徐鶴 宮頊 田桂芝 王琦
摘 要:本文提出了一種復(fù)合材料天線窗口高效高精度加工方法,目的是解決傳統(tǒng)天線窗口加工方式繁瑣的缺點。通過設(shè)計工藝裝備、優(yōu)化加工流程等,保證窗口加工符合要求。在型號生產(chǎn)中的應(yīng)用表明,新工藝可有效節(jié)省生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率,保證產(chǎn)品質(zhì)量,可廣泛應(yīng)用于航空航天產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞:天線窗口 復(fù)合材料 高效高精度加工方法
中圖分類號:TN953 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2019)03(c)-0053-02
天線是航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的一部分,承受著氣動外壓、氣動加熱和沖擊、振動等環(huán)境。由于其外表面存在復(fù)合材料防熱層,防熱層本身含有的碳元素經(jīng)燒蝕后產(chǎn)生的碳化層對電磁波的傳輸有屏蔽作用。為保證電波的傳輸,就不得不將天線處的防熱材料局部開口并更換材料,即形成天線窗口。天線窗和復(fù)合材料防熱層具有不同的熱膨脹系數(shù)要求它們之間留有一定的縫隙,其配合縫隙的存在能使邊界層紊流度增加,致使表面熱流率加大。因此,天線窗口的加工質(zhì)量及加工精度顯得尤為重要[1-2]。本文就其中的窗口間隙問題進行深入的研究和探討。
帶有天線的航天產(chǎn)品一般由金屬殼體與復(fù)合材料防熱層膠接形成,金屬殼體在膠接前已加工出天線安裝部位,在膠接后需以金屬殼體上已有窗口為基準(zhǔn)對復(fù)合材料防熱層進行加工,并與天線蓋板試配,保證配合間隙。由于各型號的不同需要,配合間隙的要求也不一致,一般來說,要求配合間隙≤0.3mm,如圖1所示。
1 實驗
1.1 手工加工方法
傳統(tǒng)手工加工方法是采用手工劃線銼修窗口方法,工藝流程為:安裝鉆模→鉆中心孔→劃窗口外形線→粗開→精開→適配并重復(fù)精開動作。為保證加工精度,需為每一個不同尺寸的窗口制作專用的窗口劃線工裝,具體工藝流程為:① 在天線窗口內(nèi)安裝中心孔鉆模;② 用手電鉆從內(nèi)到外鉆中心孔;③ 將劃線樣板上孔對正防熱層上已有孔,插銷固定,用劃針劃出窗口外形線(留余量);④以已劃外形線為基準(zhǔn),去除多余防熱層;⑤ 用金剛砂磨頭打磨多余防熱層,以金屬殼體窗口為基準(zhǔn),保證防熱層與金屬的尺寸差,不斷試配天線蓋板,不斷精修,保證均勻的配合間隙。
由于手動劃針劃線帶來的誤差,窗口處的劃線往往并不精確,通常精加工至留余量不少于1mm,之后的手工銼修需要不斷試配天線蓋板以保證加工精度;另外由于手工加工,銼修的方向不能保證完全與產(chǎn)品軸線平行,銼修的力度掌控也需憑借操作者的經(jīng)驗,導(dǎo)致的結(jié)果就是窗口的局部點內(nèi)外間隙不同,甚至超差。
1.2 數(shù)控加工方法
為提高天線窗口的加工精度,對導(dǎo)彈天線窗口數(shù)控加工技術(shù)進行了研究,其工藝流程為:劃線→裝夾找正→窗口粗開→窗口精找正→窗口精開。
天線窗口的數(shù)控加工法中,為保證加工精度,存在多次找正的情況,具體工藝流程為:①在防熱層外表面粗劃窗口外形參考線;② 將產(chǎn)品裝夾到機床上并找正;③ 以參考線粗銑窗口,四周留余量;④找正窗口中心點;⑤ 編制程序,對窗口進行精加工,保證防熱層與金屬口框的尺寸差值。
該加工方法利用加工程序進行加工,能很好地保證產(chǎn)品的加工精度,但需對產(chǎn)品進行裝夾及多次找正,延長了加工時間,且其加工精度較大程度上依賴于找正精度。該方法較適用于少量產(chǎn)品的加工,不適合批量、進度急的型號生產(chǎn)。
