使用不饱和树脂进行机械加工的方法

技术领域

本发明属于机械加工方法技术领域，涉及一种使用不饱和树脂进行机械加工的方法。

背景技术

目前航空制造业的机械加工领域越来越多地出现薄壁类零件的加工，此类零件因壁厚变小导致加工刚性变差，在进行机械加工时会产生振动，易出现颤刀、光洁度差甚至壁厚超差的现象，严重影响零件交付。

目前解决该类问题的措施为：使用石膏作为填充物增强零件加工刚性或使用真空吸附夹具增强稳定性。

在现场操作过程中，石膏填充工艺需经过搬运石膏、制作石膏浆、填充石膏、等待石膏凝固、铣石膏基准面、加工完后去除石膏、清理现场等操作，该方法主要存在以下缺点：

a)操作繁琐，石膏凝固等待时间较长，尤其对于大尺寸零件，单个零件涂石膏时，最长大约需要8小时，最短也要2小时，导致效率低下；

b)零件表面易锈蚀；

c)零件数控加工工序完成后，去除石膏需敲击零件，如操作不当易造成零件缺陷；

d)容易造成污染环境，由于石膏是一次性使用，使用完毕后的石膏需要统一回收，如果直接混入生活垃圾，或者在运输途中泄露等，都会造成一定的环境污染。此外，涂石膏现场容易造成环境混乱，影响现场6S管理；

e)工人劳动强度大。涂石膏时，需要经过加水搅拌、零件清洁及涂防锈油、倒入零件槽腔、等待凝固、修基准面、分解石膏等操作，导致工人劳动强度较大。

真空吸附的方式需要经过搬运安装真空吸附工装、找正真空吸附工装、检查开通气源、检查吸附可靠性、工装入库等操作，主要存在以下缺点：

a)真空夹具设计周期长、成本高；

b)零件结构一旦更改，夹具需返修或新制；

c)使用夹具，必须要求机床有真空吸附，适应面窄；

d)对于小批量生产，考虑到生产成本，对专用真空夹具投入数量较少。

目前，在加工薄壁零件时，为了防止加工时颤刀，保证零件腹板尺寸及表面光洁度，实际生产现场采用的主要方法是涂石膏。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用不饱和树脂进行机械加工的方法，将不饱和树脂代替石膏应用于机械加工中，加工过程操作简单、环保无污染，解决了薄壁类零件机械加工过程中存在的颤刀、质量不稳定的问题。

本发明所采用的技术方案是，使用不饱和树脂进行机械加工的方法，将不饱和树脂应用于机械加工，先将不饱和树脂切割成不饱和树脂块，再将不饱和树脂块粘接于零件加工时易发生振动的部位，铣切粘接好的树脂块，使树脂块表面与零件定位基准面平齐，然后对零件进行加工，加工完成后，去除不饱和树脂块。

本发明的特点还在于：

不饱和树脂块的厚度大于或等于其与待加工零件的粘接面到零件定位基准面的距离。

不饱和树脂块粘接于待加工零件的腹板区域，且至少在腹板区域的中心位置粘接有不饱和树脂块。

不饱和树脂块的长度、宽度以及树脂块之间的距离与零件腹板厚度δ有关，具体为：

当δ≥4mm时，树脂块之间的距离为150mm～200mm，树脂块的大小为50mm×50mm；

当3mm≤δ＜4mm时，树脂块之间的距离为100mm～150mm，树脂块的大小为50mm×50mm；

当2.5mm≤δ＜3mm时，树脂块之间的距离为80mm～100mm，树脂块的大小为60mm×60mm；

当2mm≤δ＜2.5mm时，树脂块之间的距离为≤80mm，树脂块的大小为80mm×80mm；

当1mm≤δ＜2mm时，树脂块的面积与零件腹板面积相等。

不饱和树脂块粘接于待加工零件的侧壁区域。

使用AB胶对不饱和树脂块和待加工零件进行粘接，AB胶中A胶与B胶的体积比为1:1。

对树脂块进行铣切的具体工艺为：采用端铣刀，铣刀材料采用硬质合金，切深3mm～5mm，切宽≤刀具直径的0.8倍，转速3000～4000r/min，每齿进给量0.2～0.3mm/z。

去除不饱和树脂块的具体步骤为：用木榔头轻轻敲击粘接好的不饱和树脂块的侧面，木榔头敲击方向与粘接面的夹角不大于30°，即可将不饱和树脂块与零件分离。

本发明的有益效果是：

本发明方法将不饱和树脂应用到机械加工中，采用粘接的方式将不饱和树脂块固定在零件容易发生振动的部位，能起到很好的防止加工振动的作用，从而提高零件的加工稳定性，确保零件加工质量。具体来说有以下明显的优势：

(1)操作简单便捷

不论是真空吸附的方式还是石膏填充工艺，其操作都比较繁琐，而本发明方法采用不饱和树脂代替找正真空吸附工装或石膏填充工艺，只需使用AB胶将不饱和树脂块粘贴到零件容易发生振刀的部位，再铣去多余不饱和树脂即可，操作相对便捷。

