一種金屬蜂窩工件冰固持加工方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機械加工工藝方法領域，涉及一種通過冰固持方式固持金屬蜂窩材料，實現超低溫切削的機床工裝裝置及加工方法。
【背景技術】
[0002]目前被廣泛應用于航天、航空和船舶制造等領域的金屬蜂窩材料，具有重量輕，強度高，剛性好、隔音、隔熱、壽命長、綜合功能突出、外觀平直度高、不易變形、加工適應性好等特點。蜂窩是一種薄壁多孔結構，壁厚一般小于0.1_，孔格的邊長一般小于10_，使得蜂窩沿孔格軸向具有較高的強度，而面內徑向等效強度很小，經受一定徑向力作用下易產生變形，故機械加工中不能采用傳統夾持實體工件的方法實現夾緊。通常蜂窩數控機械加工時，尤其在平面銑削加工時，金屬蜂窩工件需要實現定位和固持夾緊工作，但由于該材料加工時銑削力較小，采用壓板方式對零件進行固持極易使零件產生變形，導致工件的制造精度較低，無法滿足航空產品裝配的要求，影響了產品的實用功能。
[0003]浙江西子航空工業有限公司和成都飛機工業(集團)有限責任公司，采用真空吸附固持方式，開發了包括臺板、通氣槽、毛坯定位線等的金屬蜂窩機械加工固持夾具及加工方法，并申請了國內專利，專利號CN 102642142 A，發明名稱:“金屬蜂窩機械加工固持夾具及方法”；專利號CN 102581650 A，發明名稱:“真空吸附固持蜂窩零件的方法”。該發明裝置及固持方法能夠實現在同一個夾具上完成金屬蜂窩的正反兩面加工過程，使得零件加工時能保持平整、無裝夾變形。但是，由于金屬蜂窩材料剛性不足導致該裝置加工中易產生變形，影響加工精度，此外該裝置結構及工件裝夾復雜以及真空度難保持的特點，限制了裝夾長時保持可靠性和裝夾效率。
【發明內容】
[0004]本發明主要解決的技術問題是克服上述金屬蜂窩機械加工固持夾具及加工方法的不足，發明了一種金屬蜂窩機加工固持加工方法，該方法采用向金屬蜂窩冰固持夾具中放置的金屬蜂窩孔內注滿低溫純水或切削液后，把金屬蜂窩冰固持夾具放置于可調制冷試驗柜中，并設置冷凍溫度和制冷時間，再將金屬蜂窩冰固持夾具裝夾于機床工作臺上，用液氮內噴刀具加工金屬蜂窩，液氮外噴保持冰凍狀態。該方法能夠增強蜂窩工件自身強度，提高加工質量，抑制加工缺陷。該蜂窩工件固持方法具有實用性強，可操控性好，方法簡單等特點。
[0005]本發明所采用的技術方案是一種金屬蜂窩工件冰固持方法，其特征是，該方法采用向金屬蜂窩冰固持夾具中放置的金屬蜂窩孔內注滿低溫純水或切削液后，把金屬蜂窩冰固持夾具放置于可調制冷試驗柜中，并設置冷凍溫度和制冷時間，再將金屬蜂窩冰固持夾具裝夾于機床工作臺上，用液氮內噴刀具加工金屬蜂窩，液氮外噴保持冰凍狀態；加工方法具體步驟如下:
[0006]a.在中空夾具體中安裝金屬蜂窩工件
[0007]金屬蜂窩冰固持夾具中的中空夾具體I采用中空結構，并將內外表面涂覆低導熱系數涂層，降低與夾具內表面所接觸純冰的融化速度，保證冰固持效果；中空夾具體I的前后側壁內分別裝有多個固冰螺栓9，支撐板8安裝在中空夾具體I底面凹槽中，將金屬蜂窩工件7放置于支撐板8上，金屬蜂窩工件7相鄰兩側面與擋銷10和固冰螺栓9的端面接觸定位；將螺栓2分別插入中空夾具體I左右兩側面的壁孔中，在每個螺栓2的右部裝有緊固螺母3，再將凸輪5分別固定安裝在每個螺栓2的右端；
[0008]b.向中空夾具體I凹槽內注入純水或切削液，并淹沒過金屬蜂窩工件7加工面2?3mm，保證所有蜂窩內都注滿水；
[0009]c.將金屬蜂窩冰固持夾具置于可調制冷試驗柜中，并設置冷凍溫度_50°C，制冷時間設定為120分鐘，純水或切削液凍成純冰冰塊，金屬蜂窩工件7被固置其中；
