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世界领先的蜂窝芯固持系统
作者:本报记者 点击数:16193
 
      蜂窝芯的数控加工在我国已有十多年的历史,但由于军工等高端应用领域的特殊性,加工工艺和资料受到国外的封锁,不少工艺依然停留在靠经验操作的水平。蜂窝芯作为横向刚度较小多孔结构材料,其加工机理和装夹固持工艺均不同于传统金属材料的加工。随着航空技术的发展,我国已经掌握了技术相对简单蜂窝芯的加工技术和加工检验,但是在大中型客机上使用的复杂型面蜂窝零件的加工工艺、固持方法上依然需要很大的改进和提高。
国内外同类技术
      由于蜂窝芯材料的横向刚度较小,不能应用传统的装夹方法进行固持,国内外对蜂窝芯的固持方法有以下几种:
(1)聚乙二醇法
      该方法是利用聚乙二醇加热(70"C一90"C)熔化后冷却固化的特性对蜂窝芯材料进行固持。对于纸基蜂窝芯材料而言,这种固持方法可靠、稳定,从固持的角度讲完全可以保证零件的可靠加工。不足之处在于,其一,为了保证在聚乙二醇固化过程中蜂窝芯材料始终与台面紧密贴和,必须使用真空袋和热压罐,热压罐设备投资巨大,加工费用非常昂贵;其二,加工结束后无论是台面还是蜂窝芯材料上残留的聚乙二醇都非常难以清除;其三,为了保证力学性能,纸基蜂窝芯材料不宜与水和油等物质发生接触,这也增加了清理工作的难度。所以这种方法的操作过程并不是非常方便,因此在实际生产时很少使用。
(2)双面粘结带法
      这种方法在许多飞机制造公司广泛使用。在这种方法中使用了两种粘结带材料,一种是双面粘结带,另一种是维可牢尼龙搭扣。使用这种方法对纸基蜂窝芯零件进行固持的不足之处主要有:其一,这种方法提供的固持力较小,在高速铣削加工过程中蜂窝芯零件经常被铣刀拉起产生过切现象,造成零件报废;其二,在这种方法中所采用的维可牢尼龙搭扣的绒毛层厚度有0.8mm左右(自由状态时),在蜂窝芯零件数控高速铣削加工过程当中,铣削力随着刀具的摆角、铣削量以及蜂窝芯材料高度的变化而急剧变化,这必将引起绒毛层厚度的变化,最终影响蜂窝芯零件的加工精度.
(3)真空吸附法
      将塑胶薄膜或者是纤维增强的塑胶隔膜利用双面粘结带粘结在蜂窝芯材料上,然后将平台与隔膜/薄膜之间抽成真空来达到对蜂窝芯材料固持的目的。加工完毕后再将隔膜/薄膜材料去除。这种方法与第二种方法相比,虽然克服了绒毛层易于变形的缺点,但是由于蜂窝芯材料的横截面积非常小,很难与粘结带形成可靠的粘结,在实际加工过程中并不能得到满意的固持效果。
浙大蜂窝芯固持系统
      目前,在蜂窝芯零件的高速铣削加工固持过程中所使用的装夹固持方法都不同程度的使用到粘结材料。实践表明,现有的固持方法固持可靠性低,零件加工精度低,粘结材料的后续清理工作复杂。最重要的是,在固持过程中所使用的粘结材料影响工人的身体健康。针对现有固持方法的不足之处,浙江大学提出了一种基于磁场和摩擦吸附原理的蜂窝芯零件固持方法。基于磁场和摩擦吸附原理的纸基蜂窝零件的固持系统,是利用永磁铁说产生的磁场,对灌入蜂窝芯中的铁粉产生吸力的作用,在铁粉自身重力和磁场吸力的共同作用下,增大铁粉和蜂窝壁之间和铁粉与固持平台之间的摩擦力,从而对蜂窝芯材料起到固定和定位的作用,灌入蜂窝芯中的铁粉有四方面的作用:(1)铁粉在自身重力作用下产生张力,对蜂窝侧壁形成正压力的作用;(2)蜂窝壁将铁粉分隔成一个个独立的单元,它们在磁场的作用下产生相互的吸引力,形成对蜂窝壁的正压力;(3)灌入蜂窝芯中的铁粉增加了蜂窝芯与固持平台的接触面积,同时也增加了自身重力,蜂窝芯与固持平台表面的正压力也增大,随着以上三种正压力的增大,铁粉与蜂窝侧壁之间以及蜂窝与固持平台之间的摩擦力都将增大;(4)单个蜂窝芯单元为轴对称单元,可以简化为悬臂梁,蜂窝芯中铁粉灌入高度的增大,减小了蜂窝壁的悬空长度(悬臂梁的长度),主要可以有效减小蜂窝壁的弯曲变形。
 
 
 
 
 
技术对比
      通过现场应用表明,基于磁场和摩擦吸附原理的纸基蜂窝零件的固持工艺与现有固持方法相比主要有以下优点:
      1、固持安全可靠,固持精度高,可大大降低因固持不稳定而造成的零件报废率。
      2、自动化程度高,减小了任务因素对固持可靠性的影响,操作简单,工人的劳动强度低,后续清理工作简单,可大大缩短加工准备时间。
      3、与目前使用的粘结方法相比,不需要使用有机溶剂来去除残留在蜂窝表面的粘结剂,因此,不会对操作工人的身体造成伤害。
 
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