高硅氧纖維/酚醛復合材料產品的銑削加工工藝研究

馮周舟 周思齊 王 樂

高硅氧纖維/酚醛復合材料產品的銑削加工工藝研究

馮周舟 周思齊 王 樂

（西安航天復合材料研究所,西安 710025）

針對高硅氧纖維/酚醛復合材料防熱方塊在傳統加工過程中出現的產品掉渣、崩塊等問題提出了一種新的工藝方法，通過設計合理的組合工裝，改善產品裝夾方式，避免了產品加工過程中出現明顯的應力集中，有效解決了產品表觀質量問題，有利于該類產品生產效率的提高。

高硅氧纖維/酚醛復合材料；裝夾方式；組合工裝

1 引言

高硅氧纖維/酚醛復合材料在導彈中起隔熱防熱作用，其制品具有重量輕、比強度高、耐瞬時高溫等優點，是理想的熱防護和耐燒蝕材料，常用于航天航空領域[1，2]。制品在加工的過程中可能導致材料出現掉渣、崩塊等現象，不僅影響了產品的表觀質量，在一定程度上還會影響材料的燒蝕防熱性能。

同時，隨著型號的批生產，為保證產品加工質量的一致性，提高生產效率，介紹了一種高硅氧纖維/酚醛復合材料組合銑加工技術。

2 加工難點

某批產型號的防熱方塊為高硅氧纖維/酚醛復合材料，其結構如圖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 防熱方塊結構圖

在研制初期，由于生產量小，銑削加工時，傳統的工藝方法是直接采用虎鉗裝夾產品，切削時，刀具直接切入產品，由于切削力的作用會造成產品崩塊、掉渣等缺陷[3]，如圖2所示。這些缺陷導致產品表觀質量較差，影響產品使用性能，嚴重的會造成產品報廢。具體加工難點在于裝夾困難。高硅氧纖維/酚醛為非均質的復合材料，因整體結合力弱，在受到切削力時發生局部脫落導致掉渣。同時此產品不僅要車加工，還需要銑削加工，產品的輪廓及表面尺寸均難滿足設計要求。

圖2 高硅氧纖維/酚醛復合材料掉渣、崩塊

3 新銑削技術介紹

針對上述加工難點，設計出一種新型的組合銑削加工工裝。此工裝不直接裝夾產品，防止材料崩塊或掉渣，有效提高了生產效率。

3.1 工裝結構

產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進行表面銑削，如圖3所示。組合工裝1由三部分組成：1號零件是支撐板，2號零件是上段壓板，3號是芯軸組件，由芯軸，T型塊和螺母組成，如圖4所示。T型塊起到了連接機床的作用，芯軸起到了連接其他工裝的作用，同時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號零件是內型襯，2號零件是外夾緊環，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—內型襯 2—外夾緊環

3.2 組合工裝1設計要點

支撐板通過設計兩側輔助支板，利用壓板固定于機床上，同時上表面內型襯的設計對工件起到支撐作用。上段壓板的四個缺口設計有效避開了產品的四個臺階孔位置，防止發生干涉。芯軸通過兩端螺紋的設計，連接T型塊和螺母，分別連接于機床和起到壓緊工件的作用。此防熱方塊首先加工臺階孔，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設計要點

組合工裝2內型襯結構主要是支撐高硅氧纖維/酚醛復合材料防熱方塊的內型。外夾緊環由兩個半環組成，便于拆卸工件；同時通過一圈凹槽設計，在銑削加工時，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對工件表面銑削加工，且在批量生產時可以快速裝卸工件，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對某批產放熱方塊進行銑削加工，有效提高了產品質量，很好地控制了產品的形位公差和粗糙度。產品無掉渣、崩塊等缺陷，滿足設計要求，加工效果見圖8。

5 結束語

該組合工裝適用于高硅氧纖維/酚醛防熱方塊的銑削加工。通過外夾緊環作為輔助材料，避免了刀具直接切入工件導致的邊緣掉渣、崩塊等問題。通過兩種組合工裝的結合使用，大大提高了生產效率及產品質量的一致性，保證了批產型號的順利交付，達到預期效果。針對相似結構的產品，該工藝技術具有一定的推廣意義。

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

2 李錦文，齊風杰，魏化震，等. 特種酚醛樹脂基燒蝕復合材料的研究[J]. 工程塑料應用，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生原因及控制措施[J]. 內蒙古科技與經濟，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，機械加工專業；研究方向：固體發動機機械加工。

2021-02-21