CN114147549B - 由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其加工过程如下：首先，产品成型时，舱段两端分别成型一条环形刻线作为加工基准；接下来，舱段端面加工时，以环形刻线为基准，使用内撑工装支撑在舱段内壁，舱段端部留出设定余量，去除多余部位，对舱段端面进行铣磨加工。本发明实现了无金属基体找正的基准准确性；保证了无金属基体的无机酚醛气凝胶(IPC)单独加工，满足使用要求；利用工装装夹，实现了产品的可靠稳定装夹。

Description

由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法
技术领域
本发明属于机械加工制造技术领域，涉及一种由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法。
背景技术
无机酚醛气凝胶(IPC)为一种新型复合隔热材料，为整体成型的多层复合结构，以多层梯度纤维预制体为增强体，表面为致密化的抗冲刷层，中间芯层为常压干燥酚醛气凝胶，无机酚醛气凝胶(IPC)加工性能差，加工过程中容易产生出现分层、毛边、撕裂、崩块、脱粘等现象，加工后存在损伤风险。同时无机酚醛气凝胶(IPC)材料抗压性较弱，装夹方式、装夹力大小选择不合理均会造成热防护层损伤。以往无机酚醛气凝胶与金属舱体粘接后以金属舱体作为内支撑及加工基准后进行端面加工，而对于无机酚醛气凝胶(IPC)单独加工在装夹、刀具、切削参数、找正基准等方面存在一定困难。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，解决无机酚醛气凝胶(IPC)单独加工在装夹、刀具、切削参数、找正基准等方面存在的加工难题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其加工过程如下：
首先，产品成型时，舱段两端分别成型一条环形刻线作为加工基准；
接下来，舱段端面加工时，以环形刻线为基准，使用内撑工装支撑在舱段内壁，舱段端部留出设定余量，去除多余部位，对舱段端面进行铣磨加工。
其中，产品成型时，在模具上按两端理论尺寸余量5mm的位置在模具上刻出一条宽度为0.5mm环形刻线，在产品成型同时成型出一条环形刻线作为加工基准。
其中，端面加工时，先使用锯片铣刀留余量5mm，去除多余部位，后再采用铣磨头对端面进行精加工；锯片铣刀采用顺铣加工，主轴转速S150-200r/min，进给量F100-150mm/min，径向切深3-5mm，切宽一次到位；铣磨头采用顺铣加工，主轴转速S400-500r/min，进给量F100-120mm/min，切宽60％刀具直径，切深1mm。
其中，所述内撑工装包括大端内撑部件、小端内撑部件、拉杆4、大端外侧辅助装夹部件、小端外侧辅助装夹部件；大端内撑部件和小端内撑部件分别支撑在舱段两端内壁上，并通过拉杆4连接形成整体，加工舱段大端端面时，在舱段小端外壁上设置小端外侧辅助装夹部件，加工舱段小端端面时，在舱段大端外壁上设置大端外侧辅助装夹部件，用于辅助装夹。
其中，所述大端内撑部件包括大端内撑块2和大端内撑安装板3，大端内撑安装板3的形状与舱段结构大端截面形状为相似图形，大端内撑安装板3的尺寸小于舱段结构大端截面尺寸，大端内撑安装板3外表面中心位置通过螺钉固定安装一块大端调节安装块11，大端调节安装块11的周向沿径向设置多根大端调节杆，每根大端调节杆包括第一固定杆部和第一调节杆部，第一固定杆部一端固定在大端调节安装块11上，另一端设置为第一螺纹段，第一调节杆部一端为第一螺纹套管，第一螺纹套管与第一螺纹段螺纹连接，第一调节杆部另一端固定连接一个大端内撑块2，大端内撑块2的外侧用于支撑在舱段大端内壁上，其形状与舱段大端内壁形状相匹配；大端内撑安装板3上设置有多组固定螺纹孔，每组固定螺纹孔对应一块大端内撑块2设置，大端内撑块2上开设有两个长圆形沉孔，在大端内撑块2调节到位时，使用螺钉穿过长圆形沉孔和固定螺纹孔，将大端内撑块2固定定位。
