郭秀亮，孫廣宇，孟春江，翟燕燕

天津航天機(jī)電設(shè)備研究所 天津 300458

1 序言

聚四氟乙烯支撐介質(zhì)是微帶類衛(wèi)星平臺天線中用于支撐帶線的關(guān)鍵零件，由于支撐介質(zhì)的加工精度直接影響帶線的裝配精度，進(jìn)而影響裝配后帶線的平面度，從而對天線的增益方向圖等電性能指標(biāo)有著直接的影響，因而研究聚四氟乙烯支撐介質(zhì)的銑削加工技術(shù)對整個微帶天線具有重大意義。下面介紹一種通過選擇合適的刀具、切削參數(shù)，采用一次裝夾，預(yù)留工藝梁，施加輔助支撐等方式提高零件加工質(zhì)量的方法。

2 加工難點分析

1）零件整體尺寸小、精度高。聚四氟乙烯支撐介質(zhì)結(jié)構(gòu)尺寸如圖1 所示。支撐介質(zhì)為4.2mm×4.2mm的L形異形零件，最薄部分僅為0.36mm，零件最小公差要求僅為0.02mm。切削過程中，當(dāng)切削力超過材料所能承受的極限時，工件發(fā)生振顫，繼續(xù)加工會導(dǎo)致工件報廢。零件的異形、小尺寸和高精度給裝夾和銑削過程帶來了很大的困難。

圖1 聚四氟乙烯支撐介質(zhì)結(jié)構(gòu)尺寸

2）材料剛度低、易變形。支撐介質(zhì)的材料為聚四氟乙烯SFB-2，其特點是白色、無臭、無味，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化性，但同時該材料具有彈性模量大、剛度低，抗拉強(qiáng)度低以及熱膨脹系數(shù)高等缺點[1]。加工時若采用不當(dāng)?shù)难b夾方式，會導(dǎo)致零件發(fā)生很大的變形，甚至壓潰；若采用不當(dāng)?shù)你娤鞣绞?，會?dǎo)致零件讓刀嚴(yán)重，尺寸嚴(yán)重超差；若選用的刀具和切削參數(shù)不合適，會導(dǎo)致加工材料熱變形嚴(yán)重。聚四氟乙烯SFB-2材料的物理性能[2]見表1。

表1 聚四氟乙烯SFB-2材料的物理性能

3 加工方案

針對支撐介質(zhì)尺寸小、精度高、剛度低及受熱易變形的特點，從裝夾方式、合理選用刀具和切削參數(shù)、提高加工結(jié)構(gòu)剛度、合理安排加工工序四方面提出加工方案。

3.1 裝夾方式

由于零件結(jié)構(gòu)薄弱，強(qiáng)度低、剛度低，二次裝夾必然會導(dǎo)致零件變形、報廢，因此采用一次裝夾的方式加工零件，聚四氟乙烯支撐介質(zhì)裝夾如圖2所示。使用聚四氟乙烯SFB-2棒料加工支撐介質(zhì)，棒料一段裝夾在自定心卡盤上，通過轉(zhuǎn)動卡盤銑削端部待加工部位。在此裝夾方式的條件下，裝夾力施加在聚四氟乙烯柱段部位，不會導(dǎo)致待加工部位發(fā)生變形，可以避免裝夾變形導(dǎo)致的零件尺寸超差。同時在該裝夾方式下，零件加工完成后從柱段上銑削脫離，一次加工成形，避免零件拆卸后二次裝夾導(dǎo)致零件報廢。

圖2 聚四氟乙烯支撐介質(zhì)裝夾

3.2 刀具與切削參數(shù)選擇

聚四氟乙烯零件一般采用大前角、大螺旋升角刀具加工。較大的前角和螺旋角使刀具更加鋒利，減小切削力造成的工件變形，同時減小切削熱造成的聚四氟乙烯尺寸膨脹。刀具轉(zhuǎn)速一般控制在3000～5000r/min，進(jìn)給速度控制在300～800mm/min。刀具轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的匹配可以減少切削熱和切削力，從而減小零件余量切除后的應(yīng)力，減小工件的變形[3]。刀具參數(shù)見表2，切削參數(shù)見表3。

表2 刀具參數(shù)

表3 切削參數(shù)

