[发明专利]一种薄壁平板磁流变液柔性支撑方法

摘要

本发明一种薄壁平板磁流变液柔性支撑方法属于薄壁件装夹技术领域，涉及一种薄壁平板磁流变液柔性支撑方法。该方法首先将薄壁平板装夹至阵列式可控励磁夹具上，并对薄壁平板可靠密封；然后，通过抽真空，构建薄壁平板与夹具体间真空负压环境，在设定外压下，实施磁流变液自动灌注；最后，通过多路开关控制位置编码的阵列式励磁单元，磁流变液励磁相变，完成励磁区域固化支撑。该方法中磁流变液励磁工作于挤压模式，弹性模量更高，保证了支撑刚性；磁场控制模块由阵列式励磁单元组成，通过对励磁单元位置编码，可实现单元、分区、整体等多模式励磁要求；可实现薄壁平板的柔性装夹。

主权项

1.一种薄壁平板磁流变液柔性支撑方法，其特征是，支撑方法中，首先将薄壁平板装夹至阵列式可控励磁夹具上，并对薄壁平板密封；然后，通过抽真空，构建薄壁平板与夹具体间真空负压环境，在设定外压下，实施磁流变液自动灌注；最后，通过多路开关控制位置编码的阵列式励磁单元，磁流变液励磁相变，完成励磁区域固化支撑；方法的具体步骤如下：第一步设计并组装阵列式可控励磁夹具阵列式可控励磁夹具由夹具体(1)、励磁单元阵列(2)、密封圈(4)、压边(5)、螺钉(6)组成；所述夹具体(1)上加工有夹具凸台(1h)、梯形截面环槽(1g)、夹具支撑面(1c)、肋板顶面(1d)，在肋板顶面(1d)向下加工有若干个均布的方槽(1a)，在每个方槽(1a)的底面向下加工有导线出口孔(1b)，在夹具体(1)右侧面加工有通道(1f)；励磁单元阵列(2)由若干个均布的励磁单元(2i,j)组成,其中，i＝1...m,j＝1...m；励磁单元阵列(2)的励磁单元个数与夹具体(1)上加工出的若干个均布的方槽(1a)的个数相同；每个励磁单元分别嵌入夹具体(1)的各个方槽(1a)中；每个励磁单元的导线(2i)分别穿过夹具体(1)底部的各个导线出口孔(1b)与多路开关(14)外接；励磁单元阵列顶面与夹具支撑面(1c)平齐，方槽间肋板顶面(1d)低于励磁单元阵列(2)顶面，使得相邻励磁单元间形成矩形截面凹槽(1e)；矩形截面凹槽(1e)与通道(1f)连通；第二步 薄壁平板安装与密封薄壁平板(3)的定位面(3j)与夹具支撑面(1c)贴合；密封圈(4)楔形段压入梯形截面环槽(1g)内；压边(5)压住密封圈(4)；通过螺钉(6)将压边(5)和密封圈(4)固定，使得密封圈(4)方形段与薄壁平板(3)的被加工面(3k)紧密贴合；同时密封圈(4)楔形段被梯形截面环槽(1g)横向压缩，实现可靠密封；第三步 安装磁流变液真空负压自动灌注系统夹具体(1)上的通道(1f)通过密封管螺纹副连接夹具体三通阀(7)，夹具体三通阀(7)分别接真空泵(8)与三通阀(9)，三通阀(9)另两个口分别接双向液压泵(10)与溢流阀(11)，双向液压泵(10)接储液箱(12)，溢流阀(11)接储液箱(12)，溢流方向为三通阀(9)流向储液箱(12)；储液箱(12)内装满磁流变液(13)；真空泵(8)的启停开关与传感器接PLC(15)，双向液压泵(10)的启停开关与传感器接PLC(15)，PLC(15)接上位机(16)；第四步 启动自动灌注程序上位机(16)控制PLC(15)令真空泵(8)工作，清除薄壁平板(3)与夹具体(1)间的空气，获得真空负压环境；真空泵(8)自带负压传感器实时反馈压力信号P0至上位机(16)，P0达设定的真空阈值，上位机(16)控制PLC(15)令真空泵(8)停止，同时令双向液压泵(10)工作；磁流变液(13)经通道(1f)充填定位面(3j)与夹具支撑面(1c)间的缝隙，实现缝距归零；双向液压泵(10)自带压力传感器实时反馈压力信号P1至上位机(16)，当P1使定位面(3j)所受液压为一个大气压，与外部大气压平衡时，上位机(16)控制PLC(15)令双向液压泵(10)停止，真空负压自动灌注过程结束；第五步 磁流变液励磁固化支撑首先进行励磁单元阵列(2)中各励磁单元的坐标位置编码，以夹具支撑面(1c)的内角点为原点o，相邻两边为x轴、y轴，建立坐标系O‑xyz，且夹具支撑面(1c)处于xy平面坐标系的三象限；励磁单元分别向x轴、y轴投影，投影沿x轴正向所排次序为该单元位置编码的横坐标，投影沿y轴正向所排次序为该单元位置编码的纵坐标，任一励磁单元(2i,j)的位置都由(i,j)编码表示，i为x轴上第i个位置编码，j为y轴上第j个位置编码；按照控制要求，多路开关(14)对指定相应任一励磁单元(2i,j)通电，产生垂直于励磁单元阵列(2)顶面的局部法向磁场；所需磁场强度H按下式计算：式中，F_N为切削力，τ₁为真实剪切屈服应力，R为铣刀半径，h为磁流变液厚度，η为粘性系数，为挤压速度，C为与磁流变液载液介质相关的系数，Φ为磁性颗粒体积分数，H为磁场强度；磁流变液励磁相变，完成励磁区域固化支撑；由于任一励磁单元(2i,j)正上方磁流变液受局部法向磁场作用固化增强，受轴向铣削力作用工作于挤压模式，抵抗加工载荷，抑制加工变形。