CN102333618B - 用于使板产品成型的***及方法 - Google Patents

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Abstract

在此公开了用于制造表面轮廓变化的板产品的技术和由此制造的产品。在一些实施例中，所公开的发明提供一种用于使板产品(200)的表面成型的方法，该板产品在第一表面上具有第一轮廓。在一个实施例中，所述方法包括形成成型模板(220)或成型支承面。通过如下方法形成成型表面：将成型模板(220)和板产品(200)设置成使成型模板位于板产品和支承面之间，使板产品和成型模板的设置与支承面相一致，因而，这种一致性使板产品在第一表面上具有第二表面轮廓，以及，处理板产品，以在第一表面上形成第三表面轮廓。

Description

用于使板产品成型的***及方法
相关申请的交叉引用
本申请依据35U.S.C.§119(e)要求2009年2月27日提交的美国临时专利申请第61/156,350号的优先权，其全部内容以参见的方式纳入本文，如同在此进行了完全的阐述。
技术领域
本发明总地涉及用于使诸如金属或金属合金板的板产品的表面成型的***及方法。
背景技术
可通过使用带式磨削机来磨削和抛光板产品来制造具有紧密公差(诸如±0.05毫米之类)的薄型板产品。带式磨削机一般包括研磨头和真空底台，该底台将板产品平坦地保持在位并用作磨削头的基准面。磨削头本身通常由磨削带所围绕的固定缸构成。真空底台、或者作为真空夹盘(vacuum chuck)而已知，一般具有在该底台内机加工而成的O形环凹槽，因而，在磨削期间可施加真空，以在真空底台上将板产品保持在位。
磨削和抛光平坦的薄型板产品的传统工艺包括将板置于真空底台上，通过施加真空而将板产品平坦地保持在位，之后，使真空底台多次通过固定的磨削头下方。每次通过后，真空底台被抬高以减小真空底台和磨削头之间的间隙，由此在板产品的整个宽度上均匀地磨去板产品并使其变薄。
替代地，磨削和抛光锥形薄型板产品的工艺可包括使底台通过磨削头下方，同时在每次通过的过程中使底台在两个设定的位置之间逐步地抬高或降低，以逐步改变这两个设定位置之间的板产品的厚度。这种技术产生厚度的锥形变化，该厚度在板产品的整个宽度上是均匀的。
在上述任一种情况下，所得的板产品在板产品的整个宽度上(即垂直于磨削方向的方向)呈基本均匀的厚度，并具有给定的表面粗糙度，该表面粗糙度本身取决于所使用的研磨带的等级和所进行的通过的数量。
在板的整个宽度上厚度均匀的板产品会在一些情况下影响其性能。例如，对于在某些区域内需要增大的刚度或附加的材料，如此成型的板产品必须在其整个宽度上具有附加的厚度。这种附加的材料增加了最终的部件重量并会潜在地妨碍性能。这些结果都会产生对于板产品的使用者来说不期望的附加成本。
因此，在本领域中需要一种用于生产受控的、可变厚度的板产品的低成本技术，该技术充分可控和可重复，以用作一种商业制造工艺。
发明内容
鉴于上述问题、需要和目标，本发明提供用于制造表面轮廓变化的板产品的技术和由此制造的产品。
在一个实施例中，提供一种用于使板产品的表面成型的方法，该板产品在第一表面上具有第一轮廓。本方法包括：形成成型模板，设置成型模板和板产品以使成型模板位于板产品和支承面之间，使板产品和成型模板的设置与支承面相一致，因而，这种一致性使板产品在第一表面上具有第二表面轮廓，以及处理板产品以在第一表面上形成第三表面轮廓。
在另一实施例中，板产品可以解除与成型模板的一致性，因而，板产品在第一表面上具有第四表面轮廓。支承面可以是真空底台，并且使板产品与成型模板一致还可包括将真空力施加至成型模板和板产品设置。在另一实施例中，还可通过使磨削头反复通过来处理第一表面。在磨削头的各次通过之间可减小磨削头与成型模板和板产品配置之间的间隔。
在另一实施例中，本发明提供用于使板产品的表面成型的***。该***包括(1)用于形成板产品的表面轮廓的成型模板，(2)用于在处理过程中保持板产品和成型模板的支承面，以及(3)用于处理板产品的第一表面的处理头。
