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1、10申请公布号CN104066531A43申请公布日20140924CN104066531A21申请号201380005033922申请日2013010713/346,22720120109USB21K27/04200601B21J13/10200601B25J15/0020060171申请人福瑞盛有限公司地址美国康涅狄格州72发明人大卫赫伯特马修路易斯福利伊克里斯迈耶斯黛安娜范74专利代理机构北京德琦知识产权代理有限公司11018代理人周艳玲王琦54发明名称用于操作机的夹持器组件及使用方法57摘要一种用于锻造操作机的夹持器组件，包括主体12，被配置为与所述操作机操作性地联系；接触板14，被附。
2、接到所述主体12并被配置为与被加热的金属零件18物理联系；和绝热板16，被设置在所述主体12和所述接触板14之间，其中所述绝热板16被配置为大体上防止从所述被加热的金属零件18向所述主体12的传热。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014070986PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0204822013010787PCT国际申请的公布数据WO2013/106268EN2013071851INTCL权利要求书2页说明书6页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图2页10申请公布号CN104066531ACN104066531A。
3、1/2页21一种用于锻造操作机的夹持器组件，包括主体，被配置为与所述操作机操作性地联系；接触板，被附接到所述主体并被配置为与被加热的金属零件物理联系；和绝热板，被设置在所述主体和所述接触板之间，其中所述绝热板被配置为大体上防止从所述被加热的金属零件向所述主体的传热。2如权利要求1所述的夹持器组件，其中所述绝热板具有约005BTU/HFFT至约1BTU/HFFT的热导率。3如权利要求1所述的夹持器组件，其中所述绝热板包括陶瓷。4如权利要求3所述的夹持器组件，其中所述陶瓷包括铝硅酸盐、碳化硅、氮化硅、碳氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅硼、氮化硼、碳化硼、碳氮化硼、碳氧化硅，或者包括前述至少一种的组合物。。
4、5如权利要求1所述的夹持器组件，其中所述绝热板被能拆卸地附接到所述组件。6如权利要求1所述的夹持器组件，其中所述接触板具有被配置为适合所述被加热的金属零件的形状。7如权利要求6所述的夹持器组件，其中所述接触板具有被配置为抓紧圆柱形的被加热的金属零件的V形。8如权利要求1所述的夹持器组件，进一步包括一个或更多个支撑板，该一个或更多个支撑板被设置在所述接触板和所述主体之间，并与所述接触板和所述主体物理联系。9如权利要求1所述的夹持器组件，其中所述接触板进一步包括一个或更多个托架，该一个或更多个托架被配置为将所述接触板物理附接到所述主体。10如权利要求1所述的夹持器组件，其中所述组件在所述主体、绝热。
5、板和接触板之间没有间隙。11如权利要求1所述的夹持器组件，其中所述绝热板具有约05英寸至约25英寸的厚度，并且所述接触板具有约01英寸至约10英寸的厚度。12如权利要求1所述的夹持器组件，其中所述被加热的金属零件和所述主体之间的传热比没有绝热板的夹持器组件的传热少50或更多。13一种在锻造工艺中用于转移被加热的金属零件的锻造操作机，包括一对操作机臂，具有基端和远端；和与每个操作机臂的所述远端操作性地联系的夹持器组件，其中所述夹持器组件包括主体，被能枢转地附接到所述远端；接触板，被附接到所述主体并被配置为与所述被加热的金属零件物理联系；和绝热板，被设置在所述主体和所述接触板之间，其中所述绝热板被。
