CN113145908B - 高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，通过使用硬度高、耐磨性好的硬质合金立铣刀和球头铣刀，提高换刀的频率保持切削刃锋利，并采用小进刀的加工方式，减小切削力；在切削过程中持续使用乳化液降低工件表面温度，避免产生打火现象，保证高温宽带电磁吸收复合材料薄壳结构的加工精度；通过设计装夹工装，尽量避免装夹力直接作用于工件表面导致材料开裂损坏，加工尺寸精度高、可操作性强，产品加工一致性好，完全满足高集成度结构功能一体化共形天线的制造需求，确保薄壳结构在加工过程中不产生裂纹、崩边等问题，并保证各处加工精度公差控制在±0.03mm。

Description

高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法
技术领域
本发明涉及一体化天线制造领域，具体而言，涉及一种高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法。
背景技术
由于传统天线制造集成度要求不高，目前用于天线的电磁吸收结构主要为简单的平面结构，且此类吸收材料普遍采用中温环氧树脂制备，材料硬度不高，传统的机械加工方法均能满足要求。随着天线向高可靠性和结构功能一体化方向发展，其核心组成部分的吸收结构在加工形状、加工精度以及工艺兼容性等方面的要求越来越高。高温宽带电磁吸收复合材料作为一种新型材料，与其他传统的电磁吸收材料相比，具有以下优点：在0.7GHZ—25GHZ的宽频段内具有优异的电性能和磁性能；热变形温度较高，可达到200℃—220℃，能与产品后续各种诸如焊接、共固化等高温工艺兼容，广泛适用于性能要求较高的共形一体化天线设计中。
高温宽带电磁吸收复合材料是利用NiFe2O4的吸波特性，通过真空搅拌工艺分散在树脂体系中，经高温共固化加工而成，其生产步骤主要包括配合料制备、分散、固化和后加工等。高温宽带电磁吸收复合材料由10%—15%的改性环氧酚醛树脂基体和80%的NiFe2O4的颗粒组成，材料本身脆性和硬度较大，对加工刀具会产生严重磨损，在干燥条件下进行切削极易产生火花；改性环氧酚醛树脂基体与NiFe2O4存在结合界面，且界面结合强度不高，在切削力的作用下界面结合处容易出现开裂和崩边现象。基于以上两点，高温宽带电磁吸收复合材料加工困难，尤其是形状复杂且精度要求高的结构加工难度更大。
又由于天线对结构功能一体化的需求，导致各组成结构的形态越来越复杂，高温宽带电磁吸收复合材料出现了复杂的曲面薄壳结构，厚度薄（＜3mm），精度要求高（公差带±0.03mm），且由于曲面开通腔形成了多处薄壁结构（壁厚1.5mm）。如果采用传统机械加工工艺和装夹方式进行加工，极易产生崩边、开裂、毛刺多等问题，且加工精度也很难满足复杂吸波结构的要求。因此，急需要一种固定效果好，加工精度高的高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法。
发明内容
本发明旨在提供一种高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，通过使用硬度高、耐磨性好的硬质合金立铣刀和球头铣刀，通过提高换刀的频率保持切削刃锋利，并采用小进刀的加工方式，减小切削力；同时在切削过程中持续使用乳化液降低工件表面温度，避免产生打火现象，保证高温宽带电磁吸收复合材料薄壳结构的加工精度；并且通过设计装夹工装，尽量避免装夹力直接作用于工件表面导致材料开裂损坏，加工尺寸精度高、可操作性强，产品加工一致性好，完全满足高集成度结构功能一体化共形天线的制造需求。
本发明的实施例是这样实现的：
一种高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，曲面薄壳结构包括内侧的凹弧面和外侧的凸弧面，所述曲面薄壳结构上设置有多个连通所述凹弧面和凸弧面的通孔，包括以下步骤：S1：对原料进行初步加工制得粗料，并在预加工凹弧面的一面留有装夹位；S2：采用第一工装夹具固定装夹位，进而将粗料固定在工装夹具上；S3：对粗料预加工凸弧面的一侧进行粗铣，制得第一粗坯；S4：对第一粗坯粗铣的一面进行精铣，制得带有凸弧面的第二粗坯；S5：取下第二粗坯并采用第二工装夹具对第二粗坯进行固定，且凸弧面朝内；S6：对第二粗坯预加工凹弧面的一侧进行粗铣，制得第一细坯；S7：对第一细坯粗铣的一面进行精铣，制得带有凹弧面的第二细坯；S8：采用第三工装夹具对第二细坯进行固定，且第三工装夹具上设置有固定凸台，所述固定凸台用于与所述凹弧面贴合；S9：对第二细坯进行粗铣出多个通孔，然后对多个通孔进行精铣，从而制得曲面薄壳结构。