壁 空心休構成的結構的解決方案，同時避免以前采用水柱噴射切割空心 體時遇到的切割精度問題。利用與所要制造的部件的旋轉表面的外包 絡相切定向的水柱噴射沖擊該結構，水柱噴射一直被引導朝向被制造 的部件的形狀的外面。因此，即使水柱噴射偏移或者分叉超出了它所 沖擊的點，該水柱噴射也不能沖擊將被保留在所加工的結構，即構成 所制造的部件的旋轉表面的體中的材料。
此外，通過利用與被制造的旋轉表面的外包絡相切定向的水柱噴 射沖擊該結構，本發(fā)明的方法能夠使用水柱噴射作為真正的加工工具， 盡管噴射通常只被用作切割工具。通過這種對水柱噴射的定位，水柱 噴射能夠在切割點，而不是沿著在第一個壁被沖擊之后即不能被控制 (由于分叉)的切割線來沖擊結構中的每一個壁，因此使得能夠在結 構中生成所要制造的精確形狀。換言之，本發(fā)明的方法能夠實現(xiàn)"包 絡加工"，即在執(zhí)行操作并構成用于生成所期望的形狀的點的水柱噴射的切割點的加工。包絡加工通常采用不生成切割線的機械切割工具(例 如銑刀)實現(xiàn)，而不采用噴射流工具，例如水柱噴射切割器實現(xiàn)。
在本發(fā)明的一方面中，空心體的壁的厚度小于1毫米(mm)。
在本發(fā)明的另一方面中，所述結構由朝向多個方向的多個管子構 成，這些管子通過它們的接觸部分彼此結合。所述管子可由合成材料， 或者金屬，或者熱塑性塑料材料，或者熱固性材料構成。當管子由合 成材料構成時，可以具體是由碳-碳、碳-陶、或陶材料構成。
本發(fā)明的方法可用于加工具有例如形成旋轉圓筒的外包絡的部 件，以及加工具有一個或多個旋轉表面形式的面的部件。
為了將由多個壁厚度小于lmm的空心體構成的結構，加工成具有 至少一個旋轉表面的部件，具體可以采用以下參數(shù)
-噴嘴的出口處的水柱噴射壓強的范圍是1500巴(bars)到5000 巴(bars);
-根據(jù)被沖擊的壁的材料的性質采用純水，或者添加研磨劑的水； -切割速度的范圍是0.8米每分鐘(m/min)至(jl.5m/min;以及 -噴嘴直徑的范圍是0.1mm到2mm。


參照附圖，根據(jù)對本發(fā)明作為非限制性實例給出的具體實施例的
說明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將顯而易見，其中
圖1，如上所述，是描述加壓水柱噴射在同時切割穿過多個壁時如 何被探測和分散的圖2是由排列好的一組管子構成的用于加工的毛坯的立體圖3和圖4是在對圖2所示的毛坯進行的粗加工步驟中制成的兩 個連續(xù)的半成品部件的立體簡圖5是用于在由薄壁空心體構成的部件上執(zhí)行本發(fā)明所述的切線 加工的加工工具的立體簡圖6和圖7是由圖5所示的加工工具執(zhí)行的切線加工的截面圖8是根據(jù)本發(fā)明所述加工方法獲得的圓柱形部件的立體圖；以
及圖9是同樣根據(jù)本發(fā)明所述加工方法獲得的具有旋轉表面形式的 面的另一部件的立體圖。
具體實施例方式
本發(fā)明用于加工在結構中或模塊中形成旋轉表面的形狀，其中所 述結構或模塊由薄壁空心體，例如管子或蜂窩構成。這里采用的術語
"薄壁"的意思是厚度小于lmm的壁。所要獲得的旋轉表面可單獨涉 及部件的一部分，例如，部件的單個表面，或者涉及部件的整個外圍。
以下參考圖2到圖6，描述根據(jù)本發(fā)明實施的加工部件的方法。更 準確地，在該實施中，本發(fā)明的方法用于將由一組管子構成的模塊制 造成圓柱形的部件。舉例來說，所要制造的部件可以是用于形成流體 交換柱中的封裝元件。
如圖2所示，想要將朝向四個不同方向排列的一組管子101構成 的基本為矩形的模塊100制造成最終的部件120。在文件US 4 168 337 和US2007/0096347中詳細描述了構造這樣一個模塊的技術。
