分層橡膠圈環(huán)槽加工工藝研究

丁　寧，丁朝臣

(1.中航光電科技股份有限公司，河南 洛陽 471009；2.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009)

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分層橡膠圈環(huán)槽加工工藝研究

丁寧1，丁朝臣2

(1.中航光電科技股份有限公司，河南 洛陽 471009；2.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009)

摘要：分層橡膠圈環(huán)槽的加工受零件材料特性及零件結(jié)構(gòu)尺寸的影響。實際加工制造過程中，在工藝設(shè)計階段存在零件難以裝夾、零件材質(zhì)較軟和加工槽尺寸小且深等技術(shù)難題?；诠柘鹉z材料的特性，通過工程實踐經(jīng)驗總結(jié)研發(fā)設(shè)計了改進(jìn)型工裝，并結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，磨制了專用刀具并調(diào)整了加工參數(shù)，有效解決了硅橡膠零件難加工的問題。

關(guān)鍵詞：硅橡膠；零件裝夾；加工工藝

橡膠類材料力學(xué)特性良好，尤其在耐摩擦、耐腐蝕和緩沖減振等作用方面效果顯著，多用于零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的填充及設(shè)備防護(hù)等。硅橡膠是多孔可壓橡膠材料中力學(xué)性能較好的一種，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)裝備制造方面。近年來，在國防工業(yè)裝備制造中采用硅橡膠材料進(jìn)行密封及填充的零件越來越多；然而，軍用橡膠圈零件通常有更高質(zhì)量要求，且具有產(chǎn)品批量小、技術(shù)要求高、加工周期短和毛坯采購時間長的特點(diǎn)，采用常規(guī)模壓方式處理不能滿足項目要求。因此，在實際加工制造過程中，應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源，協(xié)調(diào)加工工藝、工裝夾具和切削工具等加工要素，取長補(bǔ)短，保質(zhì)保量地解決實際技術(shù)難題。

1問題分析

在某產(chǎn)品研制過程中，急需一組錐形密封圈(見圖1)，加工完成的密封圈使用之前是分層套疊的一組杯形零件(見圖2)，尺寸不等的錐形密封圈也可按需組合使用，實物如圖3所示。用傳統(tǒng)的模壓方式在模具加工階段費(fèi)時費(fèi)力，無法在短期內(nèi)完成，此外，項目所需為多品種、小批量零件，采用模壓方式經(jīng)濟(jì)性欠佳；因此，考慮用機(jī)械加工方式以常規(guī)簡易機(jī)床為平臺，自制簡易工裝和刀具，合理控制加工參數(shù)和潤滑液，不斷完善加工方案使之趨于合理，并固化加工規(guī)程。

圖1　錐形密封圈

圖2　加工后的零件模型

圖3　加工后的實物圖

密封圈材料為硅橡膠，邵氏A硬度為50～56，材質(zhì)較軟、難裝夾。由于對于加工表面及密封圈厚度有嚴(yán)格要求，加工槽尺寸較小，一般刀具無法加工。對于硅橡膠這類非金屬材料的切削加工而言，夾緊面積過小造成的夾緊力分布不均等夾緊不當(dāng)現(xiàn)象會嚴(yán)重影響零件的加工精度和表面質(zhì)量。工藝確定在一塊毛料中分布加工不同規(guī)格的密封圈。結(jié)合中國空空導(dǎo)彈研究院實際制造資源和加工定位要求，確定密封圈的毛坯(見圖4)采用錐形模壓件。統(tǒng)一的毛坯件和配套工裝可根據(jù)產(chǎn)品研制需要加工不同直徑、不同厚度和不同錐度的密封圈。

圖4　零件毛坯圖

2解決策略

2.1零件工裝處理

為了保證加工精度，提高加工效率，零件的定位和裝夾至關(guān)重要。數(shù)控機(jī)床定位安裝的一般原則是在保證零件加工的精度和剛度的同時盡量節(jié)約加工成本，提高工作效率。對于常見規(guī)則零件，數(shù)控機(jī)床采用的通用裝夾方式有三爪自定心卡盤裝夾、兩頂尖裝夾、卡盤和頂尖配合裝夾以及心軸裝夾等；但上述常見的裝夾方式僅適用于結(jié)構(gòu)簡單、找正容易的常見規(guī)則零件。本文針對某型號硅橡膠零件的車削加工，研究制作了內(nèi)孔與零件外圓斜面相配合的工裝(見圖5)。零件放入后，零件端面仍凸出工裝端面0.5 mm。利用螺紋聯(lián)接使工裝的A面壓緊零件凸出的端面，以有效防止零件軸向變形。

圖5　加工工裝圖

在工裝的設(shè)計過程中，考慮到零件結(jié)構(gòu)尺寸的特點(diǎn)，該工序加工深度較大，刀具強(qiáng)度較低，為避免刀具折斷，可以利用零件的徑向變形減小刀具所受的摩擦力，代替與零件內(nèi)孔配合的心棒的作用，進(jìn)一步提高加工效率。