在一些实施例中，支承面可以是真空底台。在一些实施例中，处理头和支承面可沿一个或多个方向运动。在较佳的实施例中，处理头是磨削头，且板产品包括金属或合金。
在另一实施例中，本发明提供具有成型表面的板产品。该表面通过如下方法成型，该方法包括：形成成型模板，设置成型模板和板产品以使成型模板位于板产品和支承面之间，使板产品和成型模板的设置与支承面相一致，其中，这种一致性使板产品在第一表面上具有第二表面轮廓，以及，处理板产品，以在第一表面上形成第三表面轮廓。
还在另一实施例中，用于使板产品的表面成型的技术包括：形成成型支承面，将板产品设置在支承面上，使板产品与支承面相一致，其中，这种一致性使板产品在第一表面上具有第二表面轮廓，以及，处理板产品，以在第一表面上形成第三表面轮廓。还公开了用于实现示例性方法的***和使用该方法制造的产品。
附图说明
包含在本公开中并构成本公开的一部分的附图示出所公开的发明的示例性实施例并用于解释所公开的发明的原理。
图1是说明根据本发明的示例性实施例的方法的流程图。
图2A是根据本发明一个实施例的板产品、成型模板和真空底台的立体图。
图2B是板产品和成型模板的立体图，其中，根据本发明的一个实施例，成型模板被机加工以形成倾斜度并去除成型模板的一部分。
图3A是根据本发明一个实施例的图2A所示板产品、成型模板和真空底台的横截面侧视图。
图3B是图2A中所示状态的板产品、成型模板和真空底台的侧视图，其中，根据本发明的一个实施例，真空施加至板产品，以及真空底台通过磨削头下方。
图3C是图2A中所示状态的板产品、成型模板和真空底台的侧视图，其中，根据本发明的一个实施例，真空施加至板产品，以及真空底台已通过磨削头下方，以减小板产品的整体厚度。
图3D是图2A中所示状态的板产品、成型模板和真空底台的侧视图，其中，根据本发明的一个实施例，解除真空，且板产品重新获得其初始形状。
图4是说明根据本发明的一个示例性实施例的方法的流程图。
图5是根据本发明的一个示例性实施例的成型真空底台的立体图。
图6是根据本发明的一个示例性实施例的磨削头和另一成型真空底台的立体图。
图7是根据本发明的一个示例性实施例的磨削头、板产品和成型真空底台的横截面侧视图。
图8A是根据本发明的一个示例性实施例所得到的板产品的照片。
图8B是根据本发明的一个示例性实施例的成型模板的照片。
图9是根据本发明的另一示例性实施例所得的板产品的照片。
图10是根据本发明的一个示例性实施例所得的板产品的立体图。
在整个附图中，除非另有说明，相同的附图标记和字母用于表示所述实施例的相同的特征、元件、部件或部分。此外，尽管现将参见附图来详细描述所公开的本发明，但还是要结合说明性实施例来描述。
具体实施方式
本发明提供用于制造具有变化的表面轮廓的板产品的技术，该技术减小板产品整体重量或阻止板产品整体重量的增加，并适用于要求最终产品有变化的表面轮廓且期望有紧密公差重复性的任何应用场合。因此，所公开的技术使所得到的板产品能够沿板的长度和在其整个宽度上都具有不同的表面轮廓变化。这种变化可关于表面轮廓改变的起始点和终止点而不同，并可沿弯曲的或笔直的线条而发生。
图1示出用于制造根据所公开的发明的表面轮廓变化的板产品的示例性方法100。如图1所示，该工艺在步骤110中开始于形成成型模板。成型模板可以由任何合适的材料制成，例如由钢或铝制成。
成型模板的尺寸应设置成使它固定配合到合适的支承面上，由此在成型模板和支承面之间形成气密密封，例如，将尺寸设计成使它配合到O形环凹槽内侧。在一个实施例中，成型模板可如在步骤114中那样进行磨削或机加工，以沿模板任何部分形成倾斜度或锥度。在同一个实施例或另一个实施例中，可在步骤112中对模板进行激光切割或机加工，从而去除模板的任何数量的尺寸和形状任意的部分。例如，可形成具有50毫米直径的圆。
