一种SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料钻削加工方法技术

本发明专利技术一种SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料钻削加工方法，属于钻削加工技术领域；将SiC

【技术实现步骤摘要】
此理解为本专利技术上述主题范围仅限于以下实例。在不脱离本专利技术上述技术思想情况下， 根据本领域普通知识和惯用手段做出的各种替换或者变更，均应包括在本专利技术的范围 内。
具体实施方式
[0027]下面通过实施例作为示例，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0028]本专利技术一种SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料钻削加工方法，其包括以下步骤：
[0029]步骤一：将SiC
f
/SiC陶瓷基复材切割成需要的尺寸，将其表面处理光整，装夹在 三坐标轴数控铣床上。
[0030]步骤二：将超声振动加工系统与三坐标轴数控铣床连接。
[0031]步骤三：选择空心钎焊金刚石磨头，并将该刀具安装在超声刀柄上。选用的刀具 参数为：刀具直径为3mm，磨粒粒度为50目，基体为45钢，结合剂为镍基结合剂。
[0032]步骤四：将水用毛刷蘸在工具或者夹头上，设置超声参数并加载超声能看到雾化 或水在振动，说明振动效果处于共振状态。
[0033]步骤五：使用LK
‑
H020型激光位移传感器检测并调整超声振动的振幅，根据主轴 转速、进给速度、超声振频及刀具端面的磨粒数，调整振幅到合适的参数。
[0034]刀具轴向超声振动方程为：
[0035]x(t)＝Asin(2πft)
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(1)
[0036]其中x(t)为超声振动引起的刀具轴向位移，A为超声振动的振幅，f为超声振动 的频率，t为加工时间。
[0037]相邻两磨粒间相差的振动次数J为：
[0038]J＝f/nS＝K+k
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(2)
[0039]其中n为刀具端面的磨粒数，K为振动次数的整数部分，k为振动次数的小数部分， 则相邻两磨粒间超声振动的相位差φ为：
[0040]φ＝2kπ
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(2)
[0041]则刀具上磨粒的轴向运动方程为：
[0042][0043][0044]其中，F为进给速度，S为主轴转速。
[0045]则相邻两磨粒间切屑厚度为：
[0046]s
m
＝z
m
‑1‑
z
m
＝F/nS
‑
2Asin(φ/2)cos(2πft+(m
‑
1/2)φ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0047]当s
m
的最小值s
min
≤0时，超声振动可以使切屑实现几何短屑，此时加工效果较好。 因此A的参数范围为：
[0048][0049]步骤六：在SiC
f
/SiC陶瓷基复材超声振动辅助钻削过程中，采用不添加冷却液的 干式钻削。
[0050]步骤七：对安装好的SiC
f
/SiC陶瓷基复材进行超声振动辅助钻削工艺试验，来获 得最佳的工艺参数。钻削加工切削参数：超声振动辅助钻削主轴转速为 5000～10000r/min，进给速度为4～16mm/min。在超声振动辅助钻削加工中使超声振动 设备的电源处于打开状态。
[0051]步骤八：对试验结果进行分析，得到最佳的工艺参数。
[0052]下面结合两个具体实施例，对本专利技术提供的SiC
f
/SiC陶瓷基复材钻削加工方法做 进一步说明。
[0053]实施例一：
[0054]本实施例提出钻削加工方法适用于硬脆性材料，本实施例中仅以SiC
f
/SiC陶瓷基 复材进行说明。本实施例中，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CKN
‑
XH11
‑
