原位自生型TiB制造技术

本发明专利技术公开了一种原位自生型TiB

Ultrasound Vibration Aided Machining of In-situ TiB2 Particle Reinforced Aluminum Matrix Composites

The invention discloses an in-situ in-situ ultrasonic vibration assisted processing method for TiB2 particle reinforced aluminium matrix composites, which is used to solve the technical problem of poor practicability of existing milling processing methods. The technical scheme is to combine the ultrasonic vibration with milling. On the basis of the relative motion of the tool and the workpiece in the cutting process, the external periodic vibration is loaded on the tool or workpiece, and the tool life is improved by choosing the processing parameters. In the process of in-situ in-situ TiB2 particle reinforced aluminium matrix composites processing, the addition of ultrasonic vibration reduces the contact time between tool and workpiece, and reduces the friction between tool rake face and chip. Therefore, in-situ in-situ vibration-assisted milling of TiB2 particulate reinforced aluminium matrix composites can reduce tool wear, improve tool life and have good practicability. The test results show that the tool life of ultrasonic vibration assisted milling is 2 to 5 times longer than that of background technology tool under the same processing conditions.

【技术实现步骤摘要】
原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法
本专利技术涉及一种铣削加工方法，特别是涉及一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法。
技术介绍
原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料是一种新型颗粒增强铝基复合材料，具有高比强度、高比模量、耐疲劳等特性，在航空航天、汽车、电子、体育用品等领域具有广泛的应用前景。但是，由于原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料中硬质TiB2增强颗粒的存在，使其在机械加工中成为一种难加工材料。YifengXiong等研究人员在InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology，(86)20163517–3526中发表的论文“ToolwearmechanismsformillinginsituTiB2particle-reinforcedAlmatrixcomposites”采用不带涂层的硬质合金刀具对原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料进行铣削加工研究刀具的磨损，发现在铣削加工中刀具磨损严重、寿命低。YifengXiong等在InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology，97(2018)3813–3825中发表的论文“MachinabilityofinsituTiB2particlereinforced7050AlmatrixcompositeswithTiAlNcoatingtool”采用TiAlN涂层刀具对原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料进行铣削来研究其机械加工性能，在加工过程中TiAlN涂层刀具出现粘附、划伤、微裂纹甚至崩刃现象，刀具磨损严重、寿命低。在以上两篇文章中对原位自生型TiB2颗粒增强7050Al基复合材料进行铣削加工均出现刀具磨损严重、寿命低(35min)的问题。在机械加工过程中刀具严重磨损、寿命低，降低了加工效率，增加了加工成本，难以满足越来越高的工业生产需求，限制了新型TiB2/Al复合材料在工业上的推广应用。
技术实现思路
为了克服现有铣削加工方法实用性差的不足，本专利技术提供一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法。该方法将超声振动与铣削加工进行复合，在切削中刀具与工件相对运动的基础上，将外激周期振动加载到刀具或工件上，通过选择加工参数来提高刀具寿命。该方法在原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料加工过程中，超声振动的加入减小了刀具与工件的接触时间，减小了刀具前刀面与切屑之间的摩擦。因此，原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助铣削加工能够减小刀具磨损，提高刀具寿命，实用性好。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、将原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料切割成需要的尺寸，将其表面处理光整，装夹在三坐标轴数控铣床上。