李志鵬，李小龍，趙寶愛

（天津航天機(jī)電設(shè)備研究所，天津 300458）

引言

環(huán)氧玻璃布層壓棒作為非金屬復(fù)合材料的一種，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天業(yè)，由于材料導(dǎo)熱系數(shù)小，塑性脆，導(dǎo)電性極差等特性給加工帶來諸多不便，結(jié)合天津航天機(jī)電設(shè)備研究所現(xiàn)有設(shè)備資源，針對(duì)該材料薄壁零件的加工工藝，提出幾點(diǎn)改進(jìn)，供大家參考。

1 環(huán)氧玻璃布層壓棒技術(shù)要求

1.1 環(huán)氧玻璃布層壓棒外觀

環(huán)氧玻璃布層壓棒是由電工用無堿玻璃布浸以環(huán)氧樹脂，經(jīng)成型模具熱壓而成的截面呈圓形的棒，具有較高的機(jī)械和介電性能，適用在電機(jī)、電器設(shè)備中，用作絕緣結(jié)構(gòu)零部件，并可以在潮濕環(huán)境下和變壓器油中使用。表面應(yīng)光滑、無氣泡、油污及雜質(zhì)，允許有不妨礙使用的顏色不均，擦傷、輕微高低不平等。直徑超過25 mm的層壓玻璃棒允許端面或斷面有不妨礙使用的裂紋。

1.2 環(huán)氧玻璃布層壓棒主要性能指標(biāo)（見表1）

表1 環(huán)氧玻璃布層壓棒主要性能指標(biāo)

2 加工難點(diǎn)分析

1）其零件橫截面壁厚分別為0.8 mm 和0.5 mm，長度方向?yàn)?4 mm，零件長度和壁厚比例為1∶68，屬于典型的薄壁零件，如圖1 所示。材料本身是不良導(dǎo)熱體，導(dǎo)熱系數(shù)小，在加工過程中，排屑很困難，剛性差，加工時(shí)極易發(fā)生開裂，圖2 所示。

圖1 環(huán)氧玻璃布棒的零件圖（單位：mm）

圖2 零件開裂圖

2）里面型腔在銑削加工后留有加工圓角，由于為非金屬材料，無法電加工清角。

3）材料塑性較脆，耐磨性好，切削性不好。

采用傳統(tǒng)的插削方式進(jìn)行清角，其插削過程是上下無間歇切削，易造成變形積累，扎刀現(xiàn)象較普遍，刀具磨損嚴(yán)重。

3 開裂原因的分析

零件加工過程中的開裂都是在銑削加工完成在清根的時(shí)候發(fā)生的，可能造成工件開裂的原因如下：

1）刀具的材料選擇不合理，耐用度差；

2）刀具刃磨的角度不合理，加速刀具磨損，造成切削力增加；

3）切削參數(shù)的不合理，吃刀過大，引起振動(dòng)，發(fā)生啃傷；

4）加工方法不合理。在清除機(jī)械圓角時(shí)，普通的插床加工是上下無間歇式的切削，需要有退刀槽來釋放變形積累產(chǎn)生的加工應(yīng)力。該零件在實(shí)際生產(chǎn)過程中無法加工退刀槽，只能進(jìn)行啄插式加工。

4 加工思路

4.1 先外后內(nèi)

由于導(dǎo)熱性小，故機(jī)械加工時(shí)應(yīng)采用小的進(jìn)刀量和高切削速度。該材料吸水后膨脹變形，且在加工中切屑為粉末狀，如加注切削液會(huì)將切屑沖入機(jī)床內(nèi)部，研磨導(dǎo)軌，影響機(jī)床精度，故加工時(shí)不能加注切削液。選用直徑為Φ12 mm的硬質(zhì)合金涂層刀加工外形12.5 mm×8.2 mm 至零位，保證上下尺寸的一致性，深度方向加工到37 mm。

4.2 增加外部支撐

做一工裝，用慢走絲線切12.54 mm×8.24 mm方槽的工裝，工裝的直線度0.01，使其與之所抱緊束縛的零件單邊配合間隙為0.02 mm，見圖3。將工裝套在已經(jīng)銑削好的外形上，確保貼合良好，受力可靠。用直徑Φ6 mm的銑刀加工11.5 mm×6.6 mm的槽，加工深度至36 mm。這個(gè)工裝有效地防止了零件在插削清根過程中零件受力不均引起的開裂。