管子101可能由合成材料，例如碳或陶(SiC)制成，或者可由金 屬、熱塑性塑料或熱固性材料制成。所述管子的壁的厚度優(yōu)選為盡可 能地薄，且必須小于lmm。
采用合成材料制成的管子(例如碳或SiC管子)，該管子可由例如 編織物、細絲纏繞物、纏繞帶構成，或者可由在載體棒上保持形狀并 通過液體技術加固(即通過用適于滲透和焦化的樹脂，例如酚醛樹脂 浸泡編織物，并利用熱處理加工該樹脂)的擠拉成型的管子構成。管 子的壁也可包括多個開口或通孔。
在本實例中，管子由碳/碳合成材料制成，管子的壁的厚度約為 0.2mm。通過管子的接觸部分在管子之間進行單獨連接，因此模塊100 的結構相對易碎，既由于管子的壁厚度很小，也由于相鄰管子之間的 連接。
圖2是將要由模塊100制成的部件120的形狀。在所述實例中， 模塊100的初始形狀和尺寸與將要被制成的部件120的形狀和尺寸相 當不同。本發(fā)明的方法包括在開始本發(fā)明所述的切線加工之前，粗加 工模塊100使其接近所要制造的部件的最終形狀的先前歩驟。圖3顯示了第一粗加工步驟，其中模塊100中形成了多邊形部分 所示的第一半成品部件102。圖4顯示了第二粗加工步驟，其中由之前 加工的第一半成品部件102加工出多邊形部分的第二半成品部件103。 半成品部件103被認為具有與所要制造的部件充分接近的形狀和尺寸， 可以用于繼續(xù)進行該部件的最終加工。半成品部分102和103可在粗 加工過程中利用水柱噴射或可能利用高速切割工具，例如打磨輪進行 切割而形成。在粗加工步驟中，在距離所要制造的部件的最終形狀的 安全距離處去除材料。
通常，粗加工步驟數(shù)取決于初始結構的形狀和尺寸，并且也取決 于用于最終加工的水柱噴射加工工具的性能。
一旦粗加工步驟完成后，也就是當粗加工后的部件的形狀和尺寸 與最終所要制造的部件充分接近時，由于會有損毀對最終部件有用的 材料的風險，因此不可能再繼續(xù)切割材料，該方法接下來采用切線加 工所要制造的部件。為達此目的，如圖5所示，將粗加工部件或半成 品部件103放置在具有加壓水柱噴射切割頭210的加工工具200中， 其中加壓水柱噴射切割頭210包括安裝在機架215上的噴嘴211 ，其中 機架215在軌道213上沿X方向移動，軌道213本身可沿Y方向移動。
粗加工部件103在一端由旋轉驅動夾子201固定，在另一端由可 自由轉動的固定支撐器202固定。
根據(jù)本發(fā)明，粗加工部件103被加壓水柱噴射212沖擊，其中加 壓水柱噴射212相對于所要制造的部件120的外包絡相切地定向。根 據(jù)所要加工的材料的性質，也能夠通過位于噴嘴出口的上游的輸送管 213添加研磨劑214，從而使研磨劑在噴射之前與水混合。在操作中， 噴嘴211在X方向上從部件的位于固定支撐器202旁邊的一端移動到 部件的位于夾子201旁邊的另一端，同時驅動該部件沿R方向旋轉， 如圖5所示。在下面的步驟中，噴嘴211沿Y方向朝向部件的內(nèi)部移 動，從而在待沖擊的材料(管子)上重新配置加壓水柱噴射212。
根據(jù)本發(fā)明，如圖6和7所述，加壓水柱噴射212連續(xù)沖擊部件 的管子的壁，其中沖擊點相對于所制造的部件120的包絡相切地定向。 通過這種方法，水柱噴射212通常一次只沖擊一個管子101a(如圖7)，并且在最初受到?jīng)_擊的管子的壁之后的管子的壁位于要制造的最終部 件120的包絡之外。
步驟的數(shù)量主要取決于需去除的材料的厚度，是每個步驟的深度 的函數(shù)。
圖5到圖7是最終步驟的加工操作，即在已經(jīng)執(zhí)行了由圖6中虛 線表示的n個步驟之后，使得加壓水柱噴射212最后一次沖擊最接近 所要制造的部件120的外包絡的管子的壁。 一旦最終步驟執(zhí)行完，如 圖8所示，就得到了最終的由多個管子101構成的圓柱形的部件120。