[0010]d.迅速將冰固持夾具裝夾于機床工作臺上，保證金屬蜂窩工件7正面待加工面朝向切削刀具方向；同時將壓板4置于中空夾具體I凹槽中的純冰6上，轉動凸輪5壓緊壓板4 ；
[0011]e.為防止冰固持夾具中純冰6融化，機床刀具利用對刀塊11對刀的同時，采用液氮降溫裝置對夾具冰塊區域噴射低溫氮氣，保持加工面區域溫度-50°C以下；
[0012]f.采用液氮內噴刀具對金屬蜂窩工件7毛坯正面進行加工，金屬蜂窩工件7正面加工完成后，將冰固持夾具由機床工作臺取下，待純冰6融化后，取出金屬蜂窩工件；
[0013]g.將金屬蜂窩工件7已加工面作為定位面置于冰固持夾具中，重復上述步驟b?步驟g，直至加工完金屬蜂窩工件7的另一面。
[0014]本發明的有益效果是該方法能夠解決難加工的金屬蜂窩工件的夾持問題，能夠有效抑制蜂窩材料的加工缺陷，尤其對純水或切削液冰凍溫度和溫度保持程度的有效控制，能夠使金屬蜂窩材料機加工固持效果達到更佳，提高了切削精度。采用冰固持金屬蜂窩方法，固持效果穩定、加工效率高、操作方便、加工效果好。
【附圖說明】
[0015]圖1一金屬蜂窩冰固持夾具圖俯視圖，圖2—金屬蜂窩冰固持夾具圖主視圖。其中:1-中空夾具體，2-螺栓，3-壓板，4-緊固螺母，5-凸輪，6-純冰，7-金屬蜂窩工件，8-支撐板，9-固冰螺栓，10-擋銷，11-對刀塊。
[0016]圖3—液氮輸送加工管路圖，其中:1-杜瓦罐，2-低溫電磁閥，3-低溫流量計，4-真空絕熱硬管，5-低溫絕熱軟管接頭，6-真空絕熱軟管，7-銑床主軸，8-液氮內噴刀柄，9-中空銑刀，10-金屬蜂窩冰固持夾具。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和技術方案詳細說明本發明的具體實施。
[0018]金屬蜂窩工件冰固持方法是基于金屬蜂窩材料徑向強度低，蜂窩孔內填充低溫純冰可增強材料強度的原理，實現金屬蜂窩材料機加工固持提高加工精度的方法。
[0019]圖1、圖2為金屬蜂窩冰固持夾具圖俯視圖和主視圖。金屬蜂窩工件安裝操作如下:將支撐板8壓入中空夾具體I底面凹槽中；將固冰螺栓9分別裝入中空夾具體I前后內壁螺栓孔中，共6個。將金屬蜂窩工件7放置于支撐板8上，并使金屬蜂窩工件7相鄰兩側面與固冰螺栓9和圖2中擋銷10接觸定位；將4個螺栓2分別插入中空夾具體I的兩面側壁孔中，在4個螺栓2的右部裝有4個緊固螺母3，再將4個凸輪5分別固定安裝在螺栓2的右端。
[0020]向中空夾具體I凹槽內注入純水或切削液，并淹沒過蜂窩加工面2?3mm，保證所有蜂窩內都注滿水；把金屬蜂窩冰固持夾具放置于可調制冷試驗柜中，并設置冷凍溫度-50°C，制冷時間設定為120分鐘；迅速將金屬蜂窩冰固持夾具裝夾于機床工作臺上，保證正面待加工面朝加工刀具方向，同時將壓板4置于中空夾具體I凹槽中的純冰6上，分別旋轉凸輪5直到壓緊壓板4，鎖緊緊固螺母3固定。為防止冰固持夾具中冰塊融化，機床刀具對刀同時利用液氮降溫裝置對夾具冰塊區域噴射低溫氮氣，保持加工面區域溫度_50°C以下；利用圖2中對刀塊11進行對刀，然后利用液氮內噴銑刀對金屬蜂窩工件7毛坯正面進行超低溫銑削加工；金屬蜂窩工件7正面加工完成后，將冰固持夾具由機床工作臺取下，待冰融化后，取出金屬蜂窩工件；將已加工面作為定位面置于冰固持夾具中，重復上述步驟加工完金屬蜂窩工件的另一面。
[0021]圖3低溫冷卻工作過程如下:液氮由杜瓦罐I出口經低溫絕熱硬管4、低溫電磁閥2、低溫流量調節閥3和低溫絕熱軟管接頭5后，一部分液氮經真空絕熱軟管6進入安裝于銑床主軸7上的液氮內噴刀柄8中，由中空銑刀9噴口噴射到金屬蜂窩加工部位，一部分液氮經另一條真空絕熱軟管6直接噴射于金屬蜂窩冰固持夾具10的純冰上，待加工面對好刀后利用液氮內噴刀柄8上的中空銑刀9對冰固持金屬蜂窩進行銑削加工。
