CN114193159A - 无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法 - Google Patents

无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其加工过程为：首先采用装夹工装将无机酚醛气凝胶口盖结构在机床上进行装夹和找正，然后采用波纹铣刀先对金属口盖四周留有余量的无机酚醛气凝胶进行加工，使其与金属口盖四周平齐；最后采用手工对无机酚醛气凝胶上的复合角度孔进行加工，加工后与金属口盖角度孔同轴；其中，无机酚醛气凝胶口盖结构包括金属口盖和粘接在其上的无机酚醛气凝胶。本发明利用钻模、导向台阶钻实现了手工复合角度孔的加工，并满足使用要求；利用工装装夹，实现了产品的可靠稳定装夹。

Description

无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法
技术领域
本发明属于加工制造技术领域，涉及一种无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法。
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。
本产品为口盖结构，内侧粘接有金属口盖，无机酚醛气凝胶(IPC)与金属口盖粘接后需对无机酚醛气凝胶(IPC)四周及型面上的孔进行加工。金属口盖已加工至理论尺寸且口盖型面为复合曲面、孔为复合角度孔。同时在对无机酚醛气凝胶(IPC)粘接时四周留有余量需在粘接后进行去除，金属口盖厚度仅为2mm，加工时无法对金属口盖进行装夹。对于复合角度孔，以往加工为在五轴机床进行，加工成本高，加工周期长。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，基于金属口盖粘接无机酚醛气凝胶结构，解决无机酚醛气凝胶的装夹及复合角度孔在五轴机床进行加工成本高、加工周期长的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，加工方法的过程为：首先采用装夹工装将无机酚醛气凝胶口盖结构在机床上进行装夹和找正，然后采用波纹铣刀先对金属口盖四周留有余量的无机酚醛气凝胶进行加工，使其与金属口盖四周平齐；最后采用手工对无机酚醛气凝胶上的复合角度孔进行加工，加工后与金属口盖角度孔同轴；其中，无机酚醛气凝胶口盖结构包括金属口盖和粘接在其上的无机酚醛气凝胶。
其中，所述装夹工装包括底板3、定位胎1、压板2和弓型夹4，底板3布置在机床工作台上，定位胎1底部与底板3通过螺钉连接，用于在机床工作台上的装夹；定位胎1顶部设置上型面，其上布置无机酚醛气凝胶口盖结构，上型面的形状和尺寸分别与金属口盖的形状和理论尺寸一致；压板2盖压在无机酚醛气凝胶口盖结构上，压板2底部盖压面与无机酚醛气凝胶外形型面随型；弓型夹4两端分别夹持在定位胎1和压板2上，将定位胎1和压板2夹紧。
其中，所述定位胎1上设置找正用方孔，方孔贯穿定位胎1，方孔顶面和底面分别平行于定位胎1的底面，方孔两侧面对称布置，对称面穿过定位胎1轴向中心轴且将定位胎1分为左右对称的两部分。
其中，所述弓形夹4设置有三组，分别记为第一弓形夹、第二弓形夹和第三弓形夹；第一弓形夹布置在方孔开口段，第二弓形夹和第三弓形夹分别夹持在定位胎1和压板2的两侧，位于方孔轴向两侧位置。
其中，所述弓形夹4设置为U形，包括相平行的下夹杆、上夹杆以及连接上、下夹板的侧杆，上夹杆端部开有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接压紧螺钉5。
其中，所述第一弓形夹中，下夹板与方孔顶面接触，上夹板位于压板2顶面上方，调整压紧螺钉5，使压紧螺钉5紧压在压板2顶面上，实现第一弓形夹对定位胎1和压板2的夹持。
其中，所述压板2顶部包括顶面和位于顶面两侧的侧斜面，顶面平行于定位胎1底面，侧斜面分别向两侧下方倾斜；定位胎1两侧分别开设平行于方孔轴向的U型通槽，U型通槽的顶面与侧斜面平行，第二弓形夹和第三弓形夹分别夹持在U形通槽的顶面和侧斜面上。
