粉磁夹具综述

磁粉夹持系统研究 综述报告一、课题研究背景1、制造业的发展现状制造业是一个国家国民经济的支柱产业，一个国家经济的崛起在很大程度上取决于制的发展。制造技术是决定国家综合国力的关键技术之一。在各个国家的企业生产力的构成中制造技术的作用一般占55%-65%。1999年，世界制造业的增加值占世界GDP总量的21%。从几个发达国家工业化进程来看，制造业都曾达到GDP的1/3以上。美国政府在20世纪80年代开始进行大规模“21世纪制造企业战略”研究，不久，提出“先进制造技术”发展目标制定并实施了“先进制造技术计划(ATP)”和“制造技术中心计戈IJNTC)”。1991年，白宫科学技术政策办公室发表“美国国家关键技术”报告，把制造技术列为六大技术领域的第二位，在1992和1993年技术发展规划中，制造技术的费用分别增加1倍和1.5倍。这些举措引发了美国、欧洲、日本在制造技术上新一轮的竞争。美国、日本、德国等国家的专家已将制造科学、信息科学、材料科学和生物科学一起列为当今时代的四大支柱学科。我国在《关于制定十一五规划的建议》中明确指出“要加快发展先进制造业，装备制造业要依托重点工程提高重大技术装备的国产化水平，要加快从加工装配为主向自主研发制造延伸，按照产业集聚、规模发展和扩大国际合作的要求，大力发展信息、生物、新材料、新能源、航空航天等产业”，使我国从制造大国向制造强国迈进。所以说，制造业在工业化过程中的主导和基础作用是其他产业无法替代的，是一切社会生活的基础，是一个国家的支柱产业。没有制造业，现代化将失去坚实的基础。航空航天制造业是制造业最为重要的组成部分之一，其技术水平和生产能力是国家制造业实力和国防科技工业现代化水平的综合体现，在国民经济和国防现代化中有着举足轻重、不可替代的地位和作用。大量新材料、新结构、新技术首先在航空、航天产品中得到应用。就现代飞机、航天器结构设计的特点是重量轻、结构强度高，降低飞机、火箭等的自身结构重量，就意味着提高了飞行器的机动性、增大了携带负载的能力和更远的飞行距离；而且，随着重量的降低、结构强度的提高，可以延长飞行器的服役寿命。为此，在飞机、航天器结构设计和制造中，一些大型复杂结构零件，尤其是主承力结构件(如飞机的大梁、隔框、壁板；火箭的整流罩、舱体和战略武器战斗部売体等)普遍采用了整体化结构设计。可以说整体结构件在现代飞机上的应用是制造技术的一大进步。二、目前，广泛采用的固持方法2.1聚乙二醇法该方法是利用聚乙二醇加热(70°C—90°C)熔化后冷却固化的特性对蜂窝芯材料进行固持，进行固持时，首先将聚乙二醇放置在工作平台上，并且对其进行加热，当其处于熔融状态时给蜂窝芯材料施加一定的压力使其与台面紧密贴和，随后逐渐降低温度直到聚乙二醇固化，实现对蜂窝芯材料的固持。2.2双面粘结带固定法这种方法在中国的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(velcro)。维可牢尼龙搭扣是由一对尼龙条构成，其中的一条上表面分布有细小的绒毛状丝质钩子，下表面涂有胶条;另一条尼龙带的表面分布有对应的尼龙毛圈。进行固持时首先将维可牢尼龙搭扣具有细小绒毛状丝质钩子的一条粘结在工作平台上，再将有尼龙毛圈的搭扣条对应粘结在其上，然后将粘结带粘贴在搭扣上，最后将蜂窝芯材料放置在双面粘结带上，并且施加压力使得蜂窝芯材料与双面粘结带紧密贴和，达到对蜂窝芯材料的固持。2.3真空吸附法首先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。三、国内外零件加工过程中装夹技术的研究现状3.1国外装夹技术的研究现状(1)雄克公司(SchunkGmbH&Co.KG)是德国最大的机床精密夹具和自动抓取系统生产厂。该公司开发生产的模块式工件夹紧系统(以“KONTEC”命名)能在保证高重复定位精的前提下实现工装夹具的快速更换和工件的快速夹紧。(2)美国密歇根州工业技术研究所甘特纳(M.V.Gandni)等人研究了相变流态床式夹具。