其中，所述大端内撑部件还包括大端底板1，其尺寸大于舱段大端端面尺寸，在加工舱段小端端面时，将大端底板1布置在大端内撑块2外侧，通过拉杆4与大端内撑安装板3连接，大端底板1放置在机床工作台上，进行舱段定位。
其中，所述小端内撑部件与大端内撑部件结构设计原理相同，包括小端内撑安装板5和小端内撑块6，小端内撑安装板5的形状与舱段结构小端截面形状为相似图形，小端内撑安装板5的尺寸小于舱段结构小端截面尺寸，小端内撑安装板5外表面中心位置通过螺钉固定安装一块小端调节安装块14，小端调节安装块14的周向沿径向设置多根小端调节杆，每根小端调节杆包括第二固定杆部和第二调节杆部，第二固定杆部一端固定在小端调节安装块14上，另一端设置为第二螺纹段，第二调节杆部一端为第二螺纹套管，第二螺纹套管与第二螺纹段螺纹连接，第二调节杆部另一端固定连接一个小端内撑块6，小端内撑块6的外侧用于支撑在舱段小端内壁上，其形状与舱段小端内壁形状相匹配；小端内撑安装板5上设置有多组固定螺纹孔，每组固定螺纹孔对应一块小端内撑块6设置，小端内撑块6上开设有两个长圆形沉孔，在小端内撑块6调节到位时，使用螺钉17穿过长圆形沉孔和固定螺纹孔，将小端内撑块6固定定位。
其中，所述小端内撑部件还包括小端底板7，其尺寸大于舱段小端端面尺寸，在加工舱段大端端面时，将小端底板7布置在小端内撑块6外侧，通过拉杆4与小端内撑安装板5连接，小端底板7放置在机床工作台上，进行舱段定位。
其中，所述大端外侧辅助装夹部件和小端外侧辅助装夹部件结构相同，均包括多组装夹组件，多组装夹组件分别安装在对应的大端底板1、小端底板7上；每组装夹组件包括外顶块8、外螺杆10、外安装块9，外安装块9一端通过螺钉与对应端部的底板垂直连接，外螺杆10螺纹连接拧入外安装块9另一端，外螺杆10前端安装外顶块8，旋转调节外螺杆10伸出长度，将外顶块8与舱段端部外壁贴紧。
其中，所述拉杆4为台阶结构，拉杆4中间部位直径大于两端端部直径，两端端部设置为外螺纹段，外螺纹段与大端内撑安装板3、小端内撑安装板5上开设的螺纹孔螺纹连接；大端内撑安装板3和小端内撑安装板5与拉杆4台阶面装配贴合后，内撑工装两端大端内撑块2和小端内撑块6的间距满足待加工舱段理论尺寸长度。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，实现了无金属基体找正的基准准确性；保证了无金属基体的无机酚醛气凝胶(IPC)单独加工，满足使用要求；利用工装装夹，实现了产品的可靠稳定装夹。
附图说明
图1为本发明实施例中内撑工装的主视图。
图2为图1中内撑工装的卧式图。
图3为大端内撑部件示意图。
图4为小端内撑部件示意图。
图5为大、小端内撑部件与拉杆装配示意图。
图6为拉杆结构示意图。
图7为图6的A-A向视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
针对现有技术中所存在的问题，本发明的加工思路设计如下：
1、针对无机酚醛气凝胶(IPC)舱段类结构加工基准问题，利用产品成型时在模具上刻线，基准与产品一同成型出来。
2、针对产品切削问题，确定加工刀具、加工顺序及切削参数。
3、针对装夹问题，设计内撑工装用于可靠装夹。
本实施例由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法的过程如下：
首先，产品成型时，两端分别成型一条环形刻线作为加工基准
无机酚醛气凝胶(IPC)舱段类结构复杂，产品成型为模具成型，为保证基准准确，产品在成型时，在模具上按两端理论尺寸余量5mm的位置在模具上刻出一条宽度为0.5mm环形刻线，在产品成型同时成型出一条环形刻线作为加工基准。