圖3 零件緊束工裝

4.3 自制刀具

4.3.1 刀具材料的選擇（見表2）

表2 刀具材料的選用

4.3.2 刀具角度的選擇

插刀外形由線切割加工而成，見圖4、圖5。

圖4 粗插刀（前角15°、后角6°）

圖5 精插刀（前角20°、后角6°）

4.3.3 刀具長度和寬度的選擇

插刀的長度一定要大于零件的長度34 mm，長度越長刀具剛性越差，在滿足切深的條件下，刀具長度越短越好，有效插深選擇了38 mm。因?yàn)槭且琢蚜慵?，在切削過程中，參與切削的面積越大，切削力越大，零件越容易開裂。在滿足切削剛性的條件下，刀具越窄越好。線切了三種寬度的插刀分別是4 mm、3 mm、2 mm 在生產(chǎn)中進(jìn)行比較選擇切削。4 mm 寬度的插刀，插完后零件有輕微開裂，不予選用；2 mm 寬度的插刀，在插削加工中有振動(dòng)現(xiàn)象，零件發(fā)生啃傷不予選用；3 mm 寬度的插刀，在加工過程中無振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，切削完成后亦無啃傷，最終選擇了寬度3 mm 有效插深38 mm的插刀，見圖6。

圖6 自制的插刀

4.3.4 刀具的安裝

通過打表找正法（圖7）和基準(zhǔn)放大法（圖8）相結(jié)合來找正刀具，首先將插刀裝卡到刀柄里，帶上勁但不要卡緊，用M19 功能使主軸定向，線切一裝卡插刀的工裝，套在插刀上用M3的圓頭螺釘固定，使裝卡工裝的線切面與刀具的側(cè)面實(shí)現(xiàn)面接觸，這樣一來由原來的刀具長度3 mm 找正精度0.08～0.1 mm變成找正長度60 mm 找正精度0.01 mm，有效放大刀徑20 倍，通過放大基準(zhǔn)拉表打裝卡工裝兩點(diǎn)找正至0.01 mm。然后拆下刀柄卡緊刀具，找正后的刀具如圖9。

圖7 打表找正法

圖8 基準(zhǔn)放大法

圖9 找正后的刀具

4.3.5 啄插式加工法

傳統(tǒng)插削需要加工退刀槽，目的是方便刀具避讓和排屑，環(huán)氧玻璃布棒在加工時(shí)其切屑為粉末狀，由于該零件不方便加工退刀槽，切削過程中切削溫度較高，并且環(huán)氧玻璃布棒是不良導(dǎo)熱體，導(dǎo)熱系數(shù)小，在加工過程中，排屑很困難，只能在加工時(shí)將深度銑削到36mm，使不能順利排出的切屑有一定的空間存放。所以采用鉆孔加工中的啄鉆加工。一次插深深度選擇為0.5 mm，使得在加工時(shí)產(chǎn)生的熱量盡量小，避免由于切削力增加，變形積累產(chǎn)生的加工應(yīng)力加大，造成零件開裂，見圖10、圖11。選用合理的加工工藝，經(jīng)實(shí)踐證明粗加工單邊流量0.1～0.15 mm再用精插加工到位，加工出產(chǎn)品的表面質(zhì)量較好。

圖10 啄插加工刀具路徑示意圖

圖11 插刀加工路徑

程序如下：

精加工把粗插留的量去掉，為防止零件開裂，用60×0.5 mm的片銑刀，轉(zhuǎn)速1 000 r/min 進(jìn)給100 mm/min 將零件割下，然后增加內(nèi)部支撐裝卡銑削長度尺寸至34 mm，加工完的零件如圖12。

圖12 加工完成的產(chǎn)品

5 結(jié)論

從材料的特性、刀具材料的選擇和角度韌磨、加工工藝的改進(jìn)等方面開對(duì)環(huán)氧玻璃布棒加工技術(shù)進(jìn)行研究，利用工藝手段增加制造過程中的零件剛度，減小加工變形，實(shí)現(xiàn)弱剛度薄壁零件的生產(chǎn)加工，并通過生產(chǎn)加工進(jìn)行驗(yàn)證，取得較好的加工效果，產(chǎn)品合格率由原來的≤20%提升到現(xiàn)在的100%。該方法已成功應(yīng)用于所內(nèi)此類產(chǎn)品的加工，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。