图2A示出用于制造根据所公开的发明的一个实施例的具有变化的表面轮廓的板产品的示例性***。尽管图2A中所示由薄钢制成的成型模板220是被激光切割，以去除成型模板220的圆形部分222，但所公开的发明设想这些部分222可以呈任何形状和尺寸，例如具有50毫米直径的圆之类。
图2B示出用于制造根据所公开的发明的表面轮廓变化的板产品200的示例性成型模板220。成型模板220被磨削或机加工以形成倾斜度或锥度227，并被激光切割或机加工以去除椭圆形部分223和多边形部分224。尽管图2A-B中的成型模板220所示的部分示出为圆形222、椭圆形223以及多边形224，但应当理解的是，这些部分可根据所期望的最终表面轮廓而呈任何期望的形状。
返回到图1和图2A-B，在步骤110中形成模板之后，成型模板220在步骤120中被置于磨削机的支承面上，该支承面充当基准面。在一个示例性实施例中，支承面可以是真空底台240，且成型模板220置于O形环凹槽250内。在步骤130中，待处理的板产品200随后被置于成型模板220顶部，在O形环250的外侧延伸，并且以任何合适的方式与成型模板220相一致。所公开的发明设想板产品200可以呈任何长度、宽度和厚度。例如，可以使用尺寸为500毫米x1000毫米并具有0.5毫米至2.0毫米之间厚度的板产品。
在一个示例性实施例中，在步骤140中，可由真空底台240在该过程中的任意一点处施加真空。这可通过利用将吸力施加于真空底台240的任何合适装置来实现，例如通过使用真空泵。在同一个实施例或另一个实施例中，支承面可以是允许和使板产品能够压靠于成型模板的任何合适的表面。其例子包括使用粘附方法或通过使用机械方法，例如通过施加气动压力。
图3A示出置于板产品200和真空底台240之间的示例性成型模板220的横截面图。真空底台240将需要有抽气通道328并可以是任何合适的类型，例如，具有O形环凹槽250(未在图3A-D中示出)的定制的真空底台240。
图3B示出当通过抽气通道328施加真空时的示例性板产品200、成型模板220和真空底台240的横截面侧视图。在板产品200的部分可置于由模板220的移除部分222所形成的空腔上的地方，所施加的真空将板产品200向下吸到空腔222中，并离开磨削平面300。板产品200的置于磨削平面300上的那些部分可通过磨削头260去除。
磨削头260可以是用于从板产品200去除材料的任何合适的装置，并将依据板产品200的构造而变化。例如，如果板产品200是钛或钛合金板，合适的磨削头可以是固定有或系有60粗砂和240粗砂之间的SiC或Al2O3磨削介质的带子。此外，磨削头260可以是固定的头，或者，它可沿一根或多根轴线运动，例如相对于板产品的垂直轴线，或沿转动轴线。同样，真空底台240也可以是固定的(在此情况下，磨削头260会沿至少一个水平方向运动)或者真空底台240可具有沿包括转动轴线的一根或多根轴线运动的能力。
返回到图1和图3A-B，在施加真空后，在步骤150中，真空底台240通过磨削头260的下方，以磨削和/或抛光板产品200。在步骤512中，真空底台240可沿多个方向一次或多次通过磨削头260下方。在每次通过之后，真空底台240在步骤154中被抬升以减小真空底台240和磨削头260之间的间隙。在步骤150中，真空底台240反复通过磨削头260下方，直到实现所期望的板产品200表面轮廓。
图3C示出在真空底台240沿磨削平面300通过磨削头260的下方以减小板产品200的整体表面轮廓之后(在一侧或两侧上横跨表面而变化的厚度)时，示例性板产品200、成型模板220和真空底台240的横截面侧视图。
返回图1，在实现板产品200的期望的表面轮廓之后，在步骤160中可解除真空。通过解除真空，板产品200的被吸到模板中的空腔内的部分可返回磨削平面。所得到的板产品具有新的表面轮廓。所得到的板产品200还将具有根据所利用的磨削头260的类型和所进行的处理量而定的给定的表面粗糙度。