[0022]本發明提高了難切削材料金屬蜂窩的切削性能，消除了金屬蜂窩徑向剛度不足對切削性能的影響，提高了切削精度。采用冰固持金屬蜂窩方法，固持效果穩定、加工效率高、操作方便、加工效果好。該方法可以很有效的用于數控機床對于金屬蜂窩的切削工作，可實現剛性差難加工材料典型工件的高效切削加工。
【主權項】
1.一種金屬蜂窩工件冰固持加工方法，其特征是，該方法采用向金屬蜂窩冰固持夾具中放置的金屬蜂窩孔內注滿低溫純水或切削液后，把金屬蜂窩冰固持夾具放置于可調制冷試驗柜中，并設置冷凍溫度和制冷時間，再將金屬蜂窩冰固持夾具裝夾于機床工作臺上，用液氮內噴刀具加工金屬蜂窩，液氮外噴保持冰凍狀態；加工方法的具體步驟如下: a.在中空夾具體中安裝金屬蜂窩工件 金屬蜂窩冰固持夾具中的中空夾具體(I)采用中空結構，并將內外表面涂覆低導熱系數涂層，降低與夾具內表面所接觸純冰的融化速度，保證冰固持效果；中空夾具體(I)的前后側壁內分別裝有多個固冰螺栓(9)，將支撐板(8)壓入中空夾具體(I)底面凹槽中；將金屬蜂窩工件(7)放置于支撐板(8)上，金屬蜂窩工件(7)相鄰兩側面與擋銷(10)和固冰螺栓(9)的端面接觸定位；將螺栓(2)分別插入中空夾具體(I)左右兩側面的壁孔中，在每個螺栓(2)的右部裝有緊固螺母(3)，再將凸輪(5)分別固定裝在每個螺栓(2)的右端； b.向中空夾具體(I)凹槽內注入純水或切削液，并淹沒過金屬蜂窩工件(7)加工面2?3mm，保證所有蜂窩內都注滿水； c.將金屬蜂窩冰固持夾具置于可調制冷試驗柜中，并設置冷凍溫度-50°C，制冷時間設定為120分鐘，純水或切削液凍成純冰冰塊，金屬蜂窩工件(7)被固置其中； d.迅速將冰固持夾具裝夾于機床工作臺上，保證金屬蜂窩工件(7)正面待加工面朝向切削刀具方向；同時將壓板⑷置于中空夾具體⑴凹槽中的純冰(6)上，將凸輪(5)沿中心孔插入螺栓⑵上，并固定，轉動凸輪(5)壓緊壓板⑷； e.為防止冰固持夾具中純冰(6)融化，機床刀具利用對刀塊(11)對刀的同時，采用液氮降溫裝置對夾具冰塊區域噴射低溫氮氣，保持加工面區域溫度-50°C以下； f.采用液氮內噴刀具對金屬蜂窩工件(7)毛坯正面進行加工，金屬蜂窩工件(7)正面加工完成后，將冰固持夾具由機床工作臺取下，待純冰(6)融化后，取出金屬蜂窩工件； g.將金屬蜂窩工件(7)已加工面作為定位面置于冰固持夾具中，重復上述步驟b?步驟g，直至加工完金屬蜂窩工件(7)的另一面。
【專利摘要】本發明一種金屬蜂窩工件冰固持加工方法屬于機械加工工藝方法領域，涉及一種通過冰固持方式固持金屬蜂窩材料，實現超低溫切削的機床工裝裝置及加工方法。該方法采用向金屬蜂窩冰固持夾具中放置的金屬蜂窩孔內注滿低溫純水或切削液后，把金屬蜂窩冰固持夾具放置于可調制冷試驗柜中，并設置冷凍溫度和制冷時間，再將金屬蜂窩冰固持夾具裝夾于機床工作臺上，用液氮內噴刀具加工金屬蜂窩，液氮外噴保持冰凍狀態。該方法解決了難加工的金屬蜂窩工件的夾持問題，對純水或切削液冰凍溫度和溫度保持程度的有效控制，使機加工固持效果達到更佳，提高了切削精度；方法操作方便、固持效果穩定、加工效率高、加工效果好。
【IPC分類】B23Q11/10, B23C3/00, B23Q3/06
【公開號】CN105171460
【申請號】
【發明人】王永青, 郭立杰, 王鳳彪, 劉海波, 郭東明, 賈振元, 王福吉, 周連杰
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年7月28日