6、配置为大体上防止从所述被加热的金属零件向所述主体的传热，其中所述一对操作机臂被配置为彼此相向移动至对于所述夹持器组件将夹紧力施加到所述被加热的金属零件有效的位置。14如权利要求13所述的锻造操作机，其中所述绝热板具有约005BTU/HFFT至约1BTU/HFFT的热导率。15如权利要求13所述的锻造操作机，其中所述绝热板包括铝硅酸盐、碳化硅、氮化硅、碳氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅硼、氮化硼、碳化硼、碳氮化硼、碳氧化硅，或者包括前述权利要求书CN104066531A2/2页3至少一种的组合物。16如权利要求13所述的锻造操作机，其中所述夹持器组件在所述主体、绝热板和接触板之间没有间隙。17如权利要。
7、求13所述的锻造操作机，其中所述绝热板具有约05英寸至约25英寸的厚度，并且所述接触板具有约01英寸至约10英寸的厚度。18如权利要求13所述的锻造操作机，其中在所述被加热的金属零件和所述主体之间的传热比没有绝热板的夹持器组件的传热少50或更多。19一种在锻造工艺中转移被加热的金属零件的方法，包括将所述被加热的金属零件紧固在一对夹持器组件之间，其中每个所述夹持器组件包括主体，被能枢转地附接到远端；接触板，被附接到所述主体并被配置为与所述被加热的金属零件物理联系；和绝热板，被设置在所述主体和所述接触板之间；将所述被加热的金属零件从所述锻造工艺中的第一地点移动到第二地点，其中在移动期间每个夹持器组。
8、件的所述绝热板大体上防止从所述被加热的金属零件向所述主体的传热。20如权利要求19所述的方法，进一步包括在紧固所述被加热的金属零件之前，预热所述夹持器组件。权利要求书CN104066531A1/6页4用于操作机的夹持器组件及使用方法技术领域0001本公开一般涉及一种用于操作机的夹持器组件以及使用该夹持器组件的方法。更具体而言，本公开涉及一种用于在锻造期间操作金属锭的操作机的绝热夹持器组件。背景技术0002在金属锻造工艺中，机械手、也称为操作机，必须拾起粗加工或半精加工的部件，并将其转移至下游工作站。金属零件由金属锭开始，金属锭在熔炉中被加热至超过1500华氏度F的温度。如此，然后必须使用操作机。
9、将金属锭也被称为坯料MULT或预锻模转移至工艺中的下游工作站，诸如锻造模具、冷却站等等。0003这种操作机在锻造工艺中是已知的，并且通常以其最宽泛的形式包括机械臂，该机械臂具有位于其一端的至少两个协同操作的爪或夹紧装置。这些夹紧装置也可被称为夹持器组件。夹持器组件通常成对地截然相对地被布置，并且操作机包括致动器装置，该致动器装置用于一致地且以相等的力在保持和松开位置之间移动每对夹持器组件。诸如活塞汽缸单元之类的致动器或移位装置直接地或者通过楔、连杆或推杆作用在所述夹持器组件上，以引起夹持器组件围绕被加热的零件的闭合。现有的操作机典型地包括能够在几个平面中移动且具有设置其上的至少一对夹持器的机器。
10、臂，该至少一对夹持器能够拾起热的金属零件，将其转移到另一工作站，和在一些情况下将该零件旋转至期望位置以便放置在工作站中。0004在将金属锭从锻造工艺的一部分转移至另一部分的过程中，诸如从熔炉转移至模具，热量从金属锭传递到操作机的夹持器组件。操作机具有比金属锭低的温度，因此，即使利用短的转移时间，非常多的热量也从热锭传递至较冷的操作机。从金属锭的传热是不期望的，因为所述金属需要被保持在某个均匀的温度，以便在锻造工艺中适当地使零件成形为期望的形状。当热量从锭与操作机接触的那些部分损失时，金属锭将具有不均匀的温度分布。贯穿金属锭的温度差可导致锻造零件的物理特性的问题例如，不规则。此问题在较小零件的锻。
