謝飛舟

（航空工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團)有限責任公司，四川成都610092)

飛機蒙皮是現(xiàn)代軍民機重要的結構零件，成型飛機蒙皮的鈑金工裝是重要的工裝，該類工裝的結構為基座和型面。目前，各大主機廠飛機蒙皮工裝的型面均采用可切削塑料制成［1-2］?？汕邢魉芰鲜且环N工程塑料，本質上為聚氨酯高分子材料，由液態(tài)G48、液態(tài)G55 和氫氧化鋁填料按一定的比例和順序澆注固化而成。由于其做型面可以使得成型的蒙皮表面質量優(yōu)良而被各大主機廠廣泛使用。該類工裝的制造流程大致為采用鑄鋁制備基座，而后其型面由可切削塑料澆注而成，隨后進行數(shù)控加工獲得符合尺寸要求的型面。在對型面數(shù)控加工時，產生了大量的難以回收的有毒有害的雪花狀的可切削塑料廢屑，所以開展廢屑回收利用工藝研究具有很大的現(xiàn)實意義。

目前國內有很多非金屬合成材料回收利用研究［3-5］。聚氨酯的回收分為化學法和物理法。結合生產實際情況，我們重點討論物理法。物理法即處理過程中聚氨酯不發(fā)生化學反應的方法。聚氨酯廢屑主要成分為玻璃纖維、熱固性聚氨酯和各種添加劑，可以作為填料生產無機或者有機產品。物理法來處理聚氨酯是目前國內研究的熱點。

本文計劃采用物理法對可切削塑料進行回收利用，即將廢屑作為填料與原料混合制備新的復合材料。研究分為小樣實驗階段和產品試制階段。分別將不同重量比例的廢屑，不同尺寸大小的廢屑與原料混合制備實驗件，研究其凝固情況、表面質量、內部致密情況等等。結合小樣試驗階段的結果，從而研究廢屑回收制備產品的整體工藝方案，探索出一條合理的回收利用工藝路線。

1 不同比例廢屑回收制備實驗件

1.1 實驗目的

我們將不同比例原始態(tài)（圖1）可切削塑料廢屑與原料混合制備出實驗件，研究最大可添加廢屑的比例，觀察其凝固情況。隨后觀察實驗件內部情況，如氣孔，致密度等。

1.2 實驗過程與分析

用木頭圍邊制作型腔，腔體內空間尺寸為650×100×70。然后按表1 原料液態(tài)主劑G48、固化劑G55、固態(tài)填料、廢屑、配制 A、B、C 三組試件。

表1 不同試驗件的原料配方Table 1 Different formulas of test samples

澆注過程為，在主劑中加入廢屑和填料，用攪拌器攪拌5min ～6min。緩慢加入固化劑，沿同一方向勻速攪拌4min ～5min，使各組份原料混合均勻后，靜置10min ～15min。最后，將混合后的固液混合物澆注到之前制作的木制型腔里，固化后，得到試樣件A、B、C，澆注效果如圖2 所示。

圖2 不同廢屑比例試驗件Fig.2 Different test samples with different proportion of sweeps

3 組成分澆注后均得到固態(tài)復合材料實驗件。且在澆注過程中，溶液的流動性隨著廢屑比例的增加而降低。需要特別說明的是，當廢屑比例達20% 時，此時溶液的流動性已經(jīng)很差，可以判定其處于飽和狀態(tài)，已經(jīng)無法再繼續(xù)添加廢屑。

我們切削掉3 組實驗件的端頭部分，可以看到其內部致密情況，如圖3 所示，A 組內部氣泡最多，B 組內部氣泡數(shù)居中，C 組內部很致密幾乎無氣泡。因為隨著廢屑比例的增加，隨著大量廢屑的堆積，在溶液凝固過程中產生的氣泡無法完全上升浮出表面，導致實驗件完全凝固后內部殘存大量氣泡。