其中，所述第一弓形夹在方孔两端开口位置分别布置，实现金属口盖两端无机酚醛气凝胶的加工；第二弓形夹和第三弓形夹中，上、下夹杆平行于方孔轴向布置，进行金属口盖两侧无机酚醛气凝胶的加工，上、下夹杆垂直于方孔轴向布置，进行金属口盖两端无机酚醛气凝胶的加工。
其中，所述复合角度孔加工时，使用钻模及台阶钻实现手工复合角度孔的加工，钻模为弧形板状结构，其顶面与金属口盖底面形状相匹配，钻模上加工有一个预制孔，预制孔的直径小于金属口盖上角度孔的直径，钻模顶面上设置有一个定位圆柱，定位圆柱外径与金属口盖上角度孔直径一致，定位圆柱高度与金属口盖厚度一致，钻模顶面贴合在金属口盖底面上时，预制孔与金属口盖上角度孔同轴；台阶钻前端直径与预制孔直径一致，后端直径与金属口盖上角度孔直径一致；台阶钻前端长度与无机酚醛气凝胶厚度一致。
其中，所述复合角度孔加工时，将钻模定位圆柱插入金属口盖角度孔中，同时钻模与金属口盖型面贴合，使用台阶钻穿过预制孔，先在无机酚醛气凝胶上加工导向孔，导向孔直径小于复合孔直径；然后使用台阶钻导向部位插入已加工的导向孔中，然后进行孔的扩孔。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，利用钻模、导向台阶钻实现了手工复合角度孔的加工，并满足使用要求；利用工装装夹，实现了产品的可靠稳定装夹。
附图说明
图1为本发明实施例装夹工装的主视图。
图2为图1的左视图。
图3为图1的俯视图。
图4为钻模加工示意图。
图5为钻模结构示意图。
图6为图5的俯视图。
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。
针对金属口盖粘接无机酚醛气凝胶结构的复合角度孔加工问题，本实施例的设计思路如下：
1、针对复合角度孔，采用钻模及刀具实现手工复合角度孔的加工。
2、针对装夹困难，在装夹工装上设计加工基准，用于产品的快速装夹及找正。
参照图1至图6所示，本实施例无机酚醛气凝胶口盖结构加工方法的过程为：首先采用装夹工装将无机酚醛气凝胶口盖结构在机床上进行装夹和找正，然后采用波纹铣刀先对金属口盖四周留有余量的无机酚醛气凝胶进行加工，使其与金属口盖四周平齐；最后采用手工对无机酚醛气凝胶上的复合角度孔进行加工，加工后与金属口盖孔同轴。其中，无机酚醛气凝胶口盖结构包括金属口盖和粘接在其上的无机酚醛气凝胶。
本实施例的加工方法，能够采用三轴数铣机床加工，与常规的采用五轴机床相比，加工周期短，成本低。
如图1至图3所示，本实施例所采用的装夹工装包括底板3、定位胎1、压板2和弓型夹4，底板3布置在机床工作台上，定位胎1底部与底板3通过螺钉连接，用于在机床工作台上的装夹；定位胎1顶部设置上型面，其上布置无机酚醛气凝胶口盖结构，上型面的形状和尺寸分别与金属口盖的形状和理论尺寸一致；压板2盖压在无机酚醛气凝胶口盖结构上，压板2底部盖压面与无机酚醛气凝胶外形型面随型；弓型夹4两端分别夹持在定位胎1和压板2上，将定位胎1和压板2夹紧。
其中，定位胎1上设置找正用方孔，方孔贯穿定位胎1，方孔顶面和底面分别平行于定位胎1的底面，方孔两侧面对称布置，对称面穿过定位胎1轴向中心轴且将定位胎1分为左右对称的两部分。因为定位胎1上型面及四周外形尺寸按金属口盖形状和理论尺寸设计，这就保证了金属口盖与定位胎1上型面四周对齐后，方孔的对称面与金属口盖的对称面一致。数控加工需要建立加工用坐标轴系，包括X轴、Y轴和Z轴，在加工时找正方孔底面，以确定X轴，定位胎1厚度中心面确定为Y轴，方孔侧面对称中心面确定为Z轴，由此即可确定数控加工时的三坐标轴。
弓形夹4设置有三组，分别记为第一弓形夹、第二弓形夹和第三弓形夹；第一弓形夹布置在方孔开口段，第二弓形夹和第三弓形夹分别夹持在定位胎1和压板2的两侧，位于方孔轴向两侧位置。
弓形夹4设置为U形，包括相平行的下夹杆、上夹杆以及连接上、下夹板的侧杆，上夹杆端部开有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接压紧螺钉5。