11、造中可能特别地严重，较小零件将比大金属件更快地损失热量。此外，夹持器组件和操作机臂的加热和冷却的反复循环可随着时间而使部件恶化。0005因此，期望将锻造工艺中的金属锭从工艺的一部分转移至下一部分，同时保持遍及金属的大体上均匀的温度分布。因此，需要一种夹持器组件和方法，其在锻造工艺中转移零件时大幅减少金属锭和操作机之间的传热。发明内容0006在此公开的是用于在锻造工艺中转移被加热的金属零件的系统和方法。在一个实施例中，一种用于锻造操作机的夹持器组件包括主体，被配置为与所述操作机操作性地联系；接触板，被附接到所述主体并被配置为与被加热的金属零件物理联系；和绝热板，被设置在所述主体和所述接触板之间，。
12、其中所述绝热板被配置为大体上防止从所述被加热的金属零件向所述主体的传热。说明书CN104066531A2/6页50007在另一实施例中，一种用于在锻造工艺中转移被加热的金属零件的锻造操作机包括一对操作机臂，具有基端和远端；和夹持器组件，与每个操作机臂的所述远端操作性地联系，其中所述夹持器组件包括主体，被能枢转地附接到所述远端；接触板，被附接到所述主体并被配置为与所述被加热的金属零件物理联系；和绝热板，被设置在所述主体和所述接触板之间，其中所述绝热板被配置为大体上防止从所述被加热的金属零件向所述主体的传热，其中所述一对操作机臂被配置为彼此相向移动至对于所述夹持器组件将夹紧力施加到所述被加热的金属。
13、零件有效的位置。0008一种在锻造工艺中转移被加热的金属零件的方法，包括将所述被加热的金属零件紧固在一对夹持器组件之间，其中每个所述夹持器组件包括主体，被能枢转地附接到远端；接触板，被附接到所述主体并被配置为与所述被加热的金属零件物理联系；和绝热板，被设置在所述主体和所述接触板之间；以及将所述被加热的金属零件从所述锻造工艺中的第一地点移动到第二地点，其中在移动过程中每个夹持器组件的所述绝热板大体上防止从所述被加热的金属零件向所述主体的传热。0009通过参照以下本公开的各个特征的详细说明和包括在其中的示例，本公开可更容易被理解。附图说明0010现在参见附图，其中相似的元件被相似地标记0011图1。
14、示意性地例示根据本公开一实施例的夹持器组件；和0012图2示意性地例示根据本公开另一实施例的夹持器组件。具体实施方式0013在此公开的是夹持器组件及其与用于在锻造工艺中操作金属零件的操作机一起使用的方法。更具体地，与金属锻造工艺中使用的现有的操作机相比，该夹持器组件和方法被配置为减少从被加热的金属锭向夹持器组件的传热。在此公开的夹持器组件和方法在操作较小的金属部件时可以是特别有利的，而在操作较小的金属部件的场合，经由向操作机的传热而造成部件的快速冷却是个问题。0014诸如涡轮机部件之类的金属零件的生产通常开始于在熔炉中以非常高的温度加热金属锭。当金属锭处于期望的高温时，其可被成形为零件的轮廓。。
15、在一个实施例中，金属锭具有约1500F至约2100F的温度。该金属锭在热和压力之下被铸造或锻造成期望的形状。为了将被加热的金属锭从熔炉转移至铸造模具，使用操作机。操作机以其最宽泛的形式通常包括机械臂或一对臂，该一对臂具有位于其一端的至少两个协同操作的爪或夹紧装置。该夹紧装置也可称为夹持器组件，其为本公开的焦点。应该理解，在此描述的夹持器组件可与在锻造工艺中用于转移金属锭的任何标准操作机一起使用。夹持器组件通常被设置在操作机的臂的远端，且作为用于抓紧热的金属锭或铸造金属零件的机械手的一部分。0015参见图1，示意性地例示根据一个实施例的用于在锻造工艺的各部分之间转移被加热的金属零件的夹持器组件1。
16、0。该夹持器组件被配置为朝向和远离金属零件移动，使得当该夹持器组件与第二夹持器组件或另一类型的夹紧构件结合使用时，该夹持器组件能够向金属零件施加夹紧力，并且按照期望移动该金属零件。金属零件可包括金属锭、坯料、预说明书CN104066531A3/6页6锻模、锻造部件等等。在锻造工艺的各部分之间转移被加热的金属零件可包括将零件从熔炉移动至用于锻造的模具，从模具移动至冷却站等等。0016夹持器组件包括主体12，接触板14和设置在主体12与接触板14之间的绝热板16。接触板14被配置为与金属零件18物理联系。接触板14具有被配置为适合金属零件18的形状，使得当零件被夹紧在夹持器组件10和第二夹持器组件。
