一种SiC制造技术

本发明专利技术一种SiC

【技术实现步骤摘要】
一种SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料车削加工方法


[0001]本专利技术属于车削加工
，具体涉及一种SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料车削加工方法。

技术介绍

[0002]碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复材(SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料)由于高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀的特性，在涡轮叶片、燃烧室火焰筒、尾喷管等未来先进航空发动机热端零部件中具有广泛的应用前景。但是，SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料由于高硬度、高脆性使其在机械加工中成为一种典型的高硬度超难加工材料。实际工程中热端零部件回转面的车削加工不可避免，但目前SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料的研究多集中在板状工件的铣削、磨削和钻削等领域，关于筒状或棒状工件的车削领域研究暂无公开报道。
[0003]池宪等研究人员在第二十一届全国复合材料学术会议(NCCM
‑
21)论文集，2020:83
‑
89发表的“SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料超声振动高速铣削制孔表面形貌研究”，对比了硬质合金刀具、金刚石涂层刀具、电镀超硬磨料刀具、钎焊金刚石刀具、PCD刀具的切削性能，表明硬质合金刀具磨损严重无法使用，钎焊金刚石刀具加工质量最差，而PCD刀具加工质量最高。Yifeng Xiong等在Journal of Materials Research and Technology,19(2022)3018
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3033发表的“Feasibility and tool performance of ultrasonic vibration
‑
assisted milling
‑
grinding SiC
f
/SiC ceramic matrix composite”，得出对于SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助铣磨加工，聚晶金刚石刀具切削性能和刀具寿命均优于钎焊金刚石刀具和电镀金刚石刀具；并且建议选择较大主轴转速、较低进给速度、较小切削深度等加工参数，超声频率30kHz,超声振幅4μm。孔宪俊等在工具技术，56(2022)9
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13发表的“陶瓷基复合材料铣削力优化及刀具磨损研究”，表明切削SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料时存在切削力大和刀具磨损严重的问题，并以铣削力最小和刀具磨损最低为优化目标，得到最优铣削工艺参数组为主轴转速4000r/min，进给速度90mm/min，铣削深度0.02mm。上述文献表明，在SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料的机械加工中，普遍存在刀具磨损严重、加工表面质量差等问题，刀具的匹配性及工艺参数的选取限制了该材料在工业上的应用进程。
[0004]聚晶金刚石复合片(PDC)属于一种新型功能材料，是采用金刚石微粉与硬质合金衬底在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性。复合片中的金刚石含量高达99％，故金刚石切削层硬度极高、耐磨性极好，是制造切削刀具及其他耐磨工具的理想材料。但现有技术SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料车削加工领域中，暂未见公开采用PDC车削刀具的研究报道。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题：
[0006]为了实现SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料的车削加工，并克服现有机械加工中存在的加工问题，本专利技术提出一种超声振动辅助加工方法实现SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料的车削加
工。超声振动辅助车削加工是指将超声振动与车削加工进行复合，在刀具车削工件时，将外激高频振动加载到刀具上，在加工过程中引入超声振动减小了刀具与工件的接触时间和摩擦效应，通过设计专用工艺流程、冷却方法、以及工艺参数的计算，将有利于提高车削加工效果。采用定制几何尺寸的耐磨性更高的PDC刀片，选择合适的冷却方法和工艺参数组对SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料进行超声振动辅助车削试验，实现了SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料的车削加工，并且获得了相对较好的车削表面质量、相对较小的刀具磨损。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料车削加工方法，其特征在于具体步骤如下：
[0008]步骤一：装夹工件：采用装夹工装将筒状SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料工件装夹于数控车床上；
[0009]步骤二：确定光整及试验用刀具：确定光整工件表面及正式试验用刀具的材质、几何尺寸；
[0010]步骤三：安装刀具及超声车削刀柄；
[0011]步骤四：测试振动状态；
[0012]步骤五：检测振幅幅值：使用激光测振仪检测并调整超声振动的振幅，最终使振幅达到预定值；
[0013]步骤六：光整工件表面：对筒状SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料工件进行车削光整，光整时开启超声电源并加入冷却液；
[0014]步骤七：加工试验：根据工件确定加工工艺参数域，对安装完成的SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料工件进行超声振动辅助车削正交试验；
[0015]步骤八：清理工件表面切屑；
[0016]步骤九：车削加工后处理。
[0017]本专利技术的进一步技术方案是：所述光整用刀具为定制PDC刀具，刀尖角55
°
、前角0
°
、后角7
°
、刀尖半径1.2mm、切削层厚度1.6mm。
[0018]本专利技术的进一步技术方案是：所述试验用刀具为定制PDC刀具，刀尖角55
°
、前角0
°
、后角7
°
、刀尖半径0.6mm、切削层厚度1.6mm。
[0019]本专利技术的进一步技术方案是：所述超声振动辅助车削试验参数域为线速度15～60m/min，进给速度0.01～0.07mm/rev，切削深度0.05～0.20mm，超声频率33kHz，超声振幅3μm。
[0020]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤一中，装夹工装包括两个圆形凸台、六角螺栓、两端中心处分别开有六边形和锥形凹槽的圆柱体；所述筒状SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料工件尺寸为Φ100
×
200mm，壁厚6mm。
[0021]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤三中，将刀片通过螺钉固定于超声车削刀柄刀头部位，并将超声车削刀柄夹持、固定于刀架上。
[0022]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤四中，将水用毛刷蘸在刀具上，设置超声参数并加载超声能看到雾化或水在振动，证明振动效果处于共振状态；如果看不到雾化现象，需要更改超声参数，直至有雾化现象出现。
[0023]本专利技术的进一步技术方案是：所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料车削加工方法，其特征在于具体步骤如下：步骤一：装夹工件：采用装夹工装将筒状SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料工件装夹于数控车床上；步骤二：确定光整及试验用刀具：确定光整工件表面及正式试验用刀具的材质、几何尺寸；步骤三：安装刀具及超声车削刀柄；步骤四：测试振动状态；步骤五：检测振幅幅值：使用激光测振仪检测并调整超声振动的振幅，最终使振幅达到预定值；步骤六：光整工件表面：对筒状SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料工件进行车削光整，光整时开启超声电源并加入冷却液；步骤七：加工试验：根据工件确定加工工艺参数域，对安装完成的SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料工件进行超声振动辅助车削正交试验；步骤八：清理工件表面切屑；步骤九：车削加工后处理。2.根据权利要求1所述一种SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料车削加工方法，其特征在于：所述光整用刀具为定制PDC刀具，刀尖角55
°
、前角0
°
、后角7
°
、刀尖半径1.2mm、切削层厚度1.6mm。3.根据权利要求2所述一种SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料车削加工方法，其特征在于：所述试验用刀具为定制PDC刀具，刀尖角55
°
、前角0
°
、后角7
°
、刀尖半径0.6mm、切削层厚度1.6mm。4.根据权利要求3所述一种SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料车削加工方法，其特征在于：所述超声振动辅助车削试验参数域为线速度15～60m/min，进给速度0.01～0.07mm/rev，切削深度0.05～0.20mm，超声频率33kHz，超声振幅3μm。5.根据权利要求4所述一种SiC
f
/SiC陶瓷基复合材料车削加工方法，其特征在于：所述步骤一中，装夹工装包括两个圆形凸台、六角螺栓、两端中心处分别开有六边形和锥形凹槽的圆柱体；所述筒状SiC
f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘聪，杨卓勇，刘秀梅，吴晓锋，刘军团，汪文虎，熊一峰，蒋睿嵩，黄博，李良万，王栋辉，
申请(专利权)人：中国航发动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：