接下来，端面加工时，留出设定余量，去除多余部位，对端面进行铣磨加工
在对端面进行铣磨加工时，顺序为：先使用锯片铣刀留余量5mm，去除大量多余部位，后再采用铣磨头对端面进行精加工。
具体加工参数：
锯片铣刀：顺铣加工(工件运动方向与刀具转动方向一致)，S150-200r/min，F100-150mm/min，径向切深3-5mm，切宽一次到位。
铣磨头：顺铣加工(工件运动方向与刀具转动方向一致)，S400-500r/min，F100-120mm/min，切宽60％刀具直径，切深1mm。
产品端面加工时，使用内撑工装对产品进行装夹，实现产品有效可靠定位的同时，方便加工。
如图1至图7所示，内撑工装包括大端内撑部件、小端内撑部件、拉杆4、大端外侧辅助装夹部件、小端外侧辅助装夹部件。大端内撑部件和小端内撑部件分别支撑在舱段结构的两端内壁上，并通过拉杆4连接形成整体，对应大端内撑部件和小端内撑部件，在舱段结构的两端外壁上设置大端外侧辅助装夹部件、小端外侧辅助装夹部件，用于辅助装夹。
大端内撑部件包括大端内撑块2和大端内撑安装板3，大端内撑安装板3的形状与舱段结构大端截面形状为相似图形，大端内撑安装板3的尺寸小于舱段结构大端截面尺寸，大端内撑安装板3外表面中心位置通过螺钉固定安装一块大端调节安装块11，大端调节安装块11的周向沿径向设置多根大端调节杆，如图3中所示的两根第一大端调节杆12和两根第二大端调节杆13，每根大端调节杆包括第一固定杆部和第一调节杆部，第一固定杆部一端固定在大端调节安装块11上，另一端设置为第一螺纹段，第一调节杆部一端为第一螺纹套管，第一螺纹套管与第一螺纹段螺纹连接，第一调节杆部另一端固定连接一个大端内撑块2，大端内撑块2的外侧用于支撑在舱段大端内壁上，其形状与舱段大端内壁形状相匹配。大端内撑安装板3上设置有多组固定螺纹孔，每组固定螺纹孔对应一块大端内撑块2设置，大端内撑块2上开设有两个长圆形沉孔，在大端内撑块2调节到位时，使用螺钉穿过长圆形沉孔和固定螺纹孔，将大端内撑块2固定定位。
大端内撑部件还包括大端底板1，其尺寸大于舱段大端端面尺寸，在加工舱段小端端面时，将大端底板1布置在大端内撑块2外侧，通过拉杆4与大端内撑安装板3连接，大端底板1放置在机床工作台上，进行舱段定位。
小端内撑部件与大端内撑部件结构设计原理相同，包括小端内撑安装板5和小端内撑块6，小端内撑安装板5的形状与舱段结构小端截面形状为相似图形，小端内撑安装板5的尺寸小于舱段结构小端截面尺寸，小端内撑安装板5外表面中心位置通过螺钉固定安装一块小端调节安装块14，小端调节安装块14的周向沿径向设置多根小端调节杆，如图4中所示的两根第一小端调节杆15和两根第二小端调节杆16，每根小端调节杆包括第二固定杆部和第二调节杆部，第二固定杆部一端固定在小端调节安装块14上，另一端设置为第二螺纹段，第二调节杆部一端为第二螺纹套管，第二螺纹套管与第二螺纹段螺纹连接，第二调节杆部另一端固定连接一个小端内撑块6，小端内撑块6的外侧用于支撑在舱段小端内壁上，其形状与舱段小端内壁形状相匹配。小端内撑安装板5上设置有多组固定螺纹孔，每组固定螺纹孔对应一块小端内撑块6设置，小端内撑块6上开设有两个长圆形沉孔，在小端内撑块6调节到位时，使用螺钉17穿过长圆形沉孔和固定螺纹孔，将小端内撑块6固定定位。
小端内撑部件还包括小端底板7，其尺寸大于舱段小端端面尺寸，在加工舱段大端端面时，将小端底板7布置在小端内撑块6外侧，通过拉杆4与小端内撑安装板5连接，小端底板7放置在机床工作台上，进行舱段定位。
大端底板1和小端底板7上还分别开设有操作窗口，每个操作窗口对应一根调节杆，通过操作窗口可以进一步调整调节杆的伸长状态。
大端外侧辅助装夹部件和小端外侧辅助装夹部件结构相同，均包括多组装夹组件，间隔布置在待夹持舱段端部外周面上，对舱段端部进行径向定位夹持。
