王飛，徐佶鑫

（中國空空導(dǎo)彈研究院，洛陽 471000）

0 引言

隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，非金屬材料在力學(xué)性能上越來越接近傳統(tǒng)的金屬材料，甚至在某些性能上優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料。同時，新型高分子材料不僅具備良好力學(xué)性能，還兼具質(zhì)量輕、耐熱性好、穩(wěn)定性強、耐腐蝕性強等特點，因此新型非金屬材料在航空航天、電子工程、通訊等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[1]。

相比于其他航空器，空空導(dǎo)彈工作環(huán)境惡劣、性能要求高，其內(nèi)部各種零部件必須具有強度高、質(zhì)量輕等優(yōu)良特性。聚酰亞胺不僅具有耐熱、耐低溫、耐輻射、阻燃和無毒的特性，而且具備優(yōu)異的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性等優(yōu)點[2]，因此在空空導(dǎo)彈中也得到了一定的應(yīng)用。

由于聚酰亞胺具有優(yōu)異的耐熱性能，且質(zhì)量輕、易于成型和適合低成本制造[3]，某型號空空導(dǎo)彈天線罩零件選用該材料進(jìn)行加工，在保證使用性能前提下能有效減輕產(chǎn)品質(zhì)量。

1 工藝方法設(shè)計及存在問題分析

1.1 零件特點分析及工藝方法制定

天線罩屬于典型的薄壁殼類結(jié)構(gòu)零件，常規(guī)薄壁殼類結(jié)構(gòu)零件在機械加工中的難點是易產(chǎn)生變形，定位和裝夾方式不當(dāng)導(dǎo)致廢品率高，甚至批次性故障[4]。本文首先從該零件的結(jié)構(gòu)特點入手，對該零件加工中可能遇到的問題進(jìn)行分析，初步制定該零件的加工工藝方法，并依據(jù)此方法進(jìn)行首批零件加工試制。

1.1.1 零件特點分析

某型號空空導(dǎo)彈天線罩零件設(shè)計圖和三維圖如圖1、圖2所示，該零件長48 mm、寬36 mm、厚2 mm，長度和寬度遠(yuǎn)大于零件的厚度，且最薄處按照尺寸鏈計算后僅為（0.85±0.15）mm。由于該零件凸臺處厚度較薄且面積較大，分析認(rèn)為該處在加工中最易產(chǎn)生變形。

圖1 天線罩零件圖

圖2 天線罩三維圖

同時，零件原材料為聚酰亞胺（PI）樹脂基復(fù)合材料，材料密度1.38～1.43 g/cm3、彎曲強度不小于170 MPa、拉伸強度不小于100 MPa、伸長率大于120%。相比于傳統(tǒng)金屬材料該材料在加工中表現(xiàn)出的特性為：材料較軟，韌性大且具有一定的脆性，受力后易產(chǎn)生較大變形，切削加工受力不均勻時邊緣處易崩裂，加工難度大。

該零件毛坯料厚度5 mm，加工時需大面積去除余量且去除量較大。本文考慮材料加工特性，為保證加工精度、減小加工中產(chǎn)生的變形，在加工中應(yīng)盡量減小刀具產(chǎn)生的切削力。因此，大面積去除余量時選擇正反兩面均勻去除余量，且加工每個面時盡量選擇高轉(zhuǎn)速、小進(jìn)給量多次進(jìn)給的方案，以減小加工過程中產(chǎn)生的切削力?；谝陨戏治?，本文初步制定了該零件的加工工藝方法，并使用該方法進(jìn)行首批零件的加工試制。

