CN105171460B - 一种金属蜂窝工件冰固持加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种金属蜂窝工件冰固持加工方法属于机械加工工艺方法领域，涉及一种通过冰固持方式固持金属蜂窝材料，实现超低温切削的机床工装装置及加工方法。该方法采用向金属蜂窝冰固持夹具中放置的金属蜂窝孔内注满低温纯水或切削液后，把金属蜂窝冰固持夹具放置于可调制冷试验柜中，并设置冷冻温度和制冷时间，再将金属蜂窝冰固持夹具装夹于机床工作台上，用液氮内喷刀具加工金属蜂窝，液氮外喷保持冰冻状态。该方法解决了难加工的金属蜂窝工件的夹持问题，对纯水或切削液冰冻温度和温度保持程度的有效控制，使机加工固持效果达到更佳，提高了切削精度；方法操作方便、固持效果稳定、加工效率高、加工效果好。
Description
技术领域
本发明属于机械加工工艺方法领域，涉及一种通过冰固持方式固持金属蜂窝材料，实现超低温切削的机床工装装置及加工方法。
背景技术
目前被广泛应用于航天、航空和船舶制造等领域的金属蜂窝材料，具有重量轻，强度高，刚性好、隔音、隔热、寿命长、综合功能突出、外观平直度高、不易变形、加工适应性好等特点。蜂窝是一种薄壁多孔结构，壁厚一般小于0.1mm，孔格的边长一般小于10mm，使得蜂窝沿孔格轴向具有较高的强度，而面内径向等效强度很小，经受一定径向力作用下易产生变形，故机械加工中不能采用传统夹持实体工件的方法实现夹紧。通常蜂窝数控机械加工时，尤其在平面铣削加工时，金属蜂窝工件需要实现定位和固持夹紧工作，但由于该材料加工时铣削力较小，采用压板方式对零件进行固持极易使零件产生变形，导致工件的制造精度较低，无法满足航空产品装配的要求，影响了产品的实用功能。
浙江西子航空工业有限公司和成都飞机工业(集团)有限责任公司，采用真空吸附固持方式，开发了包括台板、通气槽、毛坯定位线等的金属蜂窝机械加工固持夹具及加工方法，并申请了国内专利，专利号CN 102642142 A，发明名称：“金属蜂窝机械加工固持夹具及方法”；专利号CN 102581650 A，发明名称：“真空吸附固持蜂窝零件的方法”。该发明装置及固持方法能够实现在同一个夹具上完成金属蜂窝的正反两面加工过程，使得零件加工时能保持平整、无装夹变形。但是，由于金属蜂窝材料刚性不足导致该装置加工中易产生变形，影响加工精度，此外该装置结构及工件装夹复杂以及真空度难保持的特点，限制了装夹长时保持可靠性和装夹效率。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是克服上述金属蜂窝机械加工固持夹具及加工方法的不足，发明了一种金属蜂窝机加工固持加工方法，该方法采用向金属蜂窝冰固持夹具中放置的金属蜂窝孔内注满低温纯水或切削液后，把金属蜂窝冰固持夹具放置于可调制冷试验柜中，并设置冷冻温度和制冷时间，再将金属蜂窝冰固持夹具装夹于机床工作台上，用液氮内喷刀具加工金属蜂窝，液氮外喷保持冰冻状态。该方法能够增强蜂窝工件自身强度，提高加工质量，抑制加工缺陷。该蜂窝工件固持方法具有实用性强，可操控性好，方法简单等特点。
本发明所采用的技术方案是一种金属蜂窝工件冰固持方法，其特征是，该方法采用向金属蜂窝冰固持夹具中放置的金属蜂窝孔内注满低温纯水或切削液后，把金属蜂窝冰固持夹具放置于可调制冷试验柜中，并设置冷冻温度和制冷时间，再将金属蜂窝冰固持夹具装夹于机床工作台上，用液氮内喷刀具加工金属蜂窝，液氮外喷保持冰冻状态；加工方法具体步骤如下：
