摘要：多层金属在粘接的过程中，需要着重对粘接方式进行设计与加工。本文主要借助了有限元分析软件，对多层金属粘接过程中的胶层应力状况进行了分析。首先，对多层金属粘接壳体的设计方案进行了介绍，提出了设计难点、结构设计方案与仿真计算分析等内容；其次，在此基础上，进一步分析了多层金属粘接壳体加工的工艺、过程与效果，希望能为该领域关注者提供有益参考。
关键词：多层金属；粘接壳体；设计加工；有限元分析
一、多层金属粘接壳体设计
（一）设计难点
国内航空航天领域、物理实验与武器研发等生产项目当中，都离不开粘接技术的应用。该项科学技术在现代化生产过程中，因其独特的应用效果与简单的操作模式，能够提高不同类型金属材料与非金属材料的粘接。在进行设计的过程中，要对设计环节需要考虑的事项进行综合分析，同时还要对后续的加工环节中，可能存在的问题进行预测和判断。在进行设计中，常见的难点问题有：（1）组件止口底部的平面度需要被控制在0.02mm之内。同时，各个金属壳体之间的位置，需要被控制在0.05mm之内。此种情况下，才能够确保金属壳体的内轴与外轴同轴，且数值在0.06mm以内；（2）内镶壳与内钢壳均为薄壁壳体，结构刚性较差。所以，在进行操作的过程中，如果搭配锡合金，可能会导致壳体的结构刚性进一步降低。此时，要确保粘剂的使用能够提升壳体整体的稳固性；（3）粘接过程中，壳体可能会出现不同心问题，此时也会使粘接工作的难度进一步加大[1]。
（二）结构设计
有限元分析软件，对多层金属粘接过程中的胶层应力状况进行分析之后，能够得出多层金属粘接壳体主要由内钢壳、外钢壳和内镶壳以及两层厚度为0.2mm的厚胶层进行粘接。在进行结构设计中，需要对45#钢材料与胶粘剂、锡合金等材料进行分析。通常情况下，胶粘剂为牌号为E51的双组分环氧树脂胶。组件的花边法兰处分布了12处型号为M8的螺栓，每一处螺栓的拧紧力矩为25N•m。在进行设计过程中，可以了解到环氧树脂胶粘剂的粘接强度较高，普通剪切的强度在（20±5）MPa范围内。因为锡合金具有较高的柔韧度，粘附力相比于其他金属更弱，所以在直接粘接时，难度较大。此种情况下，可能会导致断面出现严重的脱胶或者断裂等维问题。所以，在设计环节，就需要考虑到钢材料和锡合金在粘接方面的结构测试，确保环氧树脂胶粘合剂的使用符合设计要求。
（三）仿真计算分析
经过仿真计算设计之后，在内镶壳和外钢壳之间的胶层应力最大为5.7MPa。在其他条件不变的情况下，花边法兰边端面的位置上，出现的应力集中问题明显。为了确保后续操作更加稳定需要将各个环节的应力进行调整。比如，将内镶壳和内钢壳之间胶层的应力状况进行调整，使其稳定在1MPa之间。如果粘接使用的E51环氧树脂胶粘剂的强度与仿真计算分析得出的应力值十分接近，或者低于该数值，需要考虑到内镶壳与外钢壳之间可能出现的脱落或者断裂等问题。
二、多层金属粘接壳体加工
在完成了多层金属粘接壳体的设计工作之后，需要根据实际的操作需求，对多层金属粘接壳体进行加工，加工环节的主要内容如下。
（一）加工工艺措施
在对多层金属粘接壳体进行加工的过程中，需要重点关注到加工工艺措施的应用。如何在现代化社会建设与发展进程中，更好地将该项技术与环氧树脂胶粘剂进行融合，提高多层金属粘接壳体设计和加工的效率显得十分重要比如，考虑到加固材料的切削性能，需要对选择壁厚为5mm的铝金属球壳进行加工。此外，根据设计的要求，在对多层金属粘接壳体加工中，还要对装夹的方式和装置进行调整。比如，应用真空负压吸紧装置，可以对吸紧力的大小进行调整和控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此种方式可以充分地避免，因为装夹力过大，而是金属组件出现变形或者断裂等问题[2]。加工工艺的基准需要与设计环节的基准保持高度一致。在此次多层金属粘接壳体的加工中，要将止口与底部的平面，作为工艺基准，确保形位公差精度的要求能够得到满足。在设计环节中，大部分的定位基准，都是作用于即粘接的定位。在加工环节的粘接操作中，需要采取多种不同的措施对位置进行精准化控制，防止胶层中出现空胶或者气泡等缺陷问题。在对工艺路线进行设定时，主要采取了“粘接-加工”的接续方式。此种方式可以在完成一层粘接之后，就进行相应层的加工。在对内镶壳、内钢壳进行粘接时，可以充分确保内型面的精加工处理。
（二）加工过程
在进行多层金属粘接壳体加工过程中，需要应用能够进行多层粘接的工具类型，以此确保三层以及多层的粘接壳体形位公差要求。在进行吸具应用中，要在吸具上设置三处不同的定位基准：即外止口面、定位平面与同轴度。在外钢壳与内钢壳的内止口位置上，使用小间隙配合，可以确保配合间隙始终维持在0.02mm之内，设置多处溢胶槽[3]。具体粘接加工过程如下：
使用丙酮清洗内钢壳外形面与内镶壳内型面，在清理完带粘接面之后，还要采用同样的方式，对定位面进行清理。在完成了全部的清理工作之后，再进行试装配操作。在此环节中，工作人员可以通过手工打磨待粘接面的方式，提高粗糙度，增强粘接过程中的强度与粘接率。根据待粘接面的实际尺寸，对胶液的重量进行制备。制备出标准重量的120%，将多出的部分作为胶液损耗的预备重量。在进行粘接时，为了确保空气可以有效地排出，可以采用扇形花瓣状的涂抹方式，将胶液涂抹在待粘接面上。当完成两面的粘接之后，轻轻回转壳体，确保粘接均匀。最后，应用压环或者其他重物，将粘接壳体进行固定，24小时之后拆除压环与吸具。
固化完成之后，在车床上对止口面存在因为应力出现的脱胶断裂问题进行处理。采用补胶的方法，能够对胶层之间的间隙进行填补。此种方式可以有效地防止切削液深入到胶层的内部。最后，对内钢壳内型面、止口面进行精车，完成多层金属粘接壳体加工操作。
（三）效果分析
在对多层金属粘接壳体进行加工的过程中，根据实际的情况，将多层金属粘接壳体设计方案，充分且合理地应用，可以提升加工过程的整体性与有效性。在完成操作之后，加工车间的质检人员，对多层金属粘接壳体的加工成品进行了测量与检查。测量结果显示，形位公差平面度为0.013mm、位置度的最大值为SR0.035mm、同轴度最大值为ф0.04mm，各项参数均满足设计要求。装备后的拆卸工作，使用了厚度为0.02mm的塞尺，对多层金属粘接壳体的端面胶层进行检测。检测结果显示，并没有出现任何形式的脱胶、空胶等间隙问题。此次多层金属粘接壳体的设计加工工作，从设计环节开始，就充分地重视了粘接的操作要求。通过对粘接方案进行优化设计，提升了多层金属粘接壳体的可行性。同时，在操作环节中，工作人员也能根据实际情况组织开展多层金属粘接壳体工作，确保各个环节的结果都达到相关标准。
总结
综上所述，根据本文的研究能够了解到，在多层金属粘接壳体设计与加工工作中，相关领域的技术人员，需要充分地考虑到，不同种类金属材料与非金属材料的特性，提升环氧树脂胶粘剂应用的有效性。在多层金属粘接壳体设计阶段，就要充分地分析出，可能存在的设计难点与问题。在加工阶段，同样要对加工工艺的应用进行优化，对加工环节进行全过程管理，确保多层金属粘接壳体有效可靠。
参考文献
[1]李晓希.多层异种金属粘接结构内部缺陷热成像无损检测研究[D].电子科技大学,2018.
[2]江晖,徐东鸣,宋志坤.多层金属粘接壳体设计与加工研究[J].制造技术与机床,2016(06):127-129+134.
[3]余春华,齐杏林,任亮亮.金属-橡胶多层粘接结构超声检测信号处理方法[J].信息技术,2011,35(08):169-172.
论文作者:卜明明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：粘接论文; 壳体论文; 多层论文; 金属论文; 加工论文; 过程中论文; 环节论文; 《电力设备》2018年第24期论文;