壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法技术

本发明专利技术提供了一种壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法，首先粗车铝基复合材料管材外圆，其次去应力热处理，然后利用专用刀具粗镗内孔，然后再去应力热处理，然后半精车铝基复合材料管材外圆后去应力热处理，再然后利用专用刀具精镗内孔，最后精车外圆。本发明专利技术所述的一种壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法，能够生产大长径比薄壁管材，且壁厚均匀性、直线度以及同轴度得到保证。

Machining Method of Thin-walled Aluminum Matrix Composite Pipe with Uniform Wall Thickness

The invention provides a mechanical processing method for thin thin-walled aluminium matrix composite pipe with uniform wall thickness. Firstly, the outer circle of aluminium matrix composite pipe is roughly turned, then the stress relief heat treatment is carried out, then the inner bore is roughly bored by special cutter, then the stress relief heat treatment is carried out, then the outer circle of aluminium matrix composite pipe is subjected to stress relief heat treatment by semi-finishing turning, and then the inner bore is precisely bored by special cutter. Finally, finish the car's outer circle. The mechanical processing method of Thin-walled Aluminium Matrix Composite Pipe with uniform wall thickness can produce thin-walled pipe with large aspect ratio, and the uniformity of wall thickness, straightness and coaxiality are guaranteed.

【技术实现步骤摘要】
壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法
本专利技术属于薄壁铝基复合材料管材加工
，尤其是涉及一种壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法。
技术介绍
铝基复合材料大长径比薄壁管材是一种重要的铝基复复合材料结构件，可应用于航空航天、机械电子、武器装备等行业。细长薄壁管材由于长径比大、刚度小，常规机械加工方法难以保证机械加工后管材的壁厚均匀性、同轴度、直线度等，从而影响管材的使役性能。目前，铝基复合材料薄壁管材生产方式主要是采用热挤压提供管坯，然后通过冷拔或冷轧获得所需规格的成品管材，然而通过毛坯管材结合冷拔或冷轧制备薄壁管材的方法，难以生产大长径比薄壁管材，且壁厚均匀性、直线度以及同轴度难以保证。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法，能够生产大长径比薄壁管材，且壁厚均匀性、直线度以及同轴度得到保证。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法，包括以下步骤：1)粗车铝基复合材料管材外圆，采用聚晶金刚石车刀粗车管材外圆，粗车后管材壁厚减小0.5mm-1mm；2)去应力热处理，将步骤1粗车外圆后的管材进行去应力热处理，加热至工艺要求温度，然后保温；3)保温完成后，粗镗内孔，利用专用内孔镗刀粗镗管材内孔；4)重复步骤2的操作，将步骤3的镗内孔后的铝基复合材料管材进行去应力热处理，加热至工艺要求温度，然后保温；5)保温完成后，半精车铝基复合材料管材外圆，以粗镗后的管材内孔为基准，采用聚晶金刚石车刀半精车管材外圆，半精车后管材壁厚减小0.5mm-1mm；6)重复步骤2操作，将步骤5半精车外圆后的铝基复合材料管材进行去应力热处理，加热至工艺要求温度，然后保温；7)保温完成后，精镗内孔，采用专用内孔镗刀精镗管材内孔；8)精车外圆，以精镗后的管材内孔为基准，采用聚晶金刚石车刀精车外圆，精车至所要求尺寸。