BT40型超声振动加工系统，超 声振动的频率为31kHz。
[0055]本实施例的SiC
f
/SiC陶瓷基复材钻削加工工艺，包括以下主要技术措施：
[0056]步骤一：准备加工式样。将SiC
f
/SiC陶瓷基复材切割成70
ⅹ
50
ⅹ
4mm的片状，并 在磨床上将其表面进行磨光，然后把该试样装夹在VMC
‑
850三坐标数控铣床上。
[0057]步骤二：完整的超声装置包括超声波发生器、能量传输单元(包括传输线、抱环、 磁头)超声刀柄(包括换能器、变幅杆)。安装时，首先将振动频率为31kHz的超声刀 柄安装在机床主轴上，然后使用传输线将超声波发生器与磁头相连，最后使用使用抱 环将磁头固定，固定前需控制超声刀柄与磁头的间距在0.1mm左右(需保证磁头未与 超声刀柄接触)。
[0058]步骤三：选择空心钎焊金刚石磨头，并将该刀具安装在超声刀柄上。选用的刀具 参数为：刀具直径为3mm，磨粒粒度为50目，刀具端面的磨粒数为24，基体为45钢， 结合剂为镍基结合剂。
[0059]步骤四：测试振动状态。将水用毛刷蘸在空心钎焊金刚石磨头刀头上，调整超声 参数能看到磨钻头刀头出现雾化现象或磨钻头刀头上的水滴在振动，说明振动效果处 于较好状态。
[0060]步骤五：通过公式5，本实施例中使用振幅为4μm。该振幅可保证所有试验中的 振幅都在公式5确定的合理参数范围内。使用的使用LK
‑
H020型激光位移传感器检测 并调整超声振动的振幅，通过调整刀具悬伸量，使振幅保持在调整振幅为4μm。
[0061]步骤六：选择冷却液。在SiC
f
/SiC陶瓷基复材超声振动辅助钻削过程中，采用不 添加冷却液的干式钻削。
[0062]步骤七：对安装好的SiC
f
/SiC陶瓷基复材进行超声振动辅助钻削工艺试验，来获 得最佳的工艺参数。钻削加工切削参数：超声振动辅助钻削主轴转速为 5000～10000r/
min，进给速度为4～16mm/min，在这些工艺参数范围下对超声振动辅助 钻削加工进行2因素4水平正交试验。在超声振动辅助钻削加工中使超声振动设备的 电源处于打开状态，且超声振幅为4μm。
[0063]步骤八：对试验结果进行分析，得到最佳的工艺参数为：主轴转速7000r/min， 进给速度10mm/min。
[0064]步骤九：在试件上按照主轴转速7000r/min，进给速度10mm/min进行超声振动钻 削加工。
[0065]本实施例中，使用空心钎焊金刚石磨头在主轴转速为7000r/min，进给速度为10mm/min的工艺参数及超声振频为31kHz，超声振幅为4μm的超声参数下进行了钻削 加工。结果表明使用本专利技术的SiC
f
/SiC陶瓷基复材钻削加工方法实现SiC
f
/SiC陶瓷基 复材钻削加工，且尺寸精度和形状精度满足设计要求。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料钻削加工方法，其特征在于：步骤一：将SiC
f
/SiC陶瓷基复材切割成需要的尺寸，将其表面处理光整，装夹在三坐标轴数控铣床上；步骤二：将超声振动加工系统与三坐标轴数控铣床连接；步骤三：选择空心钎焊金刚石磨头，并将该刀具安装在超声刀柄上；步骤四：将水用毛刷蘸在工具或者夹头上，设置超声参数并加载超声能看到雾化或水在振动，说明振动效果处于共振状态；步骤五：使用LK
‑
H020型激光位移传感器检测，并调整超声振动的振幅，根据主轴转速、进给速度、超声振频及刀具端面的磨粒数，调整振幅到需要的参数；超声振动的振幅A的范围为：其中，F为进给速度，S为主轴转速，n为刀具端面的磨粒数，f为超声振动的频率，K为振动次数的整数部分；步骤六：在SiC
f
/SiC陶瓷基复材超声振动辅助钻削过程中，采用不添加冷却液的干式钻削；步骤七：对安装好的SiC
f
/SiC陶瓷基复材进行超声振动辅助钻削工艺试验，得到钻削加工切削参数：超声振动辅助钻削主轴转速为5000～10000r/min，进给速度为4～16mm/min；在超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪文虎，黄博，蒋睿嵩，熊一峰，杨卓勇，刘秀梅，朱孝祥，刘晓芬，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：