紙基蜂窩芯零件高速銑削加工固持系統(tǒng)中激磁單元的研究.pdf

1、由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能，紙基蜂窩芯材料廣泛地應(yīng)用于航天航空工業(yè)中。但實(shí)踐證明，我國傳統(tǒng)的固持方法在高速銑削成型過程中，無法達(dá)到可靠固持紙基蜂窩芯材料的目的，從而制約了這種材料的推廣應(yīng)用。為了解決這一問題，浙江大學(xué)柯映林教授于2001年申請了發(fā)明專利(專利號：ZL O1 1 35679.0)“蜂窩類柔性結(jié)構(gòu)材料的加工方法”，該專利中首次提出了基于磁場與摩擦學(xué)原理的紙基蜂窩芯零件固持方法。與傳統(tǒng)的固持方法相比，基于磁場與摩擦學(xué)原理的蜂窩固持

2、方法，具有穩(wěn)定可靠、使用方便、對環(huán)境和操作工人無污染、成本低等優(yōu)點(diǎn)。使用這種固持方法，可大大提高蜂窩芯零件的加工效率與加工精度。 目前，基于磁場和摩擦學(xué)原理的永磁固持平臺已經(jīng)成功應(yīng)用于紙基蜂窩芯零件的加工中，并取得了良好的效果。但是在使用中也存在一些不足，如安裝困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本較高。針對這些不足，本文通過理論分析、ANSYS有限元仿真和實(shí)驗(yàn)測定相結(jié)合的方法，在前人研究的基礎(chǔ)上，對紙基蜂窩芯零件電磁固持系統(tǒng)中激磁單元的磁

3、場和力學(xué)模型進(jìn)行了深入的研究，并論證了激磁單元的可行性，豐富了固持系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)形式。另外，本文采用的理論計(jì)算和有限元模擬方法可看成是對前人以實(shí)驗(yàn)為主的研究方法的補(bǔ)充和完善。 鐵粉填充區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是這種新的固持方法能否有效固持的關(guān)鍵。因?yàn)楣坛至Ξa(chǎn)生主要是因?yàn)榇盼Φ拇嬖?。而獲得填充有鐵粉的蜂窩芯材料的磁導(dǎo)率又是計(jì)算或分析磁感應(yīng)強(qiáng)度的一個(gè)前提條件。目前國內(nèi)外學(xué)者對鐵磁性粉體集合體的特性已經(jīng)做了大量的研究工作，這些研究都是圍

4、繞粉體與絕緣體和粘合劑組成的集合體展開的，而缺乏針對鐵粉和蜂窩芯集合體的研究。本文通過實(shí)驗(yàn)測定了填充有鐵粉的蜂窩芯材料的截面內(nèi)磁導(dǎo)率，并根據(jù)磁阻的公式對軸向磁導(dǎo)率進(jìn)行了估算。 然后，把測得的鐵粉磁導(dǎo)率應(yīng)用于理論計(jì)算和ANSYS有限元分析中，提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了確定磁感應(yīng)強(qiáng)度在鐵粉填充區(qū)域的分布，首先從有限元計(jì)算結(jié)果中提取出了有效的磁感應(yīng)強(qiáng)度值，再利用MATILAB軟件將這些離散值分三部分?jǐn)M合成相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

5、在得出鐵粉填充區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況的基礎(chǔ)上，計(jì)算出鐵粉柱單元之間的磁吸力，并把由于磁吸力的存在而產(chǎn)生的最大靜摩擦力與鐵粉的自重作比較。調(diào)整相關(guān)的磁場參數(shù)使得最大靜摩擦力大于鐵粉自重，這就意味著，鐵粉將被“吸附”在蜂窩芯側(cè)壁上。然后定義一種新的實(shí)體材料，它的彈性模量、剪切模量和泊松比與蜂窩芯材一樣，它的密度和填充有鐵粉的蜂窩芯密度一樣。這樣把切削力作為集中力施加在這種等效材料上，利用ANSYS軟件可分析得出局部最大Z向變形。當(dāng)變形在工程