多组装夹组件分别安装在对应的大端底板1、小端底板7上。每组装夹组件包括外顶块8、外螺杆10、外安装块9，外安装块9一端通过螺钉与对应端部的底板垂直连接，外螺杆10螺纹连接拧入外安装块9另一端，外螺杆10前端安装外顶块8，旋转调节外螺杆10伸出长度，将外顶块8与舱段端部外壁贴紧，起到辅助装夹的作用。
本实施例中，大端内撑块2和小端内撑块6之间的间距为待加工舱段理论尺寸长度。
如图6和图7所示，拉杆4为台阶结构，拉杆4中间部位直径大于两端端部直径，两端端部设置为外螺纹段，外螺纹段与大端内撑安装板3、小端内撑安装板5上开设的螺纹孔螺纹连接。大端内撑安装板3和小端内撑安装板5与拉杆4台阶面装配贴合后，可保证内撑工装两端大端内撑块2和小端内撑块6的间距满足待加工舱段理论尺寸长度。
内撑工装在使用时，首先，不加工的舱段端部以产品成型时距理论端面尺寸余量5mm的位置的刻线为基准，测量一段内撑块端面距刻线5mm位置，通过内撑调节杆将内撑块撑紧产品，并用螺钉将内撑块拧紧；将该侧的底板与产品端面贴合；将拉杆穿入内撑安装板中，拉杆台阶面与内撑安装板面贴合，并旋转拉杆与底板上的拉杆螺孔拧紧；将外安装块通过螺钉与底板连接，外螺杆拧入外安装块中并在外螺杆前段装入外顶块，螺杆旋转调节外螺杆伸出长度将外顶块与产品贴紧起到辅助装夹的作用。然后，将待加工一端的内撑部件通过拉杆装入，内撑安装板与拉杆台阶面贴合，并用螺母穿入拉杆并拧紧。通过内撑工装实现产品的可靠稳定装夹。
舱段的两端端面加工，采用上述方式更换装夹方式即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其特征在于，加工过程如下：
首先，产品成型时，舱段两端分别成型一条环形刻线作为加工基准；
接下来，舱段端面加工时，以环形刻线为基准，使用内撑工装支撑在舱段内壁，舱段端部留出设定余量，去除多余部位，对舱段端面进行铣磨加工；
其中，所述内撑工装包括大端内撑部件、小端内撑部件、拉杆(4)、大端外侧辅助装夹部件、小端外侧辅助装夹部件；大端内撑部件和小端内撑部件分别支撑在舱段两端内壁上，并通过拉杆(4)连接形成整体，加工舱段大端端面时，在舱段小端外壁上设置小端外侧辅助装夹部件，加工舱段小端端面时，在舱段大端外壁上设置大端外侧辅助装夹部件，用于辅助装夹。
2.如权利要求1所述的由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其特征在于，产品成型时，在模具上按两端理论尺寸余量5mm的位置，在模具两端上分别刻出一条宽度为0.5mm环形刻线，在产品成型同时，在产品两端分别成型出一条环形刻线作为加工基准。
3.如权利要求2所述的由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其特征在于，端面加工时，先使用锯片铣刀留余量5mm，去除多余部位后，再采用铣磨头对端面进行精加工；锯片铣刀采用顺铣加工，主轴转速S150-200r/min，进给量F100-150 mm/min，径向切深3-5mm，切宽一次到位；铣磨头采用顺铣加工，主轴转速S400-500r/min，进给量F100-120 mm/min，切宽60％刀具直径，切深1mm。
