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     1.課題來源與背景 由于蜂窩材料獨特的力學與幾何特性，成為二十世紀末期以來最受航空、航天等領域青睞和關注的輕質夾層材料，飛機上的絕大多數操縱舵面（活動翼面）都由金屬蒙皮和蜂窩芯復合構成，火箭筒體也多數采用蜂窩夾層材料。因此，蜂窩零件的加工成型技術和應用水平間接反映了一個國家航空、航天產品的可操控特性和品質。正是由于蜂窩材料的獨特幾何力學特性和應用價值，加之加工成型過程十分困難，是困惑航空、航天制造領域的重要難題之一。 雙面粘結帶法、真空吸附法和聚乙二醇法是目前能夠湊合著解決蜂窩材料高速銑削加工固持的方法。但這些方法存在的問題是： （1）固持力小，可靠性差，容易造成過切； （2）尼龍搭扣的絨毛層在受到切削力的作用時極易產生變形，導致局部加工振動，影響加工質量； （3）輔助后處理工序十分繁瑣，清除粘接劑時采用了丙酮類致癌物質，工作環境惡劣。 本項目在國家自然基金和某飛機公司經費的支持下，開展了蜂窩固持與高效加工新技術研究。 2.研究目的與意義 為了解決蜂窩芯零件高速銑削過程中固持可靠性差、固持成本高及環境污染等問題，提出了一種基于磁場和摩擦學原理的蜂窩材料固持方法。這種新型的固持方法創造性地利用磁化與摩擦這一純物理作用原理，以高純度鐵粉作為磁場和力的傳遞介質，借助于巧妙的工裝設計，解決了蜂窩材料的可靠加工固持問題，實現了蜂窩零件的高精度、高效率、無污染、低成本加工。 3.主要論點與依據 磁場和摩擦固持原理是利用外加磁場，對灌入蜂窩芯材料孔格中細小的鐵粉顆粒產生磁化作用，使得鐵粉顆粒在自重和相互之間磁場吸引力的共同作用下對蜂窩孔格的側壁以及固持平臺產生擠壓力作用。當蜂窩芯材料在加工過程中有相對運動趨勢時，在鐵粉與蜂窩側壁之間以及鐵粉與工作平臺之間會產生摩擦力的作用，這種摩擦力將阻礙蜂窩材料的運動。當兩種摩擦力的合力作用可以平衡蜂窩材料所受到的銑削力時，蜂窩材料就可以保持穩定、可靠的固定狀態，從而達到對蜂窩材料固持的目的。 4.創見與創新 （1）系統研究施加外部磁場條件下“鐵粉顆粒、蜂窩材料、工裝型面之間的摩擦固持機理”，包括：通過蜂窩孔格中的純鐵粉顆粒有規律地引出磁場和實現工裝內磁場自閉合的原理及控制方法，工裝臺面上經過磁化和夯實的蜂窩孔格中“鐵粉柱”與蜂窩側壁以及蜂窩和“鐵粉柱”與機床平臺表面產生的摩擦力模型； （2）面向工程應用，研究平面或型面工裝內永久強磁場的磁路結構及封裝方法，基于分布式彈簧預壓緊的鐵粉顆粒均勻填充方法，鐵粉顆粒分離、回收及再利用的新技術。 基于以上研究，獲得了如下研究成果： （1）建立了一套基于純鐵粉磁化產生摩擦力而實現蜂窩固持的新理論； （2）成功研制了一整套用于飛機活動翼面蜂窩芯加工固持的工藝裝備系統，包括： a）通用固持平臺； b）模塊式曲面固持平臺； c）預壓緊及自動填充鐵粉裝置； d）鐵粉回收裝置； e）集成控制系統。 （3）獲國家發明專利6項，在國內外著名雜志上發表論文10余篇； （4）在多個國家重點型號上取得成功應用。 5.社會經濟效益 與國內外的傳統固持方法相比，本項發明成果所采用的方法工藝過程簡單、固持可靠、綠色環保，加工精度提高一個數量級，大幅度提高了蜂窩零件加工固持的可靠性和質量穩定性，解決了我國多個重點型號研制中復雜蜂窩零件加工的“卡脖子”問題，為殲-10、JH-7、L-15和殲-20等型號工程做出了重要貢獻。蜂窩零件加工精度從±0.35mm提高到±0.08mm的國際領先水平，零件加工效率提高3倍以上，零件加工報廢率則降為零（人為因素除外）。成功實現了厚度僅為1.0mm的雙曲度蜂窩零件的加工，這對于傳統的固持方法而言，不可想象也絕對做不到。特別地，采用本項發明技術，突破了新一代難加工高能吸波合金蜂窩材料的加工難題，為保障我國下一代空天飛機的復合材料成型制造質量提供了重要戰略儲備和技術支撐。 經濟效益方面，以一架次J-10飛機為例，在每一架飛機蜂窩零件加工固持上所消耗的粘結帶費用為3.75萬元，采用本項發明技術加工同樣的蜂窩零件，每一架飛機所需的純鐵粉顆粒材料費用為200元左右，按每年生產30架飛機計算，不計由于雙面粘結帶法固持不可靠造成的加工報廢等損失，在粘結材料消耗費用一項上，由原來112.5萬元降為0.6萬元，顯著降低了加工成本。