3.3 提高加工剛度

由于聚四氟乙烯材料彈性模量大、剛度低，因此銑削過程中預(yù)留工藝筋，以減小一次切削面積，增強(qiáng)2.2mm槽的加工剛度，保證槽寬尺寸2.2+0.02+0mm和厚度尺寸（0.36±0.02）mm滿足要求。圖3所示為設(shè)計工藝筋以提高加工剛度。

圖3 設(shè)計工藝筋以提高加工剛度

為提高加工剛度，在待加工工件底部粘接金屬片（見圖4）作為輔助支撐。金屬片與棒料粘接在一起，提高了待加工部位的剛度，減小了切削力造成的變形，提高了零件的加工精度。

圖4 在待加工工件底部粘接金屬片

3.4 合理安排加工工序

支撐介質(zhì)為L形異形零件，使用加工中心進(jìn)行加工。零件外輪廓尺寸為4.2mm×4.2mm×1mm，選用φ10mm聚四氟乙烯棒料作為毛坯進(jìn)行加工，具體工序內(nèi)容如下。

1）將棒料毛坯使用自定心卡盤定位夾緊，在棒料末端用銑刀加工4.2mm×4.2mm×6mm凸臺（見圖5）。

2）使用φ1.5mm立銑刀加工工件厚度1mm尺寸（見圖6），L外形暫不加工，并留有圖3所示工藝筋。

圖6 使用φ1.5mm立銑刀加工工件厚度1mm尺寸

3）銑刀加工寬2.2+0.02+0mm槽（見圖7），保證零件厚度（0.36±0.02）mm。

圖7 銑刀加工寬2.2+0.02+0 mm槽

4）工件底部使用502膠粘接金屬片，以提高加工剛度。加工零件L外形（見圖8），切削3.2mm×3.2mm余料。

圖8 加工零件L外形

5）將零件從聚四氟乙烯棒料上切斷（見圖9）。

圖9 將零件從聚四氟乙烯棒料上切斷

6）零件去除毛刺、倒鈍（見圖10）。

圖10 零件去除毛刺、倒鈍

按照此加工工序銑削零件，充分利用了毛坯余量作為工藝梁，提高了工件切削剛度，解決了支撐介質(zhì)的加工難題。

4 結(jié)果及效益分析

通過一次裝夾，安排合理的加工工序，增加工藝梁和粘接輔助金屬片支撐的方式實現(xiàn)了支撐介質(zhì)零件的生產(chǎn)，加工出的支撐介質(zhì)實物（見圖11）完全滿足圖樣要求，為使用該零件進(jìn)行裝配的S波段四臂螺旋測控天線、雙極化收發(fā)共用天線的性能可靠性提供了強(qiáng)有力的支持。該兩種天線每年創(chuàng)造900萬元左右的效益，具有可觀的經(jīng)濟(jì)價值。

圖11 支撐介質(zhì)實物

5 結(jié)束語

針對小尺寸、低剛度和高精度聚四氟乙烯支撐介質(zhì)零件的加工特征，采用一次裝夾、設(shè)計工藝梁結(jié)構(gòu)及增加輔助支撐的方式，實現(xiàn)了零件的高質(zhì)量、高合格率加工。該加工方法具有很好的推廣應(yīng)用價值，對于同類的異形聚四氟乙烯零件加工很有借鑒意義。

專家點評

本例中的聚四氟乙烯支撐介質(zhì)為L形小尺寸異形零件，最薄部分僅為0.36mm，具有加工精度高，材料剛度低，裝夾、銑削過程變形量大的加工難點，給裝夾和銑削過程帶來了很大困難。通過選擇合適的刀具和切削參數(shù)，采用一次裝夾，預(yù)留工藝梁，粘接輔助金屬片支撐等方法提高工藝剛度，減少切削熱，克服加工難點，有效提高了零件加工質(zhì)量。文章構(gòu)思新穎、方法巧妙，通過合理安排毛坯、夾具和加工順序，充分利用聚四氟乙烯棒料毛坯余量作為工藝梁，提高工件切削剛度，在一次裝夾中實現(xiàn)了零件的銑削和切斷。對于異形聚四氟乙烯小型零件的切削加工，具有一定的指導(dǎo)作用。