圖3 不同廢屑比例試驗件斷面Fig.3 Sections of test samples with different proportion of sweeps

1.3 實驗小結

（1）將原始狀態(tài)的可切削塑料廢屑與原料混合可制備凝固狀態(tài)較好的試驗件，目前所能添加的廢屑的最多比例可達20%。

（2）隨著廢屑添加的比例越多，澆注的時候流動性越差，其內部氣孔增加，可以判斷其綜合力學性能變差。

2 不同尺寸可切削塑料廢屑回收制備試驗件

2.1 實驗目的

從上一節(jié)實驗我們得知，采用原始態(tài)的廢屑回收制備實驗件，其添加的比例有限，最多20%，同時實驗件的力學性能較差，限制了它的用途。所以我們進行不同尺寸大小可切削塑料廢屑回收制備實驗件實驗，探索不同尺寸大小下廢屑可以添加的最高重量占比，觀察試驗件凝固情況，檢查各澆注件內部情況，如氣孔，致密度等。

2.2 實驗過程與分析

我們采用破壁機對原始態(tài)的可切削塑料廢屑進行破碎試驗，發(fā)現(xiàn)可切削塑料的廢屑易碎，不同的破碎時長得到了尺寸大小不一的廢屑。破碎0.5min 得到的顆粒狀廢屑，破碎2min 得到粉末狀的廢屑，以及原始狀態(tài)的廢屑如圖4 所示。

圖4 不同形狀大小的廢屑 Fig.4 Sweeps with different sizes

用木頭圍邊制作型腔，腔體內空間為550×100×70。準備的原料依然是主劑G48、固化劑G55，不同尺寸大小的可切削塑料廢屑，共A、B、C 三組，其中A 組加入的是原始狀態(tài)的廢屑，B 組加入的是顆粒狀廢屑，C 組加入的是粉末狀廢屑。

首先，在主劑中加入填料（其中A、B 組由于廢屑顆粒度小，該處試驗可以不加填料）、廢屑，當廢屑添加到溶液流動較為困難的時候為止，然后攪拌5min ～6min。緩慢加入固化劑，沿同一方向勻速攪拌4min ～5min，使各組份原料混合均勻后，靜置10min ～15min。最后，將混合后的固液混合物澆注到之前制作的木制型腔里，等待固化，得到試樣件A、B。此處，C 組實驗件為前期第一節(jié)所得試驗件。最終每組試驗件各組分的重量見表2。

表2 不同試驗件原料配方Table 2 Different formulas of test samples

選取試驗件A，即加入的粉末狀的廢屑占比為50%的試驗件進行數(shù)控切削，使用T20R0 的銑刀進行數(shù)控加工出一個楔形面。銑削之后的楔形面如圖5 所示。

圖5 數(shù)控加工后的試驗件Fig. 5 Test samples after NC machining

數(shù)控加工該試驗件，其加工難度、加工產生的噪聲，加工產生的廢屑形狀等等與加工純可切削塑料沒有明顯差別。觀察銑削加工后楔形面，白色粉末狀廢屑彌散分布于楔形面上。從外觀上考慮，該試驗件不適合做拉型模型面。同時，楔形面上沒有明顯肉眼可見的氣孔，初步判斷該試驗件綜合力學性能較為良好。

2.3 實驗小結

(1) 2kg 主劑與2kg 固化劑混合液中，最多可以添加粉末狀可切削塑料廢屑4kg，廢屑重量占比50%。

(2) 2kg 主劑與2kg 固化劑混合液中，最多可以添加顆粒狀可切削塑料廢屑2kg，廢屑重量占比33%。

(3) 對添加粉末狀廢屑制備的試驗件進行數(shù)控加工后，觀察銑削后的斜面，其內部沒有出現(xiàn)明顯的氣泡，白色粉末狀廢屑彌散分布于試驗件內部。初步判斷其具有良好的力學性能。