进一步的，所述加工方法中所用到的专用内孔镗刀包括圆柱状镗刀杆和两个镗刀片，两个镗刀片设置在圆柱状镗刀杆的头部，圆柱状镗刀杆的尾部为镗刀尾锥，在所述的圆柱状镗刀杆的头部背对背开设两个容屑槽，在每个容屑槽的前端均安装一镗刀片安装座，两个所述的镗刀片分别安装在两个镗刀片安装座的前端，在容屑槽和刀柄尾椎之间的圆柱状镗刀杆上背对背开设两个减轻槽，每个减轻槽与一个容屑槽相连通，在圆柱状镗刀杆表面靠近头部处设有两组限位凸台，两组所述限位凸台沿圆柱状镗刀杆轴向方向设置，每组限位凸台均包括位于同一圆周上的四个限位凸台，且两两相对设置在两个减轻槽的四个槽边上，每组限位凸台所在圆的直径与镗刀片的刀尖所在圆的直径均相同，在减轻槽内安装高压气枪管，高压气枪管伸至镗刀片处。进一步的，所述的镗刀片安装座上加工有拉长孔，通过螺钉固定在圆柱状镗刀杆上，镗刀片安装座在圆柱状镗刀杆上径向可调以调整刀片的安装位置。进一步的，所述步骤3中的利用专用内孔镗刀粗镗管材内孔时，具体步骤如下：a、先将步骤2去应力处理后的管材的一端通过车床卡盘夹紧固定，距离另一端三分之一处采用中心架固定管材外圆，保证管材与卡盘旋转轴同轴，在步骤2去应力处理后的管材的另一端车削出镗刀导引孔，导引孔的内径与镗刀片所在圆直径相同；b、将镗刀片安装在粗镗刀杆上后，将粗镗刀杆的镗刀尾椎插入车床尾座上，并保证与管材同轴；c、开动车床，切削速度为10-20m/min，切削深度为内孔加工余量的60％-80％，车床尾座进给速度为15-25mm/min，同时通过高压气枪管向镗刀片处通入高压空气。进一步的，所述步骤7中的利用专用内孔镗刀精镗管材内孔时，具体步骤如下：a、将粗镗刀杆替换成精镗刀杆，将镗刀片安装在精镗刀杆上后，将精镗刀杆的镗刀尾椎插入车床尾座上，并保证与管材同轴；b、开动车床，切削速度为10-20m/min，切削深度为内孔加工余量的20％-40％，车床尾座进给速度为15-25mm/min，同时通过高压气枪管向镗刀片处通入高压空气。进一步的，所述加工方法中的铝基复合材料管材的初始尺寸为：内径为40mm-80mm，内径有1.5mm-3mm的加工余量，壁厚为4mm-7mm，长度为100mm-1200mm，直线度优于1.0mm。进一步的，所述步骤2、步骤4和步骤6中所涉及的去应力热处理的方法均为：加热至工艺要求温度150℃-200℃，然后保温1h-3h。相对于现有技术，本专利技术所述的壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法具有以下优势：本专利技术所述的壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法，(1)设计了内孔镗加工专用镗刀，通过粗镗和精镗，保证了内孔具有高的直线度，为后续采用内孔作为基准加工外圆、保证管材壁厚均匀性、直线度和同轴度打下了基础；(2)在粗车、粗镗、精车、精镗等工序间进行多次去应力热处理，既保证了管材加工精度，又使得加工后的管材具有较高的强韧性和较小的内应力，保障了加工后的尺寸稳定性。(3)通过调整车、镗的工艺参数和专门的高压气体去除车屑方法，保证了复合材料管材内外表面具有较小的表面粗糙度。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例中加工壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的内孔时的结构示意图；图2为专用刀具的结构示意图；图3为图2的A向示图；图4为专用刀具头部放大示意图；图5为专用刀具尾部结构示意图；图6为镗刀片安装座与圆柱状镗刀杆安装位置示意图。附图标记说明：1-车床尾座，2-高压气枪管，3-纵向滚珠丝杠，4-进给箱，5-镗刀，501-镗刀片，502-刀片安装锥形螺钉，503-镗刀片安装座，504-镗刀片安装座螺钉，505-容屑槽，506-圆柱状镗刀杆，507-减轻槽，508-第一组限位凸台，509-第二组限位凸台，510-镗刀尾椎，511-塞尺，512-刀片安装孔，513-拉长孔，6-管材，7-车床卡盘，8-中心架，9-床腿。