a.在中空夹具体中安装金属蜂窝工件
金属蜂窝冰固持夹具中的中空夹具体1采用中空结构，并将内外表面涂覆低导热系数涂层，降低与夹具内表面所接触纯冰的融化速度，保证冰固持效果；中空夹具体1的前后侧壁内分别装有多个固冰螺栓9，支撑板8安装在中空夹具体1底面凹槽中，将金属蜂窝工件7放置于支撑板8上，金属蜂窝工件7相邻两侧面与挡销10和固冰螺栓9的端面接触定位；将螺栓2分别插入中空夹具体1左右两侧面的壁孔中，在每个螺栓2的右部装有紧固螺母3，再将凸轮5分别固定安装在每个螺栓2的右端；
b.向中空夹具体1凹槽内注入纯水或切削液，并淹没过金属蜂窝工件7加工面2～3mm，保证所有蜂窝内都注满水；
c.将金属蜂窝冰固持夹具置于可调制冷试验柜中，并设置冷冻温度-50℃，制冷时间设定为120分钟，纯水或切削液冻成纯冰冰块，金属蜂窝工件7被固置其中；
d.迅速将冰固持夹具装夹于机床工作台上，保证金属蜂窝工件7正面待加工面朝向切削刀具方向；同时将压板4置于中空夹具体1凹槽中的纯冰6上，转动凸轮5压紧压板4；
e.为防止冰固持夹具中纯冰6融化，机床刀具利用对刀块11对刀的同时，采用液氮降温装置对夹具冰块区域喷射低温氮气，保持加工面区域温度-50℃以下；
f.采用液氮内喷刀具对金属蜂窝工件7毛坯正面进行加工，金属蜂窝工件7正面加工完成后，将冰固持夹具由机床工作台取下，待纯冰6融化后，取出金属蜂窝工件；
g.将金属蜂窝工件7已加工面作为定位面置于冰固持夹具中，重复上述步骤b～步骤g，直至加工完金属蜂窝工件7的另一面。
本发明的有益效果是该方法能够解决难加工的金属蜂窝工件的夹持问题，能够有效抑制蜂窝材料的加工缺陷，尤其对纯水或切削液冰冻温度和温度保持程度的有效控制，能够使金属蜂窝材料机加工固持效果达到更佳，提高了切削精度。采用冰固持金属蜂窝方法，固持效果稳定、加工效率高、操作方便、加工效果好。
附图说明
图1—金属蜂窝冰固持夹具图俯视图，图2—金属蜂窝冰固持夹具图主视图。其中：1-中空夹具体，2-螺栓，3-压板，4-紧固螺母，5-凸轮，6-纯冰，7-金属蜂窝工件，8-支撑板，9-固冰螺栓，10-挡销，11-对刀块。
图3—液氮输送加工管路图，其中：1-杜瓦罐，2-低温电磁阀，3-低温流量计，4-真空绝热硬管，5-低温绝热软管接头，6-真空绝热软管，7-铣床主轴，8-液氮内喷刀柄，9-中空铣刀，10-金属蜂窝冰固持夹具。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。
金属蜂窝工件冰固持方法是基于金属蜂窝材料径向强度低，蜂窝孔内填充低温纯冰可增强材料强度的原理，实现金属蜂窝材料机加工固持提高加工精度的方法。
图1、图2为金属蜂窝冰固持夹具图俯视图和主视图。金属蜂窝工件安装操作如下：将支撑板8压入中空夹具体1底面凹槽中；将固冰螺栓9分别装入中空夹具体1前后内壁螺栓孔中，共6个。将金属蜂窝工件7放置于支撑板8上，并使金属蜂窝工件7相邻两侧面与固冰螺栓9和图2中挡销10接触定位；将4个螺栓2分别插入中空夹具体1的两面侧壁孔中，在4个螺栓2的右部装有4个紧固螺母3，再将4个凸轮5分别固定安装在螺栓2的右端。