通过使用硬度高、耐磨性好的硬质合金立铣刀和球头铣刀，通过提高换刀的频率保持切削刃锋利，并采用小进刀的加工方式，减小切削力；同时在切削过程中持续使用乳化液降低工件表面温度，避免产生打火现象，保证高温宽带电磁吸收复合材料薄壳结构的加工精度；并且通过设计装夹工装，尽量避免装夹力直接作用于工件表面导致材料开裂损坏，加工尺寸精度高、可操作性强，产品加工一致性好，完全满足高集成度结构功能一体化共形天线的制造需求。在加工过程中通过严格设计合理的工艺流程、工艺参数和装夹工装，确保了薄壳结构在加工过程中不产生裂纹、崩边等问题，并保证各处加工精度公差控制在±0.03mm。
优选的，所述第一工装夹具包括固定部、夹合部和螺杆，所述固定部用于放置所述粗料，并通过所述螺杆将夹合部固定在所述固定部的两端，进而对粗料的装夹位进行固定。由于高温宽带电磁吸收复合材料脆性极大，装夹过程中的装夹力很容易造成材料开裂崩边，故应尽量避免直接装夹工件的成型面，应制作精密工装装夹，使装夹力作用于工装上，而不用直接作用于工件表面上。
优选的，步骤S3中的粗铣使用Φ10硬质合金立铣刀，转速设定在2500RPM—3000RPM范围内，进给设定在500mm/min—550mm/min之内。
优选的，步骤S4中的精铣使用Φ4硬质合金球头铣刀，转速设定在4800RPM—5200RPM范围内，进给设定在1300mm/min—1500mm/min之内，对薄壳结构的凸弧面1进行铣削，精铣过程中每加工五件工件换一把新刀,加工过程中采用乳化液进行冷却。由于高温宽带电磁吸收复合材料内部界面结合力不强，且材料较硬，在切削力作用下材料易开裂崩边和打火，因此加工中采用小进刀，尽量减小加工应力，并在加工过程中持续使用切削液避免打火。
优选的，所述第二工装夹具上设置有凹槽，所述凹槽用于贴合所述第二粗坯的凸弧面，所述凹槽的两端设置有对第二粗坯进行限位的限位凸台。
优选的，在步骤S6中，粗铣使用Φ10硬质合金立铣刀，转速设定在2500RPM—3000RPM范围内，进给设定在700 mm/min—800mm/min之内。
优选的，在步骤S7中，精铣使用Φ4硬质合金球头铣刀，转速设定在4800RPM—5200RPM范围内，进给设定在1300mm/min—1500mm/min之内，对薄壳结构的凹弧面2进行铣削，精铣过程中每加工五件工件换一把新刀，加工过程中采用乳化液进行冷却。
优选的，在步骤S9中，粗铣使用Φ6硬质合金立铣刀，转速设定在3500RPM—4000RPM范围内，进给设定在400 mm/min—500mm/min之内。
优选的，在步骤S9中，精铣使用Φ4硬质合金球头铣刀，转速设定在4700 RPM—4800RPM范围内，进给设定在320mm/min—350mm/min之内，对通腔进行铣削，精铣过程中每加工五件工件换一把新刀。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果包括：本发明的一种高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，通过使用硬度高、耐磨性好的硬质合金立铣刀和球头铣刀，通过提高换刀的频率保持切削刃锋利，并采用小进刀的加工方式，减小切削力；同时在切削过程中持续使用乳化液降低工件表面温度，避免产生打火现象，保证高温宽带电磁吸收复合材料薄壳结构的加工精度；并且通过设计装夹工装，尽量避免装夹力直接作用于工件表面导致材料开裂损坏，加工尺寸精度高、可操作性强，产品加工一致性好，完全满足高集成度结构功能一体化共形天线的制造需求。在加工过程中通过严格设计合理的工艺流程、工艺参数和装夹工装，确保了薄壳结构在加工过程中不产生裂纹、崩边等问题，并保证各处加工精度公差控制在±0.03mm。
附图说明
图1为本发明中的方法步骤流程图；
图2为本发明中薄壳结构示意图；
图3为本发明中图2的A-A剖面图；
图4为本发明中粗料结构示意图；
图5为本发明中第二粗坯结构示意图；
图6为本发明的第二细坯结构示意图；
图7为本发明的夹合部结构示意图；
图8为本发明的第二工装夹具结构示意图；