步骤二、将超声振动设备与三坐标轴数控铣床连接，超声振动参数为：超声能量为80～150mA，频率为15～25KHZ。步骤三、选择TiAlN涂层硬质合金立铣刀并将该刀具安装在超声刀柄上。选用的刀具参数为：刀具前角γ＝8°，后角α＝23°，螺旋角β＝40°，刀尖圆弧半径r＝0.15mm，刀具齿数z＝4，刀具直径d＝8mm，刀具总长l＝80mm，切削刃长l0＝20mm，刀具悬伸量≥47mm。步骤四、将水用毛刷蘸在TiAlN涂层硬质合金立铣刀刀头上，设置超声能量为110mA。步骤五、采用不添加冷却液的干式铣削方式。步骤六、超声振动辅助铣削加工铣削速度为25.12～75.36m/min，每齿进给量为0.1～0.4mm/z，切削深度为0.2～0.6mm。步骤七、TiAlN涂层硬质合金立铣刀每加工5min后,将刀具取下在刀具测量仪上测量刀具4个齿侧刃的后刀面磨损量，每个齿测量3次取平均值。步骤八、TiAlN涂层硬质合金立铣刀4个齿中有一个齿后刀面磨损量VB达到0.3mm时刀具失效。本专利技术的有益效果是：该方法将超声振动与铣削加工进行复合，在切削中刀具与工件相对运动的基础上，将外激周期振动加载到刀具或工件上，通过选择加工参数来提高刀具寿命。该方法在原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料加工过程中，超声振动的加入减小了刀具与工件的接触时间，减小了刀具前刀面与切屑之间的摩擦。因此，原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助铣削加工能够减小刀具磨损，提高刀具寿命，实用性好。经测试，在同等加工条件下超声振动辅助铣削加工中刀具的寿命是
技术介绍
刀具寿命的2-5倍，刀具寿命得到明显提高。下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。具体实施方式本实施例以TiB2/7050Al复合材料进行说明。本实施例所使用的三坐标轴数控铣床为VMC-850，所使用的超声设备为陕西超克能机电科技发展有限公司的SY-2000高速无刷超声波加工系统。本专利技术原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法具体步骤如下：步骤一、准备加工试样。将原位自生型TiB2/7050Al复合材料切割成90mmⅹ65mmⅹ40mm的块状，并在磨床上将其表面进行磨光，得到原位自生型TiB2/7050Al复合材料试样，然后把该试样装夹在VMC-850三坐标数控铣床上。步骤二、安装超声设备。将SY-2000高速无刷超声波加工系统与三坐标轴数控铣床连接，超声振动参数为：超声能量为80～150mA，频率为15～25KHZ。步骤三、选择加工刀具。选择TiAlN涂层硬质合金立铣刀并安装在超声刀柄上，进行超声振动辅助铣削加工。为获得最佳振动效果和较好刀具耐用度，结合工程及实验数据，本实施例选用刀具前角γ＝8°，后角α＝23°，螺旋角β＝40°，刀尖圆弧半径r＝0.15mm，刀具齿数z＝4，刀具直径d＝8mm，刀具总长l＝80mm，切削刃长l0＝20mm，刀具悬伸量＝51.7mm(或者≥47mm)。传统铣削加工中选用相同刀具。步骤四、测试振动状态。将水用毛刷蘸在TiAlN涂层硬质合金立铣刀刀头上，调整超声能量能看到铣刀刀头出现雾化现象或铣刀刀头上的水滴在振动，说明振动效果处于较好状态，本实施例中超声能量为110mA。步骤五、选择冷却液。在TiB2/7050Al复合材料超声振动辅助铣削和普通铣削加工过程中，均采用不添加冷却液的干式铣削。步骤六、铣削加工。超声振动辅助铣削加工工艺参数为铣削速度为25.12～75.36m/min，每齿进给量为0.1～0.4mm/z，切削深度为0.2～0.6mm。普通铣削加工工艺参数为铣削速度为25.12～75.36m/min，每齿进给量为0.1～0.4mm/z，切削深度为0.2～0.6mm。在这些工艺参数范围下对超声振动辅助铣削加工和普通铣削加工分别进行3因素3水平正交试验。通过正交试验的结果，本实施例中超声振动辅助铣削加工参数为：铣削速度为25.12m/min，每齿进给量为0.4mm/z，切削深度为0.6mm，切削宽度为0.3mm，在加工过程中使超声振动设备处于打开状态并且超声能量为110mA；本实施例中普通铣削加工参数为：铣削速度为25.12m/min，每齿进给量为0.4mm/z，切削深度为0.6mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料切割成需要的尺寸，将其表面处理光整，装夹在三坐标轴数控铣床上；步骤二、将超声振动设备与三坐标轴数控铣床连接，超声振动参数为：超声能量为80～150mA，频率为15～25KHZ；步骤三、选择TiAlN涂层硬质合金立铣刀并将该刀具安装在超声刀柄上；选用的刀具参数为：刀具前角γ＝8°，后角α＝23°，螺旋角β＝40°，刀尖圆弧半径r＝0.15mm，刀具齿数z＝4，刀具直径d＝8mm，刀具总长l＝80mm，切削刃长l0＝20mm，刀具悬伸量≥47mm；步骤四、将水用毛刷蘸在TiAlN涂层硬质合金立铣刀刀头上，设置超声能量为110mA；步骤五、采用不添加冷却液的干式铣削方式；步骤六、超声振动辅助铣削加工铣削速度为25.12～75.36m/min，每齿进给量为0.1～0.4mm/z，切削深度为0.2～0.6mm；步骤七、TiAlN涂层硬质合金立铣刀每加工5min后,将刀具取下在刀具测量仪上测量刀具4个齿侧刃的后刀面磨损量，每个齿测量3次取平均值；步骤八、TiAlN涂层硬质合金立铣刀4个齿中有一个齿后刀面磨损量VB达到0.3mm时刀具失效。...

【技术特征摘要】
1.一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料切割成需要的尺寸，将其表面处理光整，装夹在三坐标轴数控铣床上；步骤二、将超声振动设备与三坐标轴数控铣床连接，超声振动参数为：超声能量为80～150mA，频率为15～25KHZ；步骤三、选择TiAlN涂层硬质合金立铣刀并将该刀具安装在超声刀柄上；选用的刀具参数为：刀具前角γ＝8°，后角α＝23°，螺旋角β＝40°，刀尖圆弧半径r＝0.15mm，刀具齿数z＝4，刀具直径d＝8mm，刀具总长l＝80mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪文虎，刘晓芬，蒋睿松，周超羡，熊一峰，林坤阳，张展飞，朱孝祥，崔康，赵德中，杨忠学，黄博，余恒，靳成成，李俊辰，曹帅帅，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61