向中空夹具体1凹槽内注入纯水或切削液，并淹没过蜂窝加工面2～3mm，保证所有蜂窝内都注满水；把金属蜂窝冰固持夹具放置于可调制冷试验柜中，并设置冷冻温度-50℃，制冷时间设定为120分钟；迅速将金属蜂窝冰固持夹具装夹于机床工作台上，保证正面待加工面朝加工刀具方向，同时将压板4置于中空夹具体1凹槽中的纯冰6上，分别旋转凸轮5直到压紧压板4，锁紧紧固螺母3固定。为防止冰固持夹具中冰块融化，机床刀具对刀同时利用液氮降温装置对夹具冰块区域喷射低温氮气，保持加工面区域温度-50℃以下；利用图2中对刀块11进行对刀，然后利用液氮内喷铣刀对金属蜂窝工件7毛坯正面进行超低温铣削加工；金属蜂窝工件7正面加工完成后，将冰固持夹具由机床工作台取下，待冰融化后，取出金属蜂窝工件；将已加工面作为定位面置于冰固持夹具中，重复上述步骤加工完金属蜂窝工件的另一面。
图3低温冷却工作过程如下：液氮由杜瓦罐1出口经低温绝热硬管4、低温电磁阀2、低温流量调节阀3和低温绝热软管接头5后，一部分液氮经真空绝热软管6进入安装于铣床主轴7上的液氮内喷刀柄8中，由中空铣刀9喷口喷射到金属蜂窝加工部位，一部分液氮经另一条真空绝热软管6直接喷射于金属蜂窝冰固持夹具10的纯冰上，待加工面对好刀后利用液氮内喷刀柄8上的中空铣刀9对冰固持金属蜂窝进行铣削加工。
本发明提高了难切削材料金属蜂窝的切削性能，消除了金属蜂窝径向刚度不足对切削性能的影响，提高了切削精度。采用冰固持金属蜂窝方法，固持效果稳定、加工效率高、操作方便、加工效果好。该方法可以很有效的用于数控机床对于金属蜂窝的切削工作，可实现刚性差难加工材料典型工件的高效切削加工。
Claims (1)
1.一种金属蜂窝工件冰固持加工方法，其特征是，该方法采用向金属蜂窝冰固持夹具中放置的金属蜂窝孔内注满低温纯水或切削液后，把金属蜂窝冰固持夹具放置于可调制冷试验柜中，并设置冷冻温度和制冷时间，再将金属蜂窝冰固持夹具装夹于机床工作台上，用液氮内喷刀具加工金属蜂窝，液氮外喷保持冰冻状态；加工方法的具体步骤如下：
a.在中空夹具体中安装金属蜂窝工件
金属蜂窝冰固持夹具中的中空夹具体(1)采用中空结构，并将内外表面涂覆低导热系数涂层，降低与夹具内表面所接触纯冰的融化速度，保证冰固持效果；中空夹具体(1)的前后侧壁内分别装有多个固冰螺栓(9)，将支撑板(8)压入中空夹具体(1)底面凹槽中；将金属蜂窝工件(7)放置于支撑板(8)上，金属蜂窝工件(7)相邻两侧面与挡销(10)和固冰螺栓(9)的端面接触定位；将螺栓(2)分别插入中空夹具体(1)左右两侧面的壁孔中，在每个螺栓(2)的右部装有紧固螺母(3)，再将凸轮(5)分别固定装在每个螺栓(2)的右端；
b.向中空夹具体(1)凹槽内注入纯水或切削液，并淹没过金属蜂窝工件(7)加工面2～3mm，保证所有蜂窝内都注满水；
c.将金属蜂窝冰固持夹具置于可调制冷试验柜中，并设置冷冻温度-50℃，制冷时间设定为120分钟，纯水或切削液冻成纯冰冰块，金属蜂窝工件(7)被固置其中；
d.迅速将冰固持夹具装夹于机床工作台上，保证金属蜂窝工件(7)正面待加工面朝向切削刀具方向；同时将压板(4)置于中空夹具体(1)凹槽中的纯冰(6)上，将凸轮(5)沿中心孔插入螺栓(2)上，并固定，转动凸轮(5)压紧压板(4)；
e.为防止冰固持夹具中纯冰(6)融化，机床刀具利用对刀块(11)对刀的同时，采用液氮降温装置对夹具冰块区域喷射低温氮气，保持加工面区域温度-50℃以下；
f.采用液氮内喷刀具对金属蜂窝工件(7)毛坯正面进行加工，金属蜂窝工件(7)正面加工完成后，将冰固持夹具由机床工作台取下，待纯冰(6)融化后，取出金属蜂窝工件；
g.将金属蜂窝工件(7)已加工面作为定位面置于冰固持夹具中，重复上述步骤b～步骤g，直至加工完金属蜂窝工件(7)的另一面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |