高硅氧纖維/酚醛復(fù)合材料產(chǎn)品的銑削加工工藝研究

馮周舟 周思齊 王 樂

高硅氧纖維/酚醛復(fù)合材料產(chǎn)品的銑削加工工藝研究

馮周舟 周思齊 王 樂

（西安航天復(fù)合材料研究所,西安 710025）

針對(duì)高硅氧纖維/酚醛復(fù)合材料防熱方塊在傳統(tǒng)加工過程中出現(xiàn)的產(chǎn)品掉渣、崩塊等問題提出了一種新的工藝方法，通過設(shè)計(jì)合理的組合工裝，改善產(chǎn)品裝夾方式，避免了產(chǎn)品加工過程中出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中，有效解決了產(chǎn)品表觀質(zhì)量問題，有利于該類產(chǎn)品生產(chǎn)效率的提高。

高硅氧纖維/酚醛復(fù)合材料；裝夾方式；組合工裝

1 引言

高硅氧纖維/酚醛復(fù)合材料在導(dǎo)彈中起隔熱防熱作用，其制品具有重量輕、比強(qiáng)度高、耐瞬時(shí)高溫等優(yōu)點(diǎn)，是理想的熱防護(hù)和耐燒蝕材料，常用于航天航空領(lǐng)域[1，2]。制品在加工的過程中可能導(dǎo)致材料出現(xiàn)掉渣、崩塊等現(xiàn)象，不僅影響了產(chǎn)品的表觀質(zhì)量，在一定程度上還會(huì)影響材料的燒蝕防熱性能。

同時(shí)，隨著型號(hào)的批生產(chǎn)，為保證產(chǎn)品加工質(zhì)量的一致性，提高生產(chǎn)效率，介紹了一種高硅氧纖維/酚醛復(fù)合材料組合銑加工技術(shù)。

2 加工難點(diǎn)

某批產(chǎn)型號(hào)的防熱方塊為高硅氧纖維/酚醛復(fù)合材料，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在該防熱方塊加工過程中，首先車削加工，隨后采用銑削加工。

圖1 防熱方塊結(jié)構(gòu)圖

在研制初期，由于生產(chǎn)量小，銑削加工時(shí)，傳統(tǒng)的工藝方法是直接采用虎鉗裝夾產(chǎn)品，切削時(shí)，刀具直接切入產(chǎn)品，由于切削力的作用會(huì)造成產(chǎn)品崩塊、掉渣等缺陷[3]，如圖2所示。這些缺陷導(dǎo)致產(chǎn)品表觀質(zhì)量較差，影響產(chǎn)品使用性能，嚴(yán)重的會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢。具體加工難點(diǎn)在于裝夾困難。高硅氧纖維/酚醛為非均質(zhì)的復(fù)合材料，因整體結(jié)合力弱，在受到切削力時(shí)發(fā)生局部脫落導(dǎo)致掉渣。同時(shí)此產(chǎn)品不僅要車加工，還需要銑削加工，產(chǎn)品的輪廓及表面尺寸均難滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 高硅氧纖維/酚醛復(fù)合材料掉渣、崩塊

3 新銑削技術(shù)介紹

針對(duì)上述加工難點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種新型的組合銑削加工工裝。此工裝不直接裝夾產(chǎn)品，防止材料崩塊或掉渣，有效提高了生產(chǎn)效率。

3.1 工裝結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品的銑削加工分兩次加工完成，首先是使用組合工裝1加工孔和外輪廓，接下來是使用組合工裝2進(jìn)行表面銑削，如圖3所示。組合工裝1由三部分組成：1號(hào)零件是支撐板，2號(hào)零件是上段壓板，3號(hào)是芯軸組件，由芯軸，T型塊和螺母組成，如圖4所示。T型塊起到了連接機(jī)床的作用，芯軸起到了連接其他工裝的作用，同時(shí)芯軸上端與螺母通過螺紋連接，起到緊固作用。組合工裝2由兩部分組成：1號(hào)零件是內(nèi)型襯，2號(hào)零件是外夾緊環(huán)，如圖5所示。

圖3 組合工裝

1—支撐板 2—上段壓板 3—芯軸組件

1—內(nèi)型襯 2—外夾緊環(huán)

3.2 組合工裝1設(shè)計(jì)要點(diǎn)

支撐板通過設(shè)計(jì)兩側(cè)輔助支板，利用壓板固定于機(jī)床上，同時(shí)上表面內(nèi)型襯的設(shè)計(jì)對(duì)工件起到支撐作用。上段壓板的四個(gè)缺口設(shè)計(jì)有效避開了產(chǎn)品的四個(gè)臺(tái)階孔位置，防止發(fā)生干涉。芯軸通過兩端螺紋的設(shè)計(jì)，連接T型塊和螺母，分別連接于機(jī)床和起到壓緊工件的作用。此防熱方塊首先加工臺(tái)階孔，然后銑削加工外輪廓，加工過程如圖6所示。

圖6 組合工裝1加工示意圖

3.3 組合工裝2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

組合工裝2內(nèi)型襯結(jié)構(gòu)主要是支撐高硅氧纖維/酚醛復(fù)合材料防熱方塊的內(nèi)型。外夾緊環(huán)由兩個(gè)半環(huán)組成，便于拆卸工件；同時(shí)通過一圈凹槽設(shè)計(jì)，在銑削加工時(shí)，銑刀從凹槽處切入，避免了材料邊緣處的掉渣、崩塊。組合工裝2選用的材料必須是非金屬材料，且硬度要略高于高硅氧纖維/酚醛。使用組合工裝2對(duì)工件表面銑削加工，且在批量生產(chǎn)時(shí)可以快速裝卸工件，加工過程如圖7所示。

圖7 組合工裝2加工示意圖

4 加工效果

圖8 防熱方塊加工效果圖

采用組合工裝1、2對(duì)某批產(chǎn)放熱方塊進(jìn)行銑削加工，有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量，很好地控制了產(chǎn)品的形位公差和粗糙度。產(chǎn)品無掉渣、崩塊等缺陷，滿足設(shè)計(jì)要求，加工效果見圖8。

5 結(jié)束語

該組合工裝適用于高硅氧纖維/酚醛防熱方塊的銑削加工。通過外夾緊環(huán)作為輔助材料，避免了刀具直接切入工件導(dǎo)致的邊緣掉渣、崩塊等問題。通過兩種組合工裝的結(jié)合使用，大大提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，保證了批產(chǎn)型號(hào)的順利交付，達(dá)到預(yù)期效果。針對(duì)相似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，該工藝技術(shù)具有一定的推廣意義。

1 林平，高守臻，遲淑梅，等. 金屬雜質(zhì)對(duì)高硅氧纖維/酚醛復(fù)合材料燒蝕性能質(zhì)量影響[J]. 化工新型材料，2013，41(9)：191～194

2 李錦文，齊風(fēng)杰，魏化震，等. 特種酚醛樹脂基燒蝕復(fù)合材料的研究[J]. 工程塑料應(yīng)用，2007，35(8)：21～24

3 原東霞，孫曉霞. 高硅氧纖維/酚醛模壓制品裂紋的產(chǎn)生原因及控制措施[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2012，265(15)：87～88

Research on Milling Process of High-Silica Glass Fabric/Phenolic Materials Products

Feng Zhouzhou Zhou Siqi Wang Le

(Xi’an Aerospace Composites Research Institute, Xi’an 710025)

In order to solve the problems such as drop piece and dregs of high-silica glass fabric/phenolic materials exothermic blocks during the traditional processing, this paper introduces a kind of new process method. By designing reasonable modular tooling and improving product clamping way, it avoided the obvious stress concentration during the processing and effectively solved the apparent quality problems. It is beneficial to improve the production efficiency of this kind of products.

high-silica glass fabric/phenolic materials；clamping way；modular tooling

V461

A

馮周舟（1990），工程師，機(jī)械加工專業(yè)；研究方向：固體發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械加工。

2021-02-21