第一弓形夹中，下夹板与方孔顶面接触，上夹板位于压板2顶面上方，调整压紧螺钉5，使压紧螺钉5紧压在压板2顶面上，实现第一弓形夹对定位胎1和压板2的夹持。定位胎1上的方孔顶面用于第一弓形夹的夹持贴合面，保证第一弓形夹的夹持稳定。
压板2顶部包括顶面和位于顶面两侧的侧斜面，顶面平行于定位胎1底面，侧斜面分别向两侧下方倾斜。定位胎1两侧分别开设平行于方孔轴向的U型通槽，U型通槽的顶面与侧斜面平行，第二弓形夹和第三弓形夹分别夹持在U形通槽的顶面和侧斜面上。
在进行金属口盖四周留有余量的无机酚醛气凝胶加工时，根据加工位置的不同，三个弓形夹均可以更换方向，以避让刀具。第一弓形夹在方孔两端开口位置分别布置，可以实现金属口盖两端的加工。第二弓形夹和第三弓形夹中，上、下夹杆平行于方孔轴向布置，能够进行金属口盖两侧的加工，上、下夹杆垂直于方孔轴向布置，能够进行金属口盖两端的加工。总之，U型通槽的设置，巧妙的实现了弓形夹在定位胎1长度方向、厚度两面的不同方向的夹持，实现金属口盖四周加工时避让刀具，同时还能保持两端夹持的稳定。
金属口盖四周留有余量的无机酚醛气凝胶加工时，首先，底板3与定位胎1通过螺钉连接，并将底板3与机床工作台装夹；将粘接后的金属口盖与定位胎1上型面四周对齐，保证产品在工装上的位置正确；利用三组弓形夹4，分别在端部、两侧共三个方向对定位胎1和压板2进行夹紧，第一弓形夹可进行前后两个方向的夹紧，用于避开两侧加工部位；将工装竖直放置在机床上加工时，以定位胎1上中心设计出方孔为基准，先用波纹铣刀侧齿对IPC产品宽度两侧进行加工，然后将工装平躺放置在机床工作台上，仍以定位胎1上中心设计出与产品对称中心对称的找正用方孔为基准进行两侧面及宽度方向下陷的加工。由于定位胎1上型面及长宽尺寸均为金属口盖理论尺寸，因此加工深度至定位胎1表面或距表面相应的距离即可保证IPC产品四周加工后与金属口盖平齐或满足IPC距金属的理论距离。
复合角度孔加工时，使用钻模及台阶钻实现手工复合角度孔的加工。如图4至图6所示，钻模为弧形板状结构，其顶面与金属口盖底面形状相匹配，钻模上加工有一个预制孔，预制孔的直径小于金属口盖上角度孔的直径，钻模顶面上设置有一个定位圆柱，定位圆柱外径与金属口盖上角度孔直径一致，定位圆柱高度与金属口盖厚度一致，钻模顶面贴合在金属口盖底面上时，预制孔与金属口盖上角度孔同轴。台阶钻前端直径与预制孔直径一致，后端直径与金属口盖上角度孔直径一致；台阶钻前端长度与无机酚醛气凝胶厚度一致。
金属口盖上的角度孔已加工至理论状态，在无机酚醛气凝胶上进一步加工复合孔时，将钻模定位圆柱插入金属口盖角度孔中，同时钻模与金属口盖型面贴合，使用台阶钻穿过预制孔，先在无机酚醛气凝胶上加工导向孔，导向孔直径小于复合孔直径，保证了导向孔位置的正确；然后使用台阶钻对导向孔孔进行扩孔加工，保证了孔的位置及复合角度的正确。
导向的台阶钻钻头前端为与已加工出的导向孔孔径一致的导向部位，长度为与无机酚醛气凝胶厚度一致，后端为复合孔需要加工至的孔径，加工时先将钻头通过导向部位插入已加工的导向孔中，然后进行孔的扩孔。
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 (10)

1.一种无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其特征在于，加工方法的过程为：首先采用装夹工装将无机酚醛气凝胶口盖结构在机床上进行装夹和找正，然后采用波纹铣刀先对金属口盖四周留有余量的无机酚醛气凝胶进行加工，使其与金属口盖四周平齐；最后采用手工对无机酚醛气凝胶上的复合角度孔进行加工，加工后与金属口盖角度孔同轴；其中，无机酚醛气凝胶口盖结构包括金属口盖和粘接在其上的无机酚醛气凝胶。