图3D示出解除真空后的示例性的板产品200、模板220和真空底台240。所得到的板产品200具有新的表面轮廓，该表面轮廓带有总体来说减小的厚度，例如在最薄位置处0.5毫米的厚度，但可在板产品200被向下吸到由成型模板220的已去除部分222所形成的空腔内的地方具有初始的厚度或另一个所期望的厚度。这由图3D中所示的表面突起部230来表示。板产品200会在例如在板产品200的部分被吸到空腔222内的低于磨削平面300的一个深度处的地方具有初始厚度。
图8A是使用图1中所示方法成型的示例性板产品200的照片，其中，板产品200被向下吸到由已去除部分222所形成空腔内，并且经磨削过程去除。在图8A中可见许多圆形表面凹入部230，并且可以看到，这些表面凹入部230保持了初始表面磨光。图8B是用于形成图8A中所示的板产品的示例性成型模板220的照片。如图8B中所示，成型模板220由0.5毫米板钢构成，并且被激光切割以去除直径为大约25毫米到200毫米的圆形部分222。图8B中所示的真空底台240是大约1.5米x1米的铝质定制底台。图8B还示出图2A中所示的模板220。
图9是尺寸为685毫米x1195毫米的Ti 6-4合金的示例性板产品的照片，使用图1中所示方法来使该板产品成型。图9中所示的板产品被向下吸到由椭圆形部分223和多边形部分224形成的空腔内，由此如图9中所示分别形成椭圆形突起部225和多边形突起部226。成型的板产品还被磨削以形成倾斜度或锥度(不可见)。图9中所示用于形成示例性板产品的成型模板示出为图2B中的成型模板220。如通过设在图9中的板产品200上的表面标记所示，所得到的板产品200的表面轮廓的厚度从0.60毫米变化到1.40毫米。
图4示出用于制造根据所公开的发明的表面轮廓变化的板产品200的示例性方法400。如图4中所示，该工艺在步骤410中开始于形成磨削机的成型支承面，该支承面用作基准面。成型支承面可以由任何合适的材料，例如由铝制成。在一个示例性实施例中，成型支承面可以是成型真空底台。在同一个实施例或另一个实施例中，支承面可以是适于允许和使板产品能够与其相一致的任何表面。
如图4中所示，示例性的成型真空底台可以通过在步骤410中对真空底台的材料进行机加工来形成。在一个实施例中，成型真空底台可以在步骤412中被机加工，从而能够去除真空底台的任何数量的尺寸、形状或角度和深度任意的部分。在一个示例性的实施例中，真空底台可被机加工以去除达0.5毫米深的部分。在同一个实施例或另一个实施例中，成型真空底台可以如在步骤414中那样进行机加工，从而以任何尺寸、形状或角度和高度来形成成型真空底台上的突出部分。
图5示出示例性的成型真空底台540，该真空底台可被机加工以从成型真空底台540去除诸如圆形的任何形状的空腔542。在同一个实施例或另一个实施例中，示例性成型的真空底台540可被机加工以在成型真空底台540中形成突出部分546。
返回图4，在形成成型真空底台540之后，在步骤420中，板产品被置于成型真空底台540上，并以任何合适的方式与成型真空底台540相一致。在一个示例性实施例中，在步骤430中，可由成型真空底台240在该过程中的任意一点处施加真空。这可通过利用用于将吸力施加到有轮廓的真空底台的任何合适的装置来实现。在一个示例性实施例中，成型真空底台540可被机加工出O形环凹槽250。横跨成型真空底台540的表面设置多个抽气通道(未示出)，以确保板产品200与其表面的一致性。所需的抽气通道数量一般取决于设置在成型真空底台540上的表面轮廓的复杂度。在同一个实施例或另一个实施例中，板产品200可通过任何其它合适的装置与支承面相一致，诸如例如通过使用粘附方法或通过使用机械方法(例如通过施加气动压力)。
图6示出示例性的磨削头260和成型真空底台540，该真空底台可被机加工成去除诸如圆形的任何形状的空腔542。在一个实施例中，磨削头260可以是具有300毫米直径和850毫米长度的圆柱体。
图7示出示例性板产品200的横截面侧视图，该板产品被配合到成型真空底台540中的空腔542之内以及突出部分546之上。