1.1.2 工藝方案制定

基于在1.1.1節(jié)中對該零件的結(jié)構(gòu)及材料特點分析，初步制定了加工工藝方法，如表1所示。

表1 天線罩加工工藝方法

該工藝方法中10工序和15工序為該零件的兩個主要過程，涵蓋了該零件所有加工特點，以下將對這兩個工序的主要加工內(nèi)容進(jìn)行具體闡述。

如圖3所示，為該零件10工序完成后的視圖。該工序加工時，用底面及兩側(cè)面定位，虎鉗夾緊38±0.3 mm兩面進(jìn)行固定。由于零件厚度方向需去除較多余量，去除量超過毛坯厚度的一半，一次去除過大余量易導(dǎo)致零件變形過大，因此厚度方向余量分10工序和15工序兩次去除，正反兩面均勻去余量。定位夾緊后首先用銑刀對工件上表面進(jìn)行多次銑削加工去除部分余量，然后再加工凹槽和四邊輪廓。

圖3 10工序加工結(jié)果

圖4 15工序加工結(jié)果

如圖4所示，為該零件15工序完成后的視圖。該工序利用10工序已加工完成的凹槽四邊進(jìn)行定位，由于上一工序已去除部分余量，本工序1工步使用壓板壓緊工件左右兩側(cè)后加工除壓板區(qū)域的其他區(qū)域。1工步加工完成后，更換壓板位置后加工1工步中壓板區(qū)域，最后加工4個沉孔。

15工序完成后交鉗工去毛刺，加工完成提交檢驗。

1.2 加工中存在的問題分析

工藝編制過程中已考慮到零件厚度較薄，且該方向去除余量大、易產(chǎn)生變形，因此在加工中多次進(jìn)給、減小每次的進(jìn)給量，同時提高機床主軸轉(zhuǎn)速、選擇小半徑鋒利刀具。零件首件試制完成后，各尺寸均滿足設(shè)計要求，因此首批零件均采用此工藝方法進(jìn)行加工。

2．在研究內(nèi)容上，中日都試圖從影響與被影響的關(guān)系中尋求思想源頭，從政治與文學(xué)的關(guān)系，即文學(xué)語言與民族國家的相互影響相互作用即共生關(guān)系著眼，這也是為了進(jìn)一步明晰文學(xué)的本質(zhì)。

圖5 零件變形示意圖

1.2.1 存在問題

隨著零件產(chǎn)量的增加，不合格產(chǎn)品逐漸增加，主要表現(xiàn)在加工完成后的零件存在明顯變形，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和使用。

圖6 10工序裝夾示意圖

由于實物照片難以看清，本文根據(jù)實際變形情況繪制零件變形示意圖，如圖5所示。零件變形主要集中在零件mm尺寸兩邊，零件兩短邊出現(xiàn)翹曲導(dǎo)致零件中間低兩邊高。經(jīng)測量，首批36件產(chǎn)品中共有22件不合格產(chǎn)品，其中3件在5工序中邊緣產(chǎn)生崩裂，未進(jìn)行后續(xù)加工，19件變形量過大，且平面度均超過0.1 mm，最大可達(dá)0.2 mm。

1.2.2 問題原因分析

首批產(chǎn)品不合格率超過60%，變形過大導(dǎo)致的不合格率接近53%，以下對產(chǎn)生問題的原因進(jìn)行分析。

加工過程中僅10工序和15工序的加工中涉及到變形的尺寸，因此重點對以上兩個工序的加工內(nèi)容進(jìn)行分析。為查找產(chǎn)生變形的原因，10工序結(jié)束后對零件進(jìn)行檢驗，記錄產(chǎn)品變形量后再進(jìn)行15工序的加工。檢驗發(fā)現(xiàn)，零件的變形主要產(chǎn)生于10工序的加工過程中，15工序完成后變形量增加較小，以下本文將對10工序進(jìn)行分析，以便找出零件產(chǎn)生變形的具體原因。