17、未示出之间时，零件被支撑而且可在接触板14和第二夹持器组件之间的零件大体上没有移动的情况下被转移至新的地点。在一个实施例中，接触板14可具有设置在板的接触表面上以提高接触板和金属零件之间的夹持力的表面加强部，诸如机械加工槽。在一个实施例中，接触板14具有V形，且被配置为用于夹持大体上圆柱形的金属零件。0017接触板14被配置为具有足以经受来自金属零件18的热量的厚度，但是并不厚至作为散热器并吸收来自金属零件18的所有热量。在一个实施例中，接触板14具有约01英寸至约10英寸的厚度；特别是约025英寸至约075英寸的厚度。接触板可由能够夹紧被加热的金属零件18而不会由于在金属零件和板之间的传热而。
18、熔化、变形或发生其它性能变化的任何材料形成。用于接触板14的示例性材料包括而不限于钢，诸如不锈钢，和合金，诸如铜、镍、铁和钴基合金，或者其组合。例如，用于接触板14的钢可包括而不限于不锈钢，诸如美国钢铁学会AISI钢AISI304不锈钢、310不锈钢、316不锈钢、AISI347不锈钢、AISI405不锈钢、AISI410不锈钢、合金450不锈钢，等等。示例性合金可包括镍基超级合金，镍基超级合金至少包括镍NI和由钴CO、铬CR、铝AL、钨W、钼MO、钛TI、钽TA、锆ZR、铌NB、铼RE、碳C、硼B、铪HF和铁FE组成的组中的至少一种成分。镍基超级合金的示例被指定为海恩斯HAYNES国际有限公。
19、司生产的商标名和由特种金属SPECIALMETALS公司生产的和由里德READE生产的例如和合金，并包括定向凝固的单晶超级合金。0018绝热板16被夹在接触板14和主体12之间。绝热板16被配置为阻止从金属零件18向夹持器组件10的主体12的传热。在现有的夹持器组件中，接触板被设置为与夹持器的主体直接物理联系。与被加热的金属零件接触的薄的接触板将非常快速地变热，并且热量将最终传递至夹持器的主体中。为了防止来自金属零件的热量的这种快速损失，本公开的夹持器组件10包括设置在接触板14和主体12之间的绝热板16。绝热板16阻止通过接触板14向主体12内的传热，因此减少了从被加热的金属零件18的传热，。
20、否则在没有绝热板16的情况下将发生这种传热。接触板14和主体12被设置在绝热板16的两侧，并且这三个部件被压紧或者以其它方式密封接合，使得没有间隙存在于主体12、绝热板16和接触板14之间。通过将这三个部件密封在一起，对于通过夹持器组件10的热传导的阻力被进一步减少，因为部件之间的任何空气将允许更快的传热。而且，在一个实施例中，夹持器组件10被构造为使得绝热层16能从组件拆卸，从而绝热板16可被容易地更换和/或重新配置，诸如添加不同厚度或热导率的板。0019绝热板16被配置为具有的厚度足以大体上防止从被加热的金属零件18向主体12的传热。如在此使用的“防止”通常意在表示阻止或阻碍从接触板至主体。
21、的传热。在说明书CN104066531A4/6页7一个实施例中，夹持器组件10中的传热比没有绝热板的夹持器组件少50或更多；特别地少75或更多；更特别地少90或更多；并且最特别地少95或更多。在一个实施例中，绝热板16具有约01英寸至约50英寸的厚度；特别地约05英寸至约25英寸的厚度；更特别地约10英寸的厚度。绝热板16可由能够大体上防止从接触板14至主体12的热传导的任何材料形成，或者换言之，由具有高热阻率且适于夹在金属部件之间的材料例如，刚性绝热材料形成。在一个实施例中，绝热板具有约001BTU每小时华氏度英尺BTU/HFFT至约30BTU/HFFT的热导率；特别地约0025BTU/HF。