4.如权利要求3所述的由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其特征在于，所述大端内撑部件包括大端内撑块(2)和大端内撑安装板(3)，大端内撑安装板(3)的形状与舱段结构大端截面形状为相似图形，大端内撑安装板(3)的尺寸小于舱段结构大端截面尺寸，大端内撑安装板(3)外表面中心位置通过螺钉固定安装一块大端调节安装块(11)，大端调节安装块(11)的周向沿径向设置多根大端调节杆，每根大端调节杆包括第一固定杆部和第一调节杆部，第一固定杆部一端固定在大端调节安装块(11)上，另一端设置为第一螺纹段，第一调节杆部一端为第一螺纹套管，第一螺纹套管与第一螺纹段螺纹连接，第一调节杆部另一端固定连接一个大端内撑块(2)，大端内撑块(2)的外侧用于支撑在舱段大端内壁上，其形状与舱段大端内壁形状相匹配；大端内撑安装板(3)上设置有多组固定螺纹孔，每组固定螺纹孔对应一块大端内撑块(2)设置，大端内撑块(2)上开设有两个长圆形沉孔，在大端内撑块(2)调节到位时，使用螺钉穿过长圆形沉孔和固定螺纹孔，将大端内撑块(2)固定定位。
5.如权利要求4所述的由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其特征在于，所述大端内撑部件还包括大端底板(1)，其尺寸大于舱段大端端面尺寸，在加工舱段小端端面时，将大端底板(1)布置在大端内撑块(2)外侧，通过拉杆(4)与大端内撑安装板(3)连接，大端底板(1)放置在机床工作台上，进行舱段定位。
6.如权利要求5所述的由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其特征在于，所述小端内撑部件包括小端内撑安装板(5)和小端内撑块(6)，小端内撑安装板(5)的形状与舱段结构小端截面形状为相似图形，小端内撑安装板(5)的尺寸小于舱段结构小端截面尺寸，小端内撑安装板(5)外表面中心位置通过螺钉固定安装一块小端调节安装块(14)，小端调节安装块(14)的周向沿径向设置多根小端调节杆，每根小端调节杆包括第二固定杆部和第二调节杆部，第二固定杆部一端固定在小端调节安装块(14)上，另一端设置为第二螺纹段，第二调节杆部一端为第二螺纹套管，第二螺纹套管与第二螺纹段螺纹连接，第二调节杆部另一端固定连接一个小端内撑块(6)，小端内撑块(6)的外侧用于支撑在舱段小端内壁上，其形状与舱段小端内壁形状相匹配；小端内撑安装板(5)上设置有多组固定螺纹孔，每组固定螺纹孔对应一块小端内撑块(6)设置，小端内撑块(6)上开设有两个长圆形沉孔，在小端内撑块(6)调节到位时，使用螺钉(17)穿过长圆形沉孔和固定螺纹孔，将小端内撑块(6)固定定位。
7.如权利要求6所述的由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其特征在于，所述小端内撑部件还包括小端底板(7)，其尺寸大于舱段小端端面尺寸，在加工舱段大端端面时，将小端底板(7)布置在小端内撑块(6)外侧，通过拉杆(4)与小端内撑安装板(5)连接，小端底板(7)放置在机床工作台上，进行舱段定位。
8.如权利要求7所述的由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其特征在于，所述大端外侧辅助装夹部件和小端外侧辅助装夹部件结构相同，均包括多组装夹组件，多组装夹组件分别安装在对应的大端底板(1)、小端底板(7)上；每组装夹组件包括外顶块(8)、外螺杆(10)、外安装块(9)，外安装块(9)一端通过螺钉与对应端部的底板垂直连接，外螺杆(10)螺纹连接拧入外安装块(9)另一端，外螺杆(10)前端安装外顶块(8)，旋转调节外螺杆(10)伸出长度，将外顶块(8)与舱段端部外壁贴紧。
9.如权利要求8所述的由无机酚醛气凝胶制成的舱段结构的加工方法，其特征在于，所述拉杆(4)为台阶结构，拉杆(4)中间部位直径大于两端端部直径，两端端部设置为外螺纹段，外螺纹段与大端内撑安装板(3)、小端内撑安装板(5)上开设的螺纹孔螺纹连接；大端内撑安装板(3)和小端内撑安装板(5)与拉杆(4)台阶面装配贴合后，内撑工装两端大端内撑块(2)和小端内撑块(6)的间距满足待加工舱段理论尺寸长度。
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