在實際生產(chǎn)加工過程中，該零件除了裝夾困難，還存在尺寸為(0.2±0.1) mm厚度的薄膜破損的問題。研究制作的工裝已經(jīng)實現(xiàn)了零件夾緊，應(yīng)在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，同時解決薄膜破損的問題。經(jīng)過分析認(rèn)為，薄膜尺寸為(0.2±0.1) mm，強(qiáng)度較低，當(dāng)零件向工裝內(nèi)裝入時，工裝腔體內(nèi)部氣體無法排出，在氣體壓力作用下薄膜很容易破損。為解決該問題，在工裝上增加了排氣孔，保證氣體順利排出，避免薄膜損傷。經(jīng)過改進(jìn)后的工裝如圖6所示，裝夾過程如圖7所示。

圖6　改進(jìn)后的加工工裝圖

圖7　裝夾過程圖

2.2零件材料處理

硅橡膠的撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度較高，伸長率(1 250%)和柔軟性能優(yōu)良，加壓變形率低。硅橡膠材料的力學(xué)特性基本符合滯彈性體應(yīng)力弛豫的普遍規(guī)律，即受外力情況下材料應(yīng)變隨時間減小至恒定值。這樣的材料特性決定了零件材質(zhì)較軟，難于裝夾固定，同時,受零件變形影響，刀具退出后就不能準(zhǔn)確進(jìn)入原有的加工位置，此外，該零件的刀具切削面尺寸較小，加工難度增加；因此，不適合采用傳統(tǒng)的進(jìn)刀加工—退出刀具—重復(fù)進(jìn)刀的方式，應(yīng)該針對材料特性及零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定特殊的加工工藝方案。

為避免刀具折斷，在加工過程中應(yīng)保持高轉(zhuǎn)速，一次進(jìn)刀3 mm且保持刀具不脫離零件，最后退刀，該方法解決了無法重復(fù)進(jìn)刀的問題。

2.3加工刀具處理

為解決加工槽短窄而且加工槽較深的問題，研究分析了零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并磨制了專用刀具(見圖8)。該種刀具前端扁而薄,能切進(jìn)零件，后端尺寸加厚，保證刀具強(qiáng)度。

圖8　刀具圖

膠質(zhì)零件在加工過程中阻力很大，為了防止刀具斷裂，研究制定了針對該零件特點(diǎn)的加工方案：先加工靠近內(nèi)孔的槽，再加工靠近外圓的槽。利用零件徑向變形(外圓由工裝限制無法外擴(kuò)，此處徑向變形是指指向軸線方向的徑向變形)，有效減少阻力。當(dāng)加工靠近外圓的槽時，由于內(nèi)側(cè)的槽已經(jīng)加工完畢，零件實體減小，強(qiáng)度相應(yīng)降低，則產(chǎn)生相同變形所需的力減小，阻力也隨之降低，因此，降低了刀具折斷的風(fēng)險。經(jīng)過驗證，產(chǎn)品合格率達(dá)到99.6%。大大提高了加工效率，滿足了生產(chǎn)進(jìn)度。

3結(jié)語

通過對分層橡膠圈環(huán)槽加工工藝的研究及工程實踐經(jīng)驗總結(jié)，采用本文所述的改進(jìn)型工裝及專用刀具，可以有效控制零件的裝夾變形，既保證了零件的尺寸準(zhǔn)確率及精度要求，又減少了刀具損耗風(fēng)險，節(jié)約了生產(chǎn)成本并提高了效率。研發(fā)的針對分層橡膠圈環(huán)槽加工工藝研究的工裝及刀具，在同類零件的工藝設(shè)計研究方面具有推廣應(yīng)用價值。

責(zé)任編輯鄭練

Research on Ring Groove Processing in Tiered Cup-shaped Rubber Ring

DING Ning1, DING Chaochen2

(1.China Aviation Optical-electrical Technology Co., Ltd., Luoyang 471009, China; 2.China Airborne MissileAcademy, Luoyang 471009, China)

Abstract：Machining of the groove ring in tiered rubber ring parts is relate to material properties and structure size. During the manufacturing process, there are hard problems such as clamping, soft material, deep small processing groove dimensions, and so on. Based on the characteristics of silicone rubber material, design the processing tooling of tiered cup-shaped rubber ring parts. Combined with the structural characteristics of parts, make special tools and adjusted machining parameters, so that the problem of silicone rubber parts being difficult to machine can be solved effectively.

Key words:silicone rubber, parts clamping, processing

收稿日期：2015-07-28

作者簡介：丁寧(1967-)，男，高級技師，中航工業(yè)首席技能專家，主要從事薄壁類/異型類的鋁合金、鈦合金、橡膠類零件加工以及相應(yīng)工裝等方面的研究。

中圖分類號：TG 75

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A