返回到图4，在步骤430中施加真空后，成型真空底台540通过磨削头260下方，以在步骤440中磨削和/或抛光板产品。在步骤442中，成型真空底台540可沿多个方向一次或多次通过磨削头260下方。在每次通过之后，成型真空底台540可在步骤444中被抬高，以减小成型真空底台540和磨削头260之间的间隙。成型真空底台可如步骤442中那样以期望的次数通过磨削头260下方，直到实现板产品200的所期望的整体表面轮廓。
图7中所示的示例性磨削头260、板产品200和成型真空底台540的横截面侧视图还提供说明性的磨削平面300。在真空底台沿磨削平面300通过磨削头260下方所期望的次数之后，板产品200的整体表面轮廓(横跨一侧或两侧而变化的厚度)被减小。
返回图4，在实现板产品200的期望的表面轮廓之后，在步骤450中解除真空。所得到的板产品具有新的表面轮廓。所得到的板产品200将依据所用的磨削头而具有给定的表面粗糙度。
图10是使用图4所示方法和图5所提供的成型真空底台540经成型而得到的板产品200的立体图。突出部分546的存在造成成型板产品上的表面空腔(在图10中左侧示出)，而空腔542在所得到的板产品上造成表面突起部(在图10中右侧)。
本领域技术人员应理解的是，本发明并不局限于本说明书中具体所示并描述的内容。相反，本发明的范围由所附的权利要求书来限定。应当进一步理解的是，上述说明仅表示实施例的说明性例子。为了读者方便，上述说明聚焦于可能的实施例的代表样例，该样例教导了本发明的原理。其它的实施例可由不同实施例的不同部分组合而得出。
本说明并不试图穷举所有可能的变化。替代实施例可不代表本发明的特定部分，并且可由上述部分的不同组合得到，或者，其他未描述的替代实施例可用于一部分，而这不认为是对那些替代实施例的一种放弃。应当理解，许多那些未描述的实施例在下述权利要求书的文字范围内，并且其它也是等效的。此外，在整个本说明书中所述的所有参考文献、出版物、美国专利和美国专利申请出版物都以参见方式纳入，如同在本说明书中进行了完全的阐述。

Claims (22)

1.一种用于使在第一表面上具有第一轮廓的金属板产品成型的方法，包括： 
(a)形成由钢制成的成型模板，所述钢被激光切割或机加工以去除模板的一些部分； 
(b)将所述成型模板设置在所述金属板产品和真空底台支承面之间； 
(c)将真空力施加至所述成型模板和所述金属板产品的设置，从而使所述金属板产品与所述成型模板相一致，从而，这种一致性使所述金属板产品在所述第一表面上具有第二表面轮廓；以及 
(d)以磨削头处理所述金属板产品的所述第一表面，以形成第三表面轮廓，所述金属板产品在完成处理后解除所述一致性，因而，所述板产品在所述第一表面上具有第四表面轮廓。 
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属板产品由Ti6-4合金制成。 
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属板产品具有的厚度在0.5毫米至2.0毫米之间。 
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金属板产品的尺寸为500毫米x1000毫米。 
5.一种用于使金属板产品的表面成型的***，所述金属板产品具有的厚度在0.5毫米至2.0毫米之间，所述***包括： 
(a)由钢制成的成型模板，所述钢被激光切割或机加工以去除模板的一些部分，所述成型模板用于在所述金属板产品上形成表面轮廓； 
(b)真空底台支承面，所述真空底台支承面联接到所述成型模板并构造成在处理过程中保持所述金属板产品和所述成型模板；以及 
(c)磨削头，所述磨削联接到所述真空底台支承面并定位成处理所述金属板产品的第一表面，所述磨削头包括SiC或Al2O3磨削介质。 
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述磨削头能沿一个或多个方向运动。 
7.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述真空底台支承面能沿一个或多个方向运动。 