22、FT至约15BTU/HFFT的热导率；并且更特别地约005BTU/HFFT至约1BTU/HFFT的热导率。示例性绝热材料包括但不限于陶瓷，诸如含硅陶瓷SILICONBEARINGCERAMIC和陶瓷基复合材料。在一些实施例中，绝热板16包括陶瓷材料，诸如氧化物。例如，铝硅酸盐材料由于其热阻率和在如涡轮机部件锻造的这种高温应用中的实用性而可被选择。在某些实施例中，绝热板16包括稀土铝硅酸盐，且稀土铝硅酸盐可包括选自由钇、钪、钆、镝、钬、铒、铥、镱和镥组成的组中的至少一种元素。示例性绝热板材料还包括但不限于碳化硅、氮化硅、碳氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅硼SILICONBORONCARBONITRID。
23、E、氮化硼、碳化硼、碳氮化硼、碳氧化硼，等等。0020夹持器组件10的主体12被设置在绝热板16的与接触板14相对的一侧。主体12被配置为附接到操作机。更具体地，主体12与从操作机的框架伸出的操作机臂操作性地联系。夹持器组件10的主体12被能枢转地连接到操作机臂，由此允许夹持器组件相对于操作机臂的移动。在操作时，在操作机臂上能枢转的夹持器组件被设置为与第二操作机臂上的第二夹持器组件相对。该一对操作机臂被配置为彼此相向移动至一位置，在该位置，两个夹持器组件协同操作以抓紧位于其间的被加热的金属零件。在一个实施例中，第二夹持器组件为第一夹持器组件10的镜像，成截然相对的布置使得操作机臂对一致地且以相。
24、等的力在关于被加热的金属零件的保持位置和松开位置之间移动两个夹持器组件。主体12可具有足以被操作性地联接到操作机并支撑夹持器组件的任意尺寸和形状。与接触板14类似，主体12可由钢或合金形成。例如，用于主体12的钢可包括但不限于AISI316不锈钢、AISI4140不锈钢等等。0021现在转向图2，示意性地例示夹持器组件100的另一实施例。夹持器组件100包括主体102、接触板104以及设置在主体102和接触板104之间的绝热板106。接触板104与图1的接触板类似，但是接触板102还包括设置在接触板104的外表面上的多个边缘导向部108。边缘导向部108被配置为帮助将被加热的金属零件引导到V形。
25、板的中心，且有助于将零件在两个夹持器组件之间保持就位。在某些实施例中，当较小的金属零件随着组件移动时，边缘导向部108是有用的。边缘导向部可帮助夹持器组件100的操作者，以确保夹持器的力被施加至小的金属零件的中心，从而防止其任何不均匀的变形。接触板104进一步包括一个或更多个托架110，其被配置为附接到主体102并将绝热板106压紧在二者之间。安装托架110可以适于将接触板104和绝热板106保持到主体102的任何方式被紧固到主体，而不允许在部件之间形成间隙。在一个实施例中，托架110进一步包括被配置为与主体102上的孔114对准的孔112。多个锁紧机构116如锁紧螺栓被插入对准的孔中，以将接。
26、触板104能拆卸地联接到主体102。锁紧机构116有利地允许接触板被容易地从主体拆卸，这允许在必要时更换绝热板106。说明书CN104066531A5/6页80022在某些实施例中，一个或更多个支撑板118被设置在接触板104和主体106之间，并与接触板104和主体106物理联系。支撑板118可具有与绝热板106相同的厚度，并被配置为减小将接触板104连接到主体102的托架110和锁紧机构116上的剪切力。支撑板118有效地将夹持器组件100受到的剪切力从接触板104移动到主体102。支撑板118的截面厚度足以从接触板104转移剪切力，同时将通过支撑板向主体的传热最小化。0023在锻造工艺中转。
27、移被加热的金属零件的方法包括将被加热的金属零件紧固在一对夹持器组件之间。每个夹持器组件被设置在操作机臂的远端，其中操作机臂被配置为彼此相向移动至对于夹持器组件将夹紧力施加到被加热的金属零件有效的位置。每个夹持器组件的主体可被能枢转地附接到远端。被一对夹持器组件抓紧的被加热的金属零件可从锻造工艺中的第一地点被移动到第二地点，并且在移动过程中每个夹持器组件的绝热板大体上防止从被加热的金属零件到主体的传热，使得与通过非绝热的夹持器组件转移而会产生的热量损失相比，从金属零件损失的热量相当少。使用绝热板，热量损失的主要源头为在零件被从地点转移到地点时的环境，而不是通过向夹持器组件中的热传导的热量损失。如。
