磁流变液蒙皮柔性托架设计

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1、磁流变液蒙皮柔性托架设计FlexibleBracketDesignBasedonMagnetorheologicaIFluid西北工业大学甘忠吕源蒲理华成都飞机工业(集团)有限责任公司袁胜甘忠西北工业大学机电学院副教授．任职于现代设计与集成制造技术教育部重点实验室。从事航空宇航制造工程学科领域研究，主要研究方向为钣金精密成形工艺、计算机辅助塑性成形、工装模具cAD／cAE／cAM和先进复合材料成形工艺技术等。柔性夹具是指用同一夹具系统，完成形状尺寸不同的多种工件装夹的装备。无论是对尺寸、形状相似，还是加丁零件的尺寸、形

2、状完全不同的T件，柔性夹具都具有能正确、可靠、快速地定位装夹功能⋯。飞机蒙皮是包围在色机骨架外的薄肇零件，使用粘接剂或铆钉固定在飞机骨架82航窑制造技术·2010年第“期利用磁流变效应设计了一种柔性检测托架，该柔性托架系统可以用于飞机蒙皮类零件的数字化检测。它的最大优点是利用磁流变液在零磁场下所具有的的良好流动性可以模拟任意复杂曲面外形的零件，并且简单、方便、快捷地解决了飞机蒙皮零件在检测中易变形的问题，这是机械夹紧装置无法实现的，为实现飞机制造的数字化控制打下了基础。具有实际应用价值。上，主要功用是形成和维持飞机的气

3、动外形，承受局部气动载荷。机翼、机身蒙皮通常是具有自由曲面外形的薄壁壳体，外形尺寸大，刚度低。其传统检验方法是制造专用的检验型架，在检验型架上安装蒙皮后，使用塞尺测量检验架中的样板和蒙皮之间的间隙；或者将蒙皮放在模胎上，用轻敲法检查两者之间的贴合情况，不仅费时费力，而且检验效果还和操作人员的经验有相当大的关系，不容易控制其精度。近年来，激光检测为数字化测量提供了一种快速有效的高精度方法。但是根据力学原理，由于受到重力作用，零件局部无法满足力学平衡，需要通过零件变形产生的内力来维持平衡，因此进行激光检测时首先要实现簿壁零

4、件的自由状态，而要实现其自由状态，在托架的设计上必须避免采用以具有定位及夹紧机构为显著特征的机械夹紧装置。一条可行的解决途径是利用相变物质在一定条件下能够发生同液两相转变的物理特性，在液态条件下安装零件，然后改变相变物质所处的物理环境，实现零件在固态条件下的形状保持和支撑。相变材料多种多样，其中发展最快、应用最广泛的当属性能优异的磁流变液材料。磁流变液(MagnetorheologicalFluid，MRF)是一种具有良好发展前景和工程应用价值的新型智能材料。这种材料在外加磁场作用下，会产生明显的磁流变效应：在固体与液

5、态之间进行毫秒级快速可逆转化，其黏度保持连续无极变化，可实现实时主D．glta]Assemb忙。㈣。gyfomfgeC。。m。恻帅。R大飞机数字化装配技术动控制，耗能极小嘲。因其独特的性质，磁流变液成为设计柔性夹具的理想材料，本课题正是利用磁流变液设计了一种专门针对飞机蒙皮进行激光检测的柔性托架系统。柔性托架的工作原理及特点基于磁流变液相变技术的柔性托架的核心原理是磁流变效应，它是通过控制磁场的变化来实现的。本结构采用一组永磁吸盘为磁流变液提供磁场，因此储存磁流变液材料的托架箱体需使用导磁材料制作，且箱体底部应尽量薄，

6、以免影响磁场对磁流变液的作用。零件是放置在一层极薄且具有良好柔韧性的橡胶膜上完成激光测量工作的。柔性托架的工作原理如图1所示。图1基于磁流变液的柔性托架工作原理在测量零件前，柔性托架内磁场为零，磁流变液表现出类似Newton流体行为，将零件放置在橡胶薄膜上，由于液体的流动性，磁流变液将迅速完全贴合零件表面。从力学方面来看，磁流变液会克服薄壁零件的重力作用，零件各处不冉依靠局部变形产生的内力来维持力学平衡，因此，薄壁零件处于自由状态。待被检测零件稳定后，打开永磁吸盘开关，磁流变液迅速固化，此时磁流变液表现出Bingham

7、类同体特性，零件被稳定夹紧，夹紧力作用面积大并且均匀。该柔性托架可以夹持厚度为0．5～4mm，高度不超过45ram，长宽尺寸最大为600mm的各种曲率的飞机蒙皮类零件(在保证零件外形尺寸不超过托架箱体尺寸的情况下，零件的曲率大小不受限制)，并且可以获得较为准确、可靠的零件数据。该柔性托架具有以下显著优点：(1)测量准备时间短，提高生产效率；(2)使用范围广，可以在车间内使用；(3)柔性托架成本低；(4)无需辅助设备；(5)可重复使用；(6)方便清洁，无污染。结构组成柔性托架主要由支撑平台、永磁吸盘、托架箱体和磁流变液4

8、部分组成。系统组成如图2所示。1支撑平台支撑平台主要由车体和固定系统组成，可为激光检测提供一个可移动平台。支撑平台采用不锈钢材料制作，可以提高柔性托架的刚度、防止油液腐蚀，此外激光检测对工作平台平面度要求十分严格。平台四脚滑轮保证整体托架可自由移动。平台四角各布置一个可升降的支脚，旋紧后，可保证平台的整体稳定。2永磁吸盘永磁吸盘是