[发明专利]一种具有曲面微沟槽结构的飞行体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硬脆性零部件的微细精密制造技术领域，具体涉及一种具有曲面微沟槽结构的飞行体及其制造方法。

背景技术

陶瓷、玻璃、硬质合金等硬脆性材料被广泛用于工业、汽车制造业和航空航天领域。例如，工业用微型钻头需要加工螺旋微沟槽；在摩擦学领域，发动机缸套工作表面被加工出微沟槽能够存储润滑油同时产生流体润滑膜，从而改善缸套与活塞间的润滑状况达到降低部件磨损和延长部件使用寿命；在光学应用领域，在石英基板表面加工出微米尺度的微沟槽阵列可实现光纤的自适应定位，降低光学零部件的封装成本；在热传导领域，在热管内壁加工出槽深250微米的梯形沟槽能通过毛细作用提高热管的传热极限及降低传热平均热阻，从而提升热管的散热性能。

目前，微沟槽功能表面的应用逐渐向曲面空间结构方向发展。但是，硬脆材料的曲表面精密加工非常困难，常用的激光加工和蚀刻加工尚未能加工大面积且高形状精度的微结构曲表面。飞行体表面材料要求较硬，具有曲面微沟槽结构的飞行体尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种具有气流导流作用，可以防止湍流，能有效减小飞行体的空气阻力的具有曲面微沟槽结构的飞行体及其制造方法。

本发明利用金刚石砂轮的端面边角先将圆柱体工件加工出光滑的曲表面，然后利用金刚石砂轮的V形尖端在已加工的光滑曲表面上加工出直微沟槽或螺旋微沟槽结构。该微沟槽结构曲表面的磨削方法不但能够获得高质量和高精度的曲表面轮廓，而且还可以加工出轮廓清晰，无破损且边缘整齐的微沟槽结构。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种具有曲面微沟槽结构的飞行体，包括圆柱体和圆锥头，圆柱体与圆锥头连成一体；沿着圆锥头的曲表面轴向截面轮廓间隔均匀分布多条微沟槽，所述微沟槽为V形槽，微沟槽的深度为50～900微米，微沟槽夹角为30～120度；曲表面为抛物面或椭圆面的二维旋转面。

优选地，相邻两条微沟槽在圆周方向的分度角度为5～30度。

所述圆柱体和圆锥头的材料为陶瓷、玻璃或硬质钢。

所述的具有曲面微沟槽结构的飞行体的制造方法，包括如下步骤：

1)将柱状材料加工成带有圆锥头的曲面轮廓的粗糙曲表面的飞行体；

2)利用细粒度的金刚石砂轮沿曲线磨削路径对圆锥头的曲表面进行精磨削加工，将飞行体加工成光滑的曲表面飞行体；所述曲线磨削路径为抛物线轨迹，方程为z＝y²/a，其中z为沿飞行体轴向方向的飞行体头部的曲表面轮廓的横坐标值，y为飞行体头部的曲表面轮廓的纵坐标值；a为常系数，可以通过待定系数方法确定；

3)将V形尖端的金刚石砂轮的轴线方向与工件轴向方向垂直或者倾斜30～60度，在工件轴向的垂直截面上保持飞行体不动，利用V形尖端的金刚石砂轮的V形尖端沿着尖端圆与曲表面轮廓相切的砂轮中心的刀具轨迹在光滑曲表面上加工出一根微沟槽；再将飞行体沿着其圆周方向转动一个分度角度，加工出第二根微沟槽，如此依次在圆锥头的曲表面加工出具有直微沟槽或者螺旋微沟槽；刀具轨迹与曲线磨削路径相同。

优选地，所述将柱状材料加工成带有圆锥头的曲面轮廓的粗糙曲表面的飞行体通过如下方法实现：将柱状材料固定在三爪研磨器，使柱状材料轴向方向与砂轮轴线方向一致，在工件轴向的垂直截面上，利用粗粒度的金刚石砂轮的圆环端面边角采用轴向分层进给的磨削路径对陶瓷进行粗磨削加工，将柱状材料的毛坯轮廓加工成带有圆锥头的曲面轮廓，得到粗糙曲表面的飞行体；所述磨削路径是沿柱状材料轴向方向按设定的数控直线往复路径分层进给的往返折线。

所述粗粒度的金刚石砂轮由金刚石磨料和青铜结合剂组成，金刚石磨料粒度为60～200目；加工中，粗粒度的金刚石砂轮的转速为2000～5000转/分；成型加工的进给深度为10～50微米/每行程，进给速度为3～30毫米/分。

所述细粒度的金刚石砂轮由金刚石磨料和树脂结合剂组成，金刚石磨料粒度为1500～4000目；所述V形尖端的金刚石砂轮由金刚石磨料和青铜结合剂组成，金刚石磨料粒度为240～1500目，V尖端角度为30～90°。

加工中，所述细粒度的金刚石砂轮的进给深度为1～10微米/每行程，进给速度为1～5毫米/分；所述V形尖端的金刚石砂轮的进给深度为3～50微米/每行程，进给速度为2～20毫米/分。

本发明与现有技术相比具有如下优点：