图9为本发明的第三工装夹具结构示意图。
具体元素符号说明：1、薄壳结构；2、通孔；3、粗料；4、第二粗坯；5、第二细坯；6、夹合部；7、第二工装夹具；8、第三工装夹具；11、凸弧面；12、凹弧面；71、凹槽；72、限位凸台；81、固定凸台。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1：请参阅图1至图9，本实施例的一种高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，曲面薄壳结构1包括内侧的凹弧面12和外侧的凸弧面11，曲面薄壳结构1上设置有多个连通凹弧面12和凸弧面11的通孔2，包括以下步骤：S1：对原料进行初步加工制得粗料3，并在预加工凹弧面12的一面留有装夹位；S2：采用第一工装夹具固定装夹位，进而将粗料3固定在工装夹具上；S3：对粗料3预加工凸弧面11的一侧进行粗铣，制得第一粗坯；S4：对第一粗坯粗铣的一面进行精铣，制得带有凸弧面11的第二粗坯4；S5：取下第二粗坯4并采用第二工装夹具7对第二粗坯4进行固定，且凸弧面11朝内；S6：对第二粗坯4预加工凹弧面12的一侧进行粗铣，制得第一细坯；S7：对第一细坯粗铣的一面进行精铣，制得带有凹弧面12的第二细坯5；S8：采用第三工装夹具8对第二细坯5进行固定，且第三工装夹具8上设置有固定凸台81，固定凸台81用于与凹弧面12贴合；S9：对第二细坯5进行粗铣出多个通孔2，然后对多个通孔2进行精铣，从而制得曲面薄壳结构1。
实施例2：通过使用硬度高、耐磨性好的硬质合金立铣刀和球头铣刀，通过提高换刀的频率保持切削刃锋利，并采用小进刀的加工方式，减小切削力；同时在切削过程中持续使用乳化液降低工件表面温度，避免产生打火现象，保证高温宽带电磁吸收复合材料薄壳结构1的加工精度；并且通过设计装夹工装，尽量避免装夹力直接作用于工件表面导致材料开裂损坏，加工尺寸精度高、可操作性强，产品加工一致性好，完全满足高集成度结构功能一体化共形天线的制造需求。在加工过程中通过严格设计合理的工艺流程、工艺参数和装夹工装，确保了薄壳结构1在加工过程中不产生裂纹、崩边等问题，并保证各处加工精度公差控制在±0.03mm。
实施例3，本实施例的第一工装夹具包括固定部、夹合部6和螺杆，固定部用于放置粗料3，并通过螺杆将夹合部6固定在固定部的两端，进而对粗料3的装夹位进行固定。由于高温宽带电磁吸收复合材料脆性极大，装夹过程中的装夹力很容易造成材料开裂崩边，故应尽量避免直接装夹工件的成型面，应制作精密工装装夹，使装夹力作用于工装上，而不用直接作用于工件表面上。本实施例的步骤S3中的粗铣使用Φ10硬质合金立铣刀，转速设定在2500RPM—3000RPM范围内，进给设定在500mm/min—550mm/min之内。本实施例的步骤S4中的精铣使用Φ4硬质合金球头铣刀，转速设定在4800RPM—5200RPM范围内，进给设定在1300mm/min—1500mm/min之内，对薄壳结构1的凸弧面11进行铣削，精铣过程中每加工五件工件换一把新刀,加工过程中采用乳化液进行冷却。由于高温宽带电磁吸收复合材料内部界面结合力不强，且材料较硬，在切削力作用下材料易开裂崩边和打火，因此加工中采用小进刀，尽量减小加工应力，并在加工过程中持续使用切削液避免打火。
实施例4：本实施例的第二工装夹具7上设置有凹槽71，凹槽71用于贴合第二粗坯4的凸弧面11，凹槽71的两端设置有对第二粗坯4进行限位的限位凸台72。本实施例的在步骤S6中，粗铣使用Φ10硬质合金立铣刀，转速设定在2500RPM—3000RPM范围内，进给设定在700 mm/min—800mm/min之内。本实施例的在步骤S7中，精铣使用Φ4硬质合金球头铣刀，转速设定在4800RPM—5200RPM范围内，进给设定在1300mm/min—1500mm/min之内，对薄壳结构1的凹弧面12进行铣削，精铣过程中每加工五件工件换一把新刀，加工过程中采用乳化液进行冷却。
实施例5：本实施例的在步骤S9中，粗铣使用Φ6硬质合金立铣刀，转速设定在3500RPM—4000RPM范围内，进给设定在400 mm/min—500mm/min之内。本实施例的在步骤S9中，精铣使用Φ4硬质合金球头铣刀，转速设定在4700 RPM—4800RPM范围内，进给设定在320mm/min—350mm/min之内，对通腔进行铣削，精铣过程中每加工五件工件换一把新刀。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，曲面薄壳结构包括内侧的凹弧面和外侧的凸弧面，所述曲面薄壳结构上设置有多个连通所述凹弧面和凸弧面的通孔，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对原料进行初步加工制得粗料，并在预加工凹弧面的一面留有装夹位；