圖6所示為10工序零件裝夾示意圖。10工序加工過程中，采用毛坯件一個大平面和兩個相互垂直的側(cè)面進(jìn)行定位，用虎鉗夾緊（38±0.3）mm兩側(cè)面。由于毛坯上表面需要整體去除余量，因此虎鉗裝夾時僅夾緊兩側(cè)面靠下部分，側(cè)面厚度5 mm，裝夾高度為2 mm。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，虎鉗夾緊工件毛坯料時，夾緊力會導(dǎo)致材料上下表面均出現(xiàn)向上的翹曲，且夾緊力越大導(dǎo)致翹曲的程度越大。由于零件中間向上凸起，加工時工件中間部分去除余量大、靠近夾口處的部分去除余量小。待工件加工完成將零件取下后夾緊力消失，零件回復(fù)原狀即未加工的下表面恢復(fù)平面，已加工過的上表面由于去除余量不均勻，中間部分出現(xiàn)凹陷?；谝陨戏治?，本文將在下一節(jié)中對工藝方法進(jìn)行改進(jìn)，并對改進(jìn)后方法的效果進(jìn)行實驗驗證。

2 工藝方法改進(jìn)及實驗結(jié)果對比

2.1 夾緊方式改進(jìn)

圖7 改進(jìn)后10工序裝夾示意圖

聚酰亞胺（PI）樹脂基復(fù)合材料彈性模量為3～4 GPa，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)金屬材料，故夾緊力使零件產(chǎn)生的變形較傳統(tǒng)金屬材料大得多。夾緊力減小可能導(dǎo)致加工過程中零件竄動，影響產(chǎn)品精度甚至產(chǎn)生事故，故不能用減小夾緊力的方法來減小零件變形，因此本文考慮改變夾緊力的方向。

側(cè)面夾緊時，由于毛坯料較薄，且加工后厚度進(jìn)一步減小，零件在該方向上的抗壓能力較弱，易產(chǎn)生變形。本文考慮從毛坯上表面施加夾緊力，該方向表面積最大，且高度較低，抗壓能力最強，能有效減少工件夾緊力產(chǎn)生的變形。

2.2 改進(jìn)后工藝方法

改進(jìn)后的10工序裝夾示意圖如圖7所示。其中，圖7（a）為10工序改進(jìn)裝夾方式后1工步的裝夾方式，從上表面壓緊零件毛坯左右兩端后，加工除壓緊部分的上表面及前后兩側(cè)面，其次加工中間凹槽部分。如圖7（b）所示，為2工步的裝夾方式，當(dāng)1工步加工完成后機床暫停工作，更換壓板方向后加工零件左右兩側(cè)面。

改進(jìn)后的10工序較改進(jìn)前需要更換壓板方向，效率有所降低，但該方法可以有效減少零件因裝夾產(chǎn)生的變形，提高產(chǎn)品合格率。裝夾方式的改變并未影響到本工序加工完成后該零件的形狀，對下一工序的裝夾并未產(chǎn)生影響，不需改變下一工序的工裝。為驗證本文改進(jìn)后工藝方法的有效性，本文將對改進(jìn)后工藝方法的加工效果進(jìn)行實驗驗證。

2.3 實驗結(jié)果對比

為驗證改進(jìn)后工藝方法的有效性，本節(jié)使用改進(jìn)后的工藝方法再次進(jìn)行加工實驗。本次共加工40件天線罩，加工過程中各工序首件檢驗均合格，且未發(fā)現(xiàn)明顯變形，加工結(jié)束后將40件零件全部提交檢驗。

經(jīng)檢驗，本次加工的40件零件均未產(chǎn)生明顯變形，變形量均小于0.05，滿足設(shè)計要求，合格率達(dá)100%。改進(jìn)裝夾方法后10后序加工時間較改進(jìn)前有所增加，每件零件加工時間約增加1 min。

3 結(jié) 論

針對某型號天線罩零件在加工過程中易產(chǎn)生變形和崩裂、導(dǎo)致合格率較低的問題，本文對該零件材料及裝夾方式進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上對原有零件加工時的裝夾方式進(jìn)行改進(jìn)，解決了該零件在夾緊力較大時易產(chǎn)生變形的問題；同時通過減小加工時產(chǎn)生的切削力，減小零件受力不均勻的程度來防止零件邊緣產(chǎn)生崩裂。通過加工實驗，驗證了本文改進(jìn)工藝方法的有效性，合格率較改進(jìn)前提高約40%，但較改進(jìn)前每件零件加工時間增加約1 min，加工效率稍有降低。