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。一种壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法，1)粗车铝基复合材料管材外圆。待加工的铝基复合材料管材的内径为40mm-80mm，内径有1.5mm-3mm的加工余量，壁厚为4mm-7mm，长度为100mm-1200mm，直线度优于1.0mm。复合材料中碳化硅晶须(SiCw)体积含量为15-30vol.％。采用聚晶金刚石车刀粗车管材外圆，进给速度30-50mm/min,切削深度125μm-250μm，切削速度V＝50-80m/min，粗车后管材壁厚减小0.5mm-1mm。2)去应力热处理。将步骤1粗车外圆后的管材进行去应力热处理，方法是加热至150℃-200℃；保温1h-3h。3)粗镗内孔。将步骤2去应力热处理后的管材一端，车削出镗刀导引孔，导引孔内孔比镗刀所在圆的直径大0.1mm-0.5mm、长度40mm-50mm。镗内孔时需要利用专用内孔镗刀进行加工，如图2-图6所示，专用内孔镗刀包括圆柱状镗刀杆506和两个镗刀片501，两个镗刀片501设置在圆柱状镗刀杆506的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法，其特征在于：包括以下步骤：1)粗车铝基复合材料管材外圆，采用聚晶金刚石车刀粗车管材外圆，粗车后管材壁厚减小0.5mm‑1mm；2)去应力热处理，将步骤1粗车外圆后的管材进行去应力热处理，加热至工艺要求温度，然后保温；3)保温完成后，粗镗内孔，利用专用内孔镗刀粗镗管材内孔；4)重复步骤2的操作，将步骤3的镗内孔后的铝基复合材料管材进行去应力热处理，加热至工艺要求温度，然后保温；5)保温完成后，半精车铝基复合材料管材外圆，以粗镗后的管材内孔为基准，采用聚晶金刚石车刀半精车管材外圆，半精车后管材壁厚减小0.5mm‑1mm；6)重复步骤2操作，将步骤5半精车外圆后的铝基复合材料管材进行去应力热处理，加热至工艺要求温度，然后保温；7)保温完成后，精镗内孔，采用专用内孔镗刀精镗管材内孔；8)精车外圆，以精镗后的管材内孔为基准，采用聚晶金刚石车刀精车外圆，精车至所要求尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法，其特征在于：包括以下步骤：1)粗车铝基复合材料管材外圆，采用聚晶金刚石车刀粗车管材外圆，粗车后管材壁厚减小0.5mm-1mm；2)去应力热处理，将步骤1粗车外圆后的管材进行去应力热处理，加热至工艺要求温度，然后保温；3)保温完成后，粗镗内孔，利用专用内孔镗刀粗镗管材内孔；4)重复步骤2的操作，将步骤3的镗内孔后的铝基复合材料管材进行去应力热处理，加热至工艺要求温度，然后保温；5)保温完成后，半精车铝基复合材料管材外圆，以粗镗后的管材内孔为基准，采用聚晶金刚石车刀半精车管材外圆，半精车后管材壁厚减小0.5mm-1mm；6)重复步骤2操作，将步骤5半精车外圆后的铝基复合材料管材进行去应力热处理，加热至工艺要求温度，然后保温；7)保温完成后，精镗内孔，采用专用内孔镗刀精镗管材内孔；8)精车外圆，以精镗后的管材内孔为基准，采用聚晶金刚石车刀精车外圆，精车至所要求尺寸。2.根据权利要求1所述的壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法，其特征在于：所述加工方法中所用到的专用内孔镗刀包括圆柱状镗刀杆和两个镗刀片，两个镗刀片设置在圆柱状镗刀杆的头部，圆柱状镗刀杆的尾部为镗刀尾锥，在所述的圆柱状镗刀杆的头部背对背开设两个容屑槽，在每个容屑槽的前端均安装一镗刀片安装座，两个所述的镗刀片分别安装在两个镗刀片安装座的前端，在容屑槽和刀柄尾椎之间的圆柱状镗刀杆上背对背开设两个减轻槽，每个减轻槽与一个容屑槽相连通，在圆柱状镗刀杆表面靠近头部处设有两组限位凸台，两组所述限位凸台沿圆柱状镗刀杆轴向方向设置，每组限位凸台均包括位于同一圆周上的四个限位凸台，且两两相对设置在两个减轻槽的四个槽边上，每组限位凸台所在圆的直径与镗刀片的刀尖所在圆的直径均相同，在减轻槽内安装高压气枪管，高压气枪管伸至镗刀片处。3.根据权利要求2所述的壁厚均匀的细长薄壁铝基复合材料管材的机械加工方法，其特征在于：所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学习，姜水清，韩修柱，曾磊，高莹，耿林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23