1.3 天線窗口加工新方法
天線窗口手工加工法及數(shù)控加工法都各有其優(yōu)缺點,其適用范圍也不一樣,但都消耗大量人力,生產(chǎn)效率低下,無法實現(xiàn)低成本制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化。目前武器型號生產(chǎn)中有大量的天線窗口加工需求,對窗口的加工要求也逐漸提升,尤其是窗口間隙的加工精度。一旦配合間隙超差,嚴重時可致使產(chǎn)品報廢。針對這類問題,設(shè)計并制作了精度高而又簡易的工裝,完善傳統(tǒng)的加工方法,為產(chǎn)品加工的質(zhì)量、效率提供了保障,且大幅降低了生產(chǎn)成本。優(yōu)化后的加工工藝流程為:安裝鉆模→鉆中心孔→劃粗開線→粗開→劃精開線→精開。
本工藝方案的核心解決手工劃線精度問題和加工面垂直度問題,設(shè)計的精加工工裝由圖2的兩部分組成,二者配合使用。
(1)精劃線工裝原理:近封口形金屬鋁塊,與防熱層接觸處為尖銳的劃針樣式。它以金屬殼體已有窗口內(nèi)表面為基礎(chǔ),通過位置保證和定位面的限定,使用自帶劃針進行移動式劃線。由于它的劃線基準(zhǔn)為金屬殼體窗口表面,且完全消除手動劃針帶來的偏差,精度較高。將精劃線工裝一側(cè)緊貼金屬口框內(nèi)側(cè),將工裝自帶劃線尖角對準(zhǔn)防熱層,移動工裝,精劃窗口外形線。該外形線是窗口最終的精加工尺寸,是加工過程中不能超過的界限。
(2)精加工工裝原理:采用不銹鋼制成,用于天線窗口精開時手電鉆的導(dǎo)向限制。工裝外側(cè)與金屬口框貼合,工裝內(nèi)側(cè)對電動工具的方向和加工范圍進行限定,使加工時能有效防止手電鉆因人為操作不當(dāng)而導(dǎo)致的大角度偏轉(zhuǎn)或防熱層損傷,對產(chǎn)品金屬部分也形成了保護。這樣在精加工時,一方面有精準(zhǔn)的劃線參考,一方面有手電鉆加工導(dǎo)向限制,兩個工裝的配合使用能夠較好完成窗口手工加工操作,使加工面平整,間隙均勻,精度符合要求。更加重要的是,這種加工方法大大提高了生產(chǎn)效率,減輕了人員的勞動強度。
2 結(jié)果與討論
將三種方法分別以加工10件試驗件進行質(zhì)量和效率上的直觀比較。結(jié)果手工加工方法廢品率為20%,加工時間4~4.5h;數(shù)控加工方法廢品率為0,加工時間5h;窗口加工新方法廢品率為0,加工時間2h。可見新方法有效提高生產(chǎn)率,降低廢品率,極大程度上實現(xiàn)了低成本高效高質(zhì)量生產(chǎn)制造。
通過實際應(yīng)用表明,天線窗口高效高精度加工方法避免了手工加工試配的繁瑣和易超差,加工質(zhì)量較高,配合間隙≤0.3mm,結(jié)果完全滿足天線窗口加工精度要求。
3 結(jié)語
天線窗口高效高精度加工方法主要創(chuàng)新性地設(shè)計了高精度窗口劃線工裝,優(yōu)化了窗口加工工藝流程,既解決了劃線精度問題,又降低了操作難度,提高了加工質(zhì)量和加工效率。目前車間面臨的批產(chǎn)型號任務(wù)量大、型號生產(chǎn)進度急、要求質(zhì)量高,上述天線窗口高效高精度加工方法的提出為型號的生產(chǎn)起到了關(guān)鍵的作用,工裝的簡單易用性也大幅地節(jié)省了生產(chǎn)成本,從根本上實現(xiàn)了低成本制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化。上述方法已成功應(yīng)用到批產(chǎn)型號的研制生產(chǎn)中。
參考文獻
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[3] 徐鶴.一種天線窗口高效高精度加工方法[A].第三屆中國國際復(fù)合材料科技大會摘要集-分會場46-50[C].中國復(fù)合材料學(xué)會,杭州市人民政府:中國復(fù)合材料學(xué)會,2017.