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摘要：

分層橡膠圈環槽的加工受零件材料特性及零件結構尺寸的影響。實際加工制造過程中，在工藝設計階段存在零件難以裝夾、零件材質較軟和加工槽尺寸小且深等技術難題。基于硅橡膠材料的特性，通過工程實踐經驗總結研發設計了改進型工裝，并結合零件的結構特點，磨制了專用刀具并調整了加工參數，有效解決了硅橡膠零件難加工的問題。

關鍵詞：

硅橡膠；零件裝夾；加工工藝

橡膠類材料力學特性良好，尤其在耐摩擦、耐腐蝕和緩沖減振等作用方面效果顯著，多用于零件內部結構的填充及設備防護等。硅橡膠是多孔可壓橡膠材料中力學性能較好的一種，已經廣泛應用于工業裝備制造方面。近年來，在國防工業裝備制造中采用硅橡膠材料進行密封及填充的零件越來越多；然而，軍用橡膠圈零件通常有更高質量要求，且具有產品批量小、技術要求高、加工周期短和毛坯采購時間長的特點，采用常規模壓方式處理不能滿足項目要求。因此，在實際加工制造過程中，應充分利用現有資源，協調加工工藝、工裝夾具和切削工具等加工要素，取長補短，保質保量地解決實際技術難題。

1問題分析

在某產品研制過程中，急需一組錐形密封圈（見圖1），加工完成的密封圈使用之前是分層套疊的一組杯形零件（見圖2），尺寸不等的錐形密封圈也可按需組合使用，實物如圖3所示。用傳統的模壓方式在模具加工階段費時費力，無法在短期內完成，此外，項目所需為多品種、小批量零件，采用模壓方式經濟性欠佳；因此，考慮用機械加工方式以常規簡易機床為平臺，自制簡易工裝和刀具，合理控制加工參數和潤滑液，不斷完善加工方案使之趨于合理，并固化加工規程。密封圈材料為硅橡膠，邵氏A硬度為50～56，材質較軟、難裝夾。由于對于加工表面及密封圈厚度有嚴格要求，加工槽尺寸較小，一般刀具無法加工。對于硅橡膠這類非金屬材料的切削加工而言，夾緊面積過小造成的夾緊力分布不均等夾緊不當現象會嚴重影響零件的加工精度和表面質量。工藝確定在一塊毛料中分布加工不同規格的密封圈。結合中國空空導彈研究院實際制造資源和加工定位要求，確定密封圈的毛坯（見圖4）采用錐形模壓件。統一的毛坯件和配套工裝可根據產品研制需要加工不同直徑、不同厚度和不同錐度的密封圈。

2解決策略

2．1零件工裝處理為了保證加工精度，提高加工效率，零件的定位和裝夾至關重要。數控機床定位安裝的一般原則是在保證零件加工的精度和剛度的同時盡量節約加工成本，提高工作效率。對于常見規則零件，數控機床采用的通用裝夾方式有三爪自定心卡盤裝夾、兩頂尖裝夾、卡盤和頂尖配合裝夾以及心軸裝夾等；但上述常見的裝夾方式僅適用于結構簡單、找正容易的常見規則零件。本文針對某型號硅橡膠零件的車削加工，研究制作了內孔與零件外圓斜面相配合的工裝（見圖5）。零件放入后，零件端面仍凸出工裝端面0．5mm。利用螺紋聯接使工裝的A面壓緊零件凸出的端面，以有效防止零件軸向變形。在工裝的設計過程中，考慮到零件結構尺寸的特點，該工序加工深度較大，刀具強度較低，為避免刀具折斷，可以利用零件的徑向變形減小刀具所受的摩擦力，代替與零件內孔配合的心棒的作用，進一步提高加工效率。在實際生產加工過程中，該零件除了裝夾困難，還存在尺寸為（0．2±0．1）mm厚度的薄膜破損的問題。研究制作的工裝已經實現了零件夾緊，應在此基礎上加以改進，同時解決薄膜破損的問題。經過分析認為，薄膜尺寸為（0．2±0．1）mm，強度較低，當零件向工裝內裝入時，工裝腔體內部氣體無法排出，在氣體壓力作用下薄膜很容易破損。為解決該問題，在工裝上增加了排氣孔，保證氣體順利排出，避免薄膜損傷。經過改進后的工裝如圖6所示，裝夾過程如圖7所示。

2．2零件材料處理硅橡膠的撕裂強度和拉伸強度較高，伸長率（1250％）和柔軟性能優良，加壓變形率低。硅橡膠材料的力學特性基本符合滯彈性體應力弛豫的普遍規律，即受外力情況下材料應變隨時間減小至恒定值。這樣的材料特性決定了零件材質較軟，難于裝夾固定，同時，受零件變形影響，刀具退出后就不能準確進入原有的加工位置，此外，該零件的刀具切削面尺寸較小，加工難度增加；因此，不適合采用傳統的進刀加工—退出刀具—重復進刀的方式，應該針對材料特性及零件結構特點制定特殊的加工工藝方案。為避免刀具折斷，在加工過程中應保持高轉速，一次進刀3mm且保持刀具不脫離零件，最后退刀，該方法解決了無法重復進刀的問題。

2．3加工刀具處理為解決加工槽短窄而且加工槽較深的問題，研究分析了零件的結構特點并磨制了專用刀具（見圖8）。該種刀具前端扁而薄，能切進零件，后端尺寸加厚，保證刀具強度。膠質零件在加工過程中阻力很大，為了防止刀具斷裂，研究制定了針對該零件特點的加工方案：先加工靠近內孔的槽，再加工靠近外圓的槽。利用零件徑向變形（外圓由工裝限制無法外擴，此處徑向變形是指指向軸線方向的徑向變形），有效減少阻力。當加工靠近外圓的槽時，由于內側的槽已經加工完畢，零件實體減小，強度相應降低，則產生相同變形所需的力減小，阻力也隨之降低，因此，降低了刀具折斷的風險。經過驗證，產品合格率達到99．6％。大大提高了加工效率，滿足了生產進度。

3結語

通過對分層橡膠圈環槽加工工藝的研究及工程實踐經驗總結，采用本文所述的改進型工裝及專用刀具，可以有效控制零件的裝夾變形，既保證了零件的尺寸準確率及精度要求，又減少了刀具損耗風險，節約了生產成本并提高了效率。研發的針對分層橡膠圈環槽加工工藝研究的工裝及刀具，在同類零件的工藝設計研究方面具有推廣應用價值。

作者：丁寧 丁朝臣 單位：中航光電科技股份有限公司 中國空空導彈研究院