这类夹具的构思是，虽然工件有多种形状，但均可通过一种中间介质将其包围起来，加工前使其固化成固相，达到定位和夹紧的目的；在加工时能承受切削力，加工后又使此介质流态化成液相，就可将工件取出。(3)1994年，美国麻省理工学院的Sarma等人提出了无基准零件封装(RFPE)技术。这是一种基于状态变化的、非传统的工件安装方法，它通过采用低熔点的填充材料，实现工件在RFPE箱体内的密封、固定与夹紧，不仅使工件的夹紧与工件的形状无关；更重要的是，在工序转换或安装转换时，可通过再次填充材料恢复其箱体原有实体形状，并保留工件的初始定位而不需重新定位。3.2国内装夹技术的研究现状在国内，也有众多高校对各种装夹技术进行了一系列的研究，主要有：济南大学夹具技术研究所钟康民、郭培全等人［16］提出了基于液固两相转变的夹具技术，并对温度变化导致相变的蜡固、冰固及低熔点合金等夹具进行了分析。此外，还对各种基于液固两相转变技术的机床夹具的选用原则进行了归纳。中国科学技术大学张先舟等人针对液固两相转变的夹具技术中相变物质存在的缺陷，设计了一种利用磁流变液在外加磁场下液固转变的特性来装夹零件的夹具。这种装夹方法中相变时间短，相变物质可反复回收利用，不污染环境，便于清洗。（3）重庆大学张毅等人根据被加工件的结构形式及特征，考虑了各种定位、夹紧方式及微进给机构，提出了采用气体真空吸附法和可换定位板的组合方式来安装被加工件。还设计了气体真空吸附夹紧系统及微量进给夹具，并应用本系统进行了磨削实验研究和分析，给出了微小异形零件的有效定位和夹紧方法。（4）深圳信息职业技术学院杜英滨等人设计并研制了一种电子冷冻铣削装夹系统。该装夹系统是利用半导体材料的电热特性，采用常规循环冷却水与半导体制冷相结合，用冻结液态物质固定工件代替普通夹具，实现对异形零件和不宜装夹的材料进行无痕装夹。无痕装夹系统具有无噪音、无磨损以及无污染等特点,装夹和拆卸工件简单方便、控制灵活,加工过程中工件装夹牢固,加工平稳。（5）浙江大学柯映林、刘刚等人早在2003年就开始对蜂窝芯零件的固持方法进行了一系列深入的研究，在总结分析三种常用固持方法的基础上提出了一种基于磁场和摩擦学原理的纸基蜂窝芯材料固持方法。该种固持方法是一种新型、绿色的制造方法,并且已经投入到实际的生产中。蜂窝夹层结构是由上下两块高弹性模量、高强度的薄板材（蒙皮和铺层）和填充其中的软而轻的蜂窝夹芯所组成，其结构如图所示。通过粘结剂将上下两块蒙皮与蜂窝芯胶结成为整体刚性结构，或者通过直接注塑、模压来获得夹芯结构。蜂窝芯材料与一般的金属材料不同，为各向异性材料，其Z向（蜂窝孔格轴向）的模量值通常比面内模量值大104至到105倍。在实际的加工过程中，采用类似于一般金属材料的固持方法对毛坯材料上的几个点进行夹紧只能将夹紧点附近的区域实现固持，而对整个零件根本无法达到固持的目的。正是由于蜂窝芯材料所具有的这些特殊力学性能及外观结构，使得其在高速铣削加工过程中的固持方法也不同于普通的金属材料五、磁粉夹持系统的原理磁粉夹持系统将适用于零件整个机械加工过程中的夹持，其基本原理是利用外加激磁装置所激发的磁场对填充在工件周围的磁粉颗粒产生磁化作用，使得磁粉在自重和磁场吸引力的共同作用下产生磁粉与工件壁之间、磁粉与工作台之间的摩擦力。这两种摩擦力的大小可以通过调节激磁参数和磁粉填充参数进行控制，利用这两种摩擦力合力作用有效地平衡工件在切削加工过程中所受到的切削力，从而达到对工件夹持的目的。在这种方法中采用了一种特殊的磁性平台，这种磁性平台是以非铁磁材料为基体，将纯铁镶块按照一定的间距平行的镶嵌在基体材料上。纯铁镶块的作用是作为磁极将磁力线从台板下面引到台面上来。在固持过程中，首先将外加磁场关闭（对于电磁装置而言）或者封闭（对永磁装置而言），使得磁力线不经过台面上表面。这时，把蜂窝芯材料放置在平台上，然后将铁粉按照一定的高度灌入蜂窝芯孔格当中。最后，通过控制系统开启外加磁场，使得磁力线经过铁粉，在磁极、平台、铁粉之