8.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述金属板产品由Ti6-4合金制成。 
9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述磨削头包括SiC或Al2O3磨削介质,带有60粗砂和240粗砂之间的SiC或Al2O3磨削介质的带子。 
10.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述金属板产品的尺寸为500毫米x1000毫米。 
11.一种具有根据如下方法而成型的表面的金属板产品，所述方法包括： 
(a)提供在第一表面上具有第一轮廓的金属板产品： 
(b)形成由钢制成的成型模板，所述钢被激光切割或机加工以去除模板的一些部分； 
(c)将所述成型模板和所述金属板产品设置成所述成型模板位于所述金属板产品和真空底台支承面之间； 
(d)将真空力施加至所述金属板产品和所述成型模板的所述设置，从而使所述金属板产品与所述成型模板相一致，其中，这种一致性使所述板产品在所述第一表面上具有第二表面轮廓；以及 
(e)处理所述金属板产品，以在所述第一表面上形成第三表面轮廓。 
12.一种用于使金属板产品的表面成型的方法，所述金属板产品在第一表面上具有第一轮廓，所述方法包括： 
(a)形成成型真空底台支承面； 
(b)将所述金属板产品设置在所述真空底台支承面上； 
(c)将真空力施加至所述金属板产品以与所述支承面相一致，其中，这种一致性使所述板产品在所述第一表面上具有第二表面轮廓；以及 
(d)处理所述板产品，以在所述第一表面上形成第三表面轮廓。 
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述板产品被释放，以使所述板产品在所述第一表面上具有第四表面轮廓。 
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述支承面是真空底台，并且使所述板产品与所述真空底台相一致还包括将真空力施加至所述板产品。 
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一表面通过磨削头的反复通过来处理。 
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在各次通过之间减小所述磨削头与所述支承面和所述板产品的设置之间的间隔。 
17.一种用于使金属板产品的表面成型的***，包括： 
(a)成型真空底台支承面，所述成型真空底台支承面用于决定所述金属板产品的所得轮廓并在处理过程中保持所述金属板产品；以及 
(b)磨削头，所述磨削头包括SiC或Al2O3磨削介质，并联接到所述成型真空底台支承面并定位成处理所述金属板产品的第一表面。 
18.如权利要求17所述的***，其特征在于，所述成型真空底台支承面是机加工的，以去除所述真空底台的一些部分。 
19.如权利要求17或18所述的***，其特征在于，所述磨削头能沿一个或多个方向运动。 
20.如权利要求17所述的***，其特征在于，所述成型真空底台支承面能沿一个或多个方向运动。 
21.如权利要求17所述的***，其特征在于，所述金属板产品由合金制成。 
22.一种具有根据如下方法成型的表面的金属板产品，所述方法包括： 
(a)提供在第一表面上具有第一轮廓的金属板产品： 
(b)形成成型真空底台支承面； 
(c)将所述金属板产品设置在所述成型真空底台支承面上； 
(d)使所述金属板产品与所述成型真空底台支承面相一致，其中，这种一致性使所述金属板产品在所述第一表面上具有第二表面轮廓；以及 
(e)处理所述金属板产品，以在所述第一表面上形成第三表面轮廓。 
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