3 可切削塑料廢屑回收制備產品

3.1 實驗目的

前期的試驗說明將可切削塑料廢屑打磨成面粉狀，與主劑（G48）和固化劑（G55）以50%的重量占比混合，可以制備綜合力學性能較好的復合材料試驗件。綜合考慮成本、周期、質量等因素，本次試驗，將進行采用廢屑制備一種模胎基座的試驗。模胎，實際上是一種手打成型模，其對基座力學性能要求不高，所以采用可切削塑料廢屑參與制備的復合材料完全符合力學性能要求。同時，由于之前采用的基座為鑄鋁材料，為外協(xié)澆注，采用廢屑制備基座即可降低成本，又可以縮短制造周期，提高生產效率。

3.2 實驗過程

我們采用了破壁機對原始態(tài)可切削塑料廢屑進行了破碎，最終得到了10kg 粉末狀廢屑，如圖6 所示。同時，我們用木條圍邊制備了用于澆注的型腔，如圖7 所示。該型腔內部容積為350×400×250。同時在型腔側面壁板各開2 個孔，插入φ35×400 的PV 管，用于澆注時成型基座圓孔，便于后續(xù)起吊。

圖6 粉末狀廢屑 Fig.6 Powdery sweeps

圖7 用于澆注的型腔 Fig.7 The cavity for pouring

在型腔制備的時候，我們在底座加入井字形木條，用于基座固化后成型基座表面的井字形凹槽。我們澆注的基座的各組分的含量依然為G48 主劑5kg，固化劑5kg，粉末狀廢屑10 kg。澆注完成固化之后，將基座上下翻轉，將表層的木條敲掉，結果如圖8 所示。

圖8 基座表面的十字形凹槽 Fig.8 Cross-shaped grooves on the surface of the base

該基座固化效果良好，為實體結構，尺寸大小為350×400×200。通過簡單敲擊試驗可以大致判斷其綜合力學性能良好，滿足手打模胎基座的基本承力要求?；砻娴木中伟疾凼菫榱嗽诒砻鏉沧⒂糜谛兔娴募兛汕邢魉芰蠈雍?，避免型面層與基座有脫落情況。然后我們再在基座上表面用木條圍邊，澆注了約50mm 厚的純可切削塑料層。其最終的實際效果如圖9 所示。

圖9 表面為純可切削 塑料的基座表面 Fig.9 The surface of the base made of pure machinable plastic

對試驗所得的模胎毛坯進行數(shù)控加工。其加工的大致方案為：粗精加工型面，銑臺階孔，刻零件線，制中心孔，然后再銑型面的延周R。經(jīng)過鉗工的打磨以及砂光工序，最后得到的回收可切削塑料廢屑制備的模胎，如圖10 所示。

圖10 回收可切削塑料廢屑制備的模胎Fig.10 The tooling made of reclaimed machinable plastic

數(shù)控加工過程中，型面沒有脫落的情況，說明型面層與基座結合緊密。經(jīng)測量，型面無超差，符合要求。最后，對模具進行了試模，成型了合格零件。成型過程中，模具未出現(xiàn)裂紋等破壞，說明該含可切削塑料廢屑的模胎基座完全滿足使用的力學性能要求。

3.3 實驗總結

（1）采用5kg 主劑G48，5kg 固化劑G55，10kg粉末狀可切削塑料廢屑澆注制備模胎基座，凝固過程中溶液流動性一般，其凝固效果良好，固化后基座無裂紋產生。

（2）對試驗模胎進行數(shù)控加工的整個過程中，型面層與基座緊密結合，并未因受切削力而出現(xiàn)脫落情況，同時數(shù)控加工后，型面質量合格，完全符合使用要求。

4 結語

采用可切削塑料廢屑回收制備模胎，相比于之前采用鑄鋁制備基座，材料成本下降了近2/3，同時大幅縮短了鑄鋁基座的制造周期，由原先的7 天～10 天，降低到2 天。最重要的是，本文研究開發(fā)出了一套完整的回收利用可切削塑料廢屑的工藝路線，幾乎可實現(xiàn)廢屑100%的回收利用，具有極大的經(jīng)濟社會效益。