(2)成本低

不饱和树脂材料的成本远远低于石膏和专用工装夹具的成本，尤其对于小批量生产的零件，能够明显降低零件加工成本。

不饱和树脂与专用工装夹具相比，专用工装夹具的成本虽然为一次性投入，但是工装的设计费用、材料费用、加工费用、计量费用、管理费用、返修费用等导致工装的一次性投入较大，尤其对于大型航空结构件而言，成本高达几万甚至几十万。如果零件为小批量生产，专用工装夹具在短期内不能收回工装成本，影响企业经济效益。而不饱和树脂工艺无需大量的前期经济投入，仅需使用一些不饱和树脂块作为支撑就能起到与真空夹具类似的作用，对于小批量生产的零件，所有的不饱和树脂块的成本也远低于专用工装夹具成本。

不饱和树脂工艺与石膏工艺相比，石膏工艺也适合小批量生产的零件，相同体积的不饱和树脂和石膏而言，不饱和树脂价格低于石膏。石膏工艺填充零件时，一般会将零件的整个槽腔均填充上石膏，需要的石膏多，而不饱和树脂工艺填充只需要使用不饱和树脂块，根据零件刚度需要选择性地粘贴几个部位即可，无需全部填充零件槽腔，并且，使用过的不饱和树脂还可以被使用到其它零件上，而石膏只能一次性使用。因此，使用的不饱和树脂体积相对石膏而言较少。可见不饱和树脂工艺与石膏工艺相比，成本低。

(3)环保无污染

不饱和树脂工艺与石膏工艺相比，具有明显的环保优势。石膏工艺使用过后为石膏浆凝固物，石膏浆凝固物已无利用价值，需要统一处理，如果混入生活垃圾，遇到雨水冲刷后，会对周边土壤、地下水造成污染。而不饱和树脂使用过后依然为不饱和树脂块，其可以再次使用到其它零件，实现循环利用，因此产生的废料较少，比较环保。

附图说明

图1是本发明方法中不饱和树脂块尺寸选择示意图；

图2是本发明方法中不饱和树脂块粘接在零件腹板区域的结构示意图，其中图a为结构示意图，图b为图a中A-A方向的剖视图；

图3是本发明方法中不饱和树脂块粘接在零件侧壁区域的结构示意图，其中图a中的不饱和树脂块是整体的，图b中的不饱和树脂块由多个小块粘接形成；

图4是本发明方法中使用AB胶对不饱和树脂块进行粘接的示意图，其中图a是正视图，图b是图a中A-A方向的剖视图，图c为俯视图；

图5是实施例1中不饱和树脂块粘接方式示意图，其中，图a为示意图，图b为图a的放大示意图；

图6中的a、b图均为实施例2中不饱和树脂块粘接方式示意图；

图7是实施例3中不饱和树脂块粘接方式示意图。

图中，1.零件，2.不饱和树脂块，3.零件定位基准面，4.AB胶，5.代木块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明使用不饱和树脂进行机械加工的方法，将不饱和树脂应用于机械加工，包括不饱和树脂的尺寸选择、粘接、铣切和去除，具体按照以下步骤实施：

步骤1、确定不饱和树脂块的尺寸

不饱和树脂在机械加工中主要起到支撑的作用，因此，不饱和树脂块的厚度应大于或等于其粘接面到零件定位基准面的距离。如图1所示，以双面加工的零件1为例，第一面加工完毕后，为了增强第二面零件腹板的加工稳定性，在第一面已加工腹板面粘接了不饱和树脂块2，粘接后不饱和树脂块2高出零件定位基准面3，这样后续以零件定位基准面3对高出的不饱和树脂块2进行铣切后，才能保证不饱和树脂块2平面与零件定位基准面3在一个平面上，零件第二面加工时，不饱和树脂块2才能起到很好的支撑作用。

不饱和树脂块的长度一般为50mm～80mm，具体尺寸与零件腹板厚度有关，详见步骤2中的表1。

步骤2、粘接不饱和树脂块

(1)确定粘接位置和不饱和树脂块之间的距离

根据零件加工防振动的需求来选择不饱和树脂块的粘接部位，如图2所示，可以将不饱和树脂块2粘接在零件1的腹板区域；如图3所示，也可以将不饱和树脂块2粘接在零件1的侧壁区域，如图3a和3b分别所示，不饱和树脂块2可以是整体的，也可以是采用多个不饱和树脂块粘贴到一起形成的组合。