S2：采用第一工装夹具固定装夹位，进而将粗料固定在工装夹具上；
S3：对粗料预加工凸弧面的一侧进行粗铣，制得第一粗坯；
S4：对第一粗坯粗铣的一面进行精铣，制得带有凸弧面的第二粗坯；
S5：取下第二粗坯并采用第二工装夹具对第二粗坯进行固定，且凸弧面朝内；
S6：对第二粗坯预加工凹弧面的一侧进行粗铣，制得第一细坯；
S7：对第一细坯粗铣的一面进行精铣，制得带有凹弧面的第二细坯；
S8：采用第三工装夹具对第二细坯进行固定，且第三工装夹具上设置有固定凸台，所述固定凸台用于与所述凹弧面贴合；
S9：对第二细坯粗铣出多个通孔，然后对多个通孔进行精铣，从而制得曲面薄壳结构；
所述第一工装夹具包括固定部、夹合部和螺杆，所述固定部用于放置所述粗料，并通过所述螺杆将夹合部固定在所述固定部的两端，进而对粗料的装夹位进行固定。
2.根据权利要求1所述的高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，其特征在于，步骤S3中的粗铣使用Φ10硬质合金立铣刀，转速设定在2500RPM—3000RPM范围内，进给设定在500mm/min—550mm/min之内，加工过程中采用乳化液进行冷却。
3.根据权利要求1所述的高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，其特征在于，步骤S4中的精铣使用Φ4硬质合金球头铣刀，转速设定在4800RPM—5200RPM范围内，进给设定在1300mm/min—1500mm/min之内，对薄壳结构的凸弧面进行铣削，精铣过程中每加工五件工件换一把新刀，加工过程中采用乳化液进行冷却。
4.根据权利要求1所述的高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，其特征在于，所述第二工装夹具上设置有凹槽，所述凹槽用于贴合所述第二粗坯的凸弧面，所述凹槽的两端设置有对第二粗坯进行限位的限位凸台。
5.根据权利要求1所述的高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，其特征在于，在步骤S6中，粗铣使用Φ10硬质合金立铣刀，转速设定在2500RPM—3000RPM范围内，进给设定在700mm/min—800mm/min之内，加工过程中采用乳化液进行冷却。
6.根据权利要求1所述的高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，其特征在于，在步骤S7中，精铣使用Φ4硬质合金球头铣刀，转速设定在4800RPM—5200RPM范围内，进给设定在1300mm/min—1500mm/min之内，对薄壳结构的凹弧面进行铣削，精铣过程中每加工五件工件换一把新刀，加工过程中采用乳化液进行冷却。
7.根据权利要求1所述的高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，其特征在于，在步骤S9中，粗铣使用Φ6硬质合金立铣刀，转速设定在3500RPM—4000RPM范围内，进给设定在400mm/min—500mm/min之内，加工过程中采用乳化液进行冷却。
8.根据权利要求1所述的高温宽带电磁吸收复合材料的曲面薄壳结构的加工方法，其特征在于，在步骤S9中，精铣使用Φ4硬质合金球头铣刀，转速设定在4700RPM—4800RPM范围内，进给设定在320mm/min—350mm/min之内，对通腔进行铣削，精铣过程中每加工五件工件换一把新刀。
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CN108994360A (zh) * 2018-07-26 2018-12-14 湖北三江航天江北机械工程有限公司 异形曲面天线罩罩体与连接环的装配方法

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