刀具橡胶机械加工论文

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1引言

9621橡胶材料由丁腈橡胶、二氧化硅等原材料制造而成，具有耐烧蚀和较强绝热性能，在航天工业中多用于发动机壳体内腔隔热内衬部分。因由9621橡胶材料、铝合金等材料制成的部件与其他部件有对接要求，所以除了要对铝合金等制件进行机械加工外，还必须对9621橡胶材料制件进行机械加工。但由于9621橡胶材料本身切削成型性能较差，采用加工金属材料或高硅氧布缠绕复合材料的加工工艺，选用硬质合金内孔刀具进行加工，在加工部位经常出现起毛、掉渣、分层甚至掉块等加工缺陷，直接导致制品尺寸超差或报废。为满足设计要求，保证制品加工质量的稳定性，提高生产效率，在加工设备不变的前提下对加工工艺进行研究，通过合理选择加工刀具的材料，对刀具的几何结构进行优化，确定合理的工艺参数以及加工方法等，实现预定目标。

2影响机械加工质量的因素及解决方法

2.1刀具的材料

刀具的材料是影响制品机械加工质量的因素之一。在工艺实践中，分别选用了白钢刀（W18Cr4V）、金刚石整体烧结车刀、硬质合金车刀（YW1、YG8）。通过对比分析，白钢刀的综合性能较好，同时满足对材料加工质量的要求又较为经济，是适合于9621橡胶材料切削加工的车刀材料。

2.2刀具几何结构的优化

常见的9621橡胶材料制品加工部分结构见图1，须保证尺寸Φd×h以及加工面的表观质量。制品加工面呈阶梯形几何结构，需要加工内孔和端面。对其它常规材料，一把内孔刀就可以满足加工要求。但由于9621橡胶材料材质较软，加工中经常出现粘刀、易碎等现象，加工成型性较差，所以用加工常规材质的内孔刀加工难以满足加工要求。刀具切削软质材料时，需要的强度和硬度的要求就较低；加工时粘刀、易碎，对刀具切削刃的锋利程度和韧性要求较高。由于加工内孔和端面是两个不同的加工方向，所以根据加工需要设计制作了组合刀具扎孔刀及端面切断刀，此两种切削刀具的共同特点是切削刃锋利且刃部尖窄，能够有效地割裂9621橡胶，经过工艺试验达到了预定效果（图2、图3、图4）。图2为白钢条制作加工的组合刀具；图3为扎孔刀（用于内孔尺寸Φd的加工）；图4为端面切断刀（用于高度尺寸h的加工）。

2.3工艺参数选择

由于9621橡胶材料制品加工成型性较差的特性，其表观质量除了受到刀具材料和几何结构影响外，还受切削速度、进给量的影响。因此加工时工艺参数的选择对提高制品的表观质量也是不可缺少的条件之一。通过多次切削试验，确定了加工内孔和台阶时都采用粗车和精车两个工步进行。粗车切削速度为70～80r/min，进给量控制在0.03～0.05mm/r，切削深度3～4mm。精车切削速度高于粗车，控制在80～90r/min，进给量控制在0.01～0.02mm/r，切削深度1～2mm。选用这样的工艺参数较好地保证了制品的表观质量。制品粗车、精车的主要参数见表1、表2。

2.4加工工艺方法的确定

通过大量的切削试验确定了刀具的材料、几何结构以及加工工艺参数后，研究较佳的工艺方法，才能达到对9621橡胶材料机械加工要求的设计状态。根据切削试验中的经验积累，逐步确定了以下的加工工艺方法：装端面切断刀，以加工好的法兰端面D（见图1）对刀，粗车尺寸h至要求尺寸的三分之二，保证内孔尺寸小于Φd。换扎孔刀以9621橡胶毛坯端面为准，按照端面切断刀粗车到的直径扎孔（见图5、图6），在刀具不动的前提下去除切断掉的残料，将加工出来的内孔尺寸测量准确后，用扎孔刀将内孔尺寸Φd精车到要求尺寸。换端面切断刀加工台阶h，注意此时的扎孔刀深度要稍大于尺寸h，以确保端面切断刀将高度尺寸h加工到位时根部无残留。将加工出来的内孔深度尺寸测量准确后，再次换上端面切断刀以加工好的法兰端面D对刀，将高度尺寸h精车加工到位，见图7。

3应用效果

通过采用优选了材料和改进了几何结构的特制组合刀具，以及工艺参数和工艺方法的合理选择和制定，在实际生产中，有效保证了9621橡胶材料制品的加工质量，产品粗糙度和形位公差满足设计要求，未发现掉块、起皮现象。

4结束语

通过改进特制组合刀具，结合工艺参数的合理选择以及与之相适应的工艺方法制定，在9621橡胶材料制品的加工实践中，所加工制品的质量得到有效控制，完全可加工出满足设计蓝图要求的台阶，有效提高了生产效率，保证了9621橡胶材料制品性能一致性，达到了预期目的。

作者:李柱翠 王险峰 单位: 西安航天复合材料研究所