28、此，转移的速度对从金属零件的热量损失有影响。在一个实施例中，转移的时间少于或等于约30秒；特别地少于或等于约15秒；并且更特别地少于或等于5秒。而且，加热夹持器组件也可改善传热。在一个实施例中，夹持器组件在与被加热的金属零件接触之前被预热至约800F。用于加热夹持器组件的任何合适的设备可被使用，诸如，例如火焰燃烧器、电感应器，等等。0024通过以下的非限定实例进一步例示本发明。0025实例0026实例10027根据本发明的夹持器组件被用于将已经在熔炉中被加热至1800F的圆柱形金属零件转移至工作站。夹持器组件包括接触板，接触板具有26BTU每小时华氏度英尺BTU/HRFFT的热导率。接触板具有。
29、025英寸的厚度和45平方英寸的表面面积。夹持器组件的主体也具有26BTU/HRFFT的热导率，并具有2英寸的厚度和45平方英寸的表面面积。绝热板被夹在接触板和主体之间，且具有1英寸的厚度和相同的45平方英寸的表面面积。绝热板具有022BTU/HRFFT的热导率。0028比较例0029实例1的结果被与第二夹持器组件进行比较，第二夹持器组件为现有的锻造操作机使用的组件类型。第二夹持器组件不包括设置在接触板和主体之间的绝热板。换言之，比较例的夹持器组件具有被设置为与主体物理联系的接触板。非绝热的夹持器组件也用于将相同的被加热至1800F的圆柱形金属零件从熔炉转移至工作站。接触板具有26BTU/HR。
30、FFT的热导率、125英寸的厚度和45平方英寸的表面面积。非绝热夹持器组件的主体也具有26BTU/HRFFT的热导率，并具有2英寸的厚度和45平方英寸的表面面积。0030绝热的夹持器组件和非绝热的夹持器组件在与被加热的金属零件接触前都被预热至800F的温度。而且，两个示例中的金属零件的温度均为1800F。比较非绝热的夹持器组件和本发明的夹持器组件二者的传热率。比较的结果在以下的表1中示出。0031表1说明书CN104066531A6/6页90032传热BTU/秒实例1绝热的022比较例非绝热的8330033如表1所示，与比较例的非绝热的夹持器组件相比，实例1中从金属零件传递到夹持器组件的主体的。
31、热量少得多。事实上，与非绝热的组件相比，绝热的夹持器组件表明传热减少97。因此，由实例1的夹持器组件转移的金属零件在转移期间保持的其初始热量远多于由比较例的组件转移时。0034实例20035如在以上实例1中描述的夹持器组件被用于将金属零件从熔炉转移至工作站。金属零件具有离开熔炉的1575F的初始温度。转移进行约16秒。热成像摄像机被用于记录金属零件在从熔炉转移至工作站以后的温度分布。热成像显示，在由绝热的夹持器组件转移到工作站以后，金属零件的表面温度的上端为约1470F。零件的温度大体上均匀，仅具有四个降低温度的小圆圈。这些圆圈对应于接触板与金属零件的接触点，且表示向接触板的最小传热。0036。
32、术语“第一”、“第二”等在此并不代表任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一元件区分开。术语“一”和“一个”在此不代表对数量的限制，而是代表至少一个所提及项目的存在。0037尽管已经参照多个示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下可做出各种改变，而且等同物可被代替其元件。另外，在不背离其实质范围的情况下，可做出许多变换以使特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，意欲使本发明不限于作为预期实施本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求书范围内的所有实施例。说明书CN104066531A1/2页10图1说明书附图CN104066531A102/2页11图2说明书附图CN104066531A11。