如上文所述，本發(fā)明的方法可應用于制造旋轉體形式的部件(圓 柱形、卵形、彈頭型等等)。不過，本發(fā)明的方法也可以用于制造具有 一個或多個旋轉表面形式的面的部件。圖9顯示了由多個與上述管子 101相似的管子201構成的部件220，除了形狀為旋轉表面的面221之 外，具有基本平面的表面。根據(jù)本發(fā)明，通過與上述用于形成部件120 的圓柱形壁的方式相同的方式加工表面221但是在每一步中限制部件 為了加工而在加工工具上的旋轉，從而只沖擊與所要制造的面221對 應的模塊的部分。
如上文所述，在本發(fā)明中，可利用沖擊點而非切割線來處理空心 體結構。無須調(diào)整例如水柱噴射的壓強之類的參數(shù)從而使其能夠一次 只沖擊單個的壁。為了將由多個壁厚小于lmm的空心體構成的結構加 工成具有至少一個旋轉表面形式的面的部件，采用以下參數(shù)
-噴嘴的出口處的水柱噴射壓強的范圍是1500巴(bars)到 5000巴(bars);
-根據(jù)被沖擊的壁的材料的性質采用純水，或者添加研磨劑的水; -切割速度的范圍是0.8m/min到1.5 m/min;以及 -噴嘴直徑的范圍是0.1mm到2mm。
權利要求
1、一種將由多個薄壁空心體構成的結構加工成具有至少一個旋轉表面形式的面的部件的方法，其中通過水柱噴射在所述結構中加工所述部件，以及其中在加工過程中，通過相對于所述至少一個將被制造成旋轉表面形式的面相切地定向的加壓水柱噴射沖擊所述結構。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中空心體的壁的厚度小于lmm。
3、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中加壓水柱噴射被添加至少一 種研磨劑材料。
4、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述結構由在多個方向上定 向的多個管子構成。
5、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中管子通過他們的接觸部分結 合在一起。
6、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中管子由合成材料、或者金屬、 或者熱塑性塑料材料、或者熱固性材料制成。
7、 根據(jù)權利要求6所述的方法，其中管子由碳-碳、碳-陶或者陶 合成材料制成。
8、 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中管子的壁包含多個通孔。
9、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在所述結構中加工的部件具 有構成旋轉圓筒的外包絡。
全文摘要
本發(fā)明提供了加工由多個薄壁管構成并具有旋轉表面的部件的方法。本發(fā)明涉及一種將由多個薄壁空心體構成的結構制造成包含至少一個旋轉表面形式的面的部件的方法。為了保證執(zhí)行切割時不破壞空心體的壁和/或者壁之間的結合物，利用水柱噴射在所述結構中加工部件。更具體地，在加工過程中，通過相對于所述至少一個將被制造成旋轉表面形式的面的外包絡相切地定向的加壓水柱噴射沖擊所述結構。
文檔編號B26F3/00GK101456193SQ20081018510
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權日2007年12月10日
發(fā)明者J-P·莫姆斯, R·貝塞特 申請人:斯奈克瑪動力部件公司