2.如权利要求1所述的无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其特征在于，所述装夹工装包括底板(3)、定位胎(1)、压板(2)和弓型夹(4)，底板(3)布置在机床工作台上，定位胎(1)底部与底板(3)通过螺钉连接，用于在机床工作台上的装夹；定位胎(1)顶部设置上型面，其上布置无机酚醛气凝胶口盖结构，上型面的形状和尺寸分别与金属口盖的形状和理论尺寸一致；压板(2)盖压在无机酚醛气凝胶口盖结构上，压板(2)底部盖压面与无机酚醛气凝胶外形型面随型；弓型夹(4)两端分别夹持在定位胎(1)和压板(2)上，将定位胎(1)和压板(2)夹紧。
3.如权利要求2所述的无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其特征在于，所述定位胎(1)上设置找正用方孔，方孔贯穿定位胎(1)，方孔顶面和底面分别平行于定位胎(1)的底面，方孔两侧面对称布置，对称面穿过定位胎(1)轴向中心轴且将定位胎(1)分为左右对称的两部分。
4.如权利要求3所述的无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其特征在于，所述弓形夹(4)设置有三组，分别记为第一弓形夹、第二弓形夹和第三弓形夹；第一弓形夹布置在方孔开口段，第二弓形夹和第三弓形夹分别夹持在定位胎(1)和压板(2)的两侧，位于方孔轴向两侧位置。
5.如权利要求4所述的无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其特征在于，所述弓形夹(4)设置为U形，包括相平行的下夹杆、上夹杆以及连接上、下夹板的侧杆，上夹杆端部开有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接压紧螺钉(5)。
6.如权利要求5所述的无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其特征在于，所述第一弓形夹中，下夹板与方孔顶面接触，上夹板位于压板(2)顶面上方，调整压紧螺钉(5)，使压紧螺钉(5)紧压在压板(2)顶面上，实现第一弓形夹对定位胎(1)和压板(2)的夹持。
7.如权利要求6所述的无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其特征在于，所述压板(2)顶部包括顶面和位于顶面两侧的侧斜面，顶面平行于定位胎(1)底面，侧斜面分别向两侧下方倾斜；定位胎(1)两侧分别开设平行于方孔轴向的U型通槽，U型通槽的顶面与侧斜面平行，第二弓形夹和第三弓形夹分别夹持在U形通槽的顶面和侧斜面上。
8.如权利要求7所述的无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其特征在于，所述第一弓形夹在方孔两端开口位置分别布置，实现金属口盖两端无机酚醛气凝胶的加工；第二弓形夹和第三弓形夹中，上、下夹杆平行于方孔轴向布置，进行金属口盖两侧无机酚醛气凝胶的加工，上、下夹杆垂直于方孔轴向布置，进行金属口盖两端无机酚醛气凝胶的加工。
9.如权利要求8所述的无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其特征在于，所述复合角度孔加工时，使用钻模及台阶钻实现手工复合角度孔的加工，钻模为弧形板状结构，其顶面与金属口盖底面形状相匹配，钻模上加工有一个预制孔，预制孔的直径小于金属口盖上角度孔的直径，钻模顶面上设置有一个定位圆柱，定位圆柱外径与金属口盖上角度孔直径一致，定位圆柱高度与金属口盖厚度一致，钻模顶面贴合在金属口盖底面上时，预制孔与金属口盖上角度孔同轴；台阶钻前端直径与预制孔直径一致，后端直径与金属口盖上角度孔直径一致；台阶钻前端长度与无机酚醛气凝胶厚度一致。
10.如权利要求9所述的无机酚醛气凝胶口盖结构的加工方法，其特征在于，所述复合角度孔加工时，将钻模定位圆柱插入金属口盖角度孔中，同时钻模与金属口盖型面贴合，使用台阶钻穿过预制孔，先在无机酚醛气凝胶上加工导向孔，导向孔直径小于复合孔直径；然后使用台阶钻导向部位插入已加工的导向孔中，然后进行孔的扩孔。
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