当不饱和树脂块粘接到腹板面时，腹板厚度与不饱和树脂块的粘贴最大距离以及不饱和树脂块长度的选择详见表1。

表1零件厚度与不饱和树脂块粘接距离、长度关系表

如表1所示，不饱和树脂块数量、尺寸的选择与零件腹板面积、厚度有关。对于零件腹板厚度≥4mm，腹板长度和宽度均≤200mm的零件，腹板加工时有很好的加工刚性，可不使用不饱和树脂直接进行腹板面加工，可以获得理想的加工工况。但当零件腹板尺寸较大时，加工时的振动变大，需要不饱和树脂进行辅助加工。一般使用不饱和树脂时，如图2所示，零件腹板面的正中间位置需要设置一个不饱和树脂块，剩余部位再根据表1所示尺寸进行不饱和树脂块的设置。其中，对于零件腹板面厚度1mm≤δ＜2mm的零件，可加大零件腹板面的正中间位置不饱和树脂块尺寸，最佳状态为整个腹板面下均有不饱和树脂支撑；对于零件腹板面厚度δ＜1mm的零件，虽然使用不饱和树脂辅助加工能很好地改善加工工况，但是很难保证表面粗糙度符合要求，因此不建议使用不饱和树脂工艺。

(2)粘接方法

使用AB胶对不饱和树脂块和待加工零件进行粘接，其中A胶与B胶的体积比为1:1。

如图4所示，为不饱和树脂块的粘接方法示意图，因为零件加工完成后会将不饱和树脂块从零件上取下，因此，二者之间只需一般的粘结力即可。粘接时，在不饱和树脂块2和零件1接触面的四个棱边处形成倒三角形式的AB胶4粘接部位即可。

步骤3、铣切不饱和树脂块

不饱和树脂块粘接完成后，其表面高出零件的定位基准面，需要对不饱和树脂块进行铣切，使两个面处于同一平面。不饱和树脂数控铣削的加工参数详见表2。铣切后的不饱和树脂块的顶面高出零件的定位基准面0.03mm～0.05mm为佳。

表2铣切参数列表

步骤4、去除不饱和树脂块

用木榔头轻轻敲击粘接好的不饱和树脂块的侧面，木榔头敲击方向与粘接面的夹角不大于30°，即可将不饱和树脂块与零件分离。分离后，零件上残余的AB胶可使用工业丙酮或其它对零件没有腐蚀性的去胶剂去除。

本发明方法将不饱和树脂块粘贴至零件腹板或者侧壁等在机械加工中容易发生振动的部位，可以起到改善加工工况的作用，减少机械加工时的震颤。目前在航空结构件框类零件、薄壁盒形件等零件上均进行了应用，取得较好效果。

实施例1

如图5所示，本实施例待加工的零件1为某飞行器门框零件，零件1具体尺寸约1200mm×800mm×110mm，零件1在侧壁加工时采用卧铣设备加工，选择Φ20R3合金立铣刀的底刃对零件侧壁进行加工，零件侧壁厚度2.5mm，加工时零件1容易发生颤刀，导致侧壁尺寸及表面光洁度难以保证。为改善加工工况，使用不饱和树脂进行辅助机械加工。选择的不饱和树脂为代木，代木块5的尺寸为：150mm×50mm×50mm，块数为4块，如图5所示，将代木块5粘贴于零件1侧壁容易发生颤刀的区域，代木块5间距离按照颤刀位置进行分布。使用卡夫特强力AB胶粘接代木块5，粘接好后，铣切，铣切时依然使用Φ20R3合金立铣刀的底刃对另一侧侧壁进行加工，加工完成后，去除代木块5。本实例使用不饱和树脂进行辅助机械加工，能够很好地改善加工工况，提高零件加工稳定性和加工质量。

实施例2

如图6所示，本实施例待加工的零件为某飞行器结构件中的盒型件，零件1具体尺寸约为：600mm×600mm×80mm，零件1腹板尺寸为3mm。选择的不饱和树脂块2为9块，树脂块的尺寸为：50mm×50mm，块数为9块，如图6所示，将其中一块不饱和树脂块2粘贴于零件侧壁的中心区域，然后按照树脂块块间的距离约为110mm进行树脂块的粘接，使用卡夫特强力AB胶粘接树脂块，粘接好后，铣切树脂块上表面与第一面毛料基准面平齐，铣切的具体参数为：加工刀具Φ40面铣刀，切宽30mm，切深5mm，每齿切削量0.25mm/z。基准加工完成后，翻面进行第二面的铣切，加工完成后，去除树脂块。相比不采用树脂块辅助加工的零件，零件质量得到很大改善。

实施例3

如图7所示，本实施例待加工的零件为某飞行器某肋位缘条零件，零件1具体尺寸约为：5000mm×110mm×95mm，零件上有3mm斜筋，采用五坐标数控铣床进行加工，在加工3mm斜筋时，因零件加工刚度降低，容易发生颤刀造成质量问题。选择的不饱和树脂为代木，代木块5的尺寸为：50mm×50mm×50mm，块数为1块，如图7所示，将其中一块代木块5使用卡夫特强力AB胶粘贴于零件1侧壁闭角已加工区域，粘接好后，然后对零件斜筋开角一侧进行加工，加工完成后，去除代木块5，能很好地解决斜筋加工质量不稳定的问题。