[发明专利]一种高体分铝基碳化硅螺纹孔复合加工方法

说明书

本发明涉及一种高体分铝基碳化硅螺纹孔复合加工方法，在体积分数高于50％的铝基碳化硅材料上加工标准规格的螺纹孔，利用基于多维超声振动的铣磨一体复合加工方法，充分将难加工材料的优势加工方法磨、超声振动加工与螺纹的高精度铣削加工方法相结合，通过刀具设计和工艺参数优化，减轻目前加工技术中因加工过程中的SiC颗粒脱落、破碎等原因造成的不利的加工影响，提升螺纹加工质量与效率。

技术领域

本发明属于精密加工领域，涉及一种高体分铝基碳化硅螺纹孔复合加工方法，尤其涉及一种SiC体积分数高于50％的铝基碳化硅螺纹孔复合加工方法。

背景技术

铝基碳化硅(SiCp/Al)是兼具铝基体和SiC颗粒增强项优良性能的的一种颗粒增强金属基复合材料，具有高比强度和比模量、耐高温、耐磨、低热膨胀系数等优良特性，在航空航天、武装装备等领域具有迫切的应用需求和广阔应用前景。但随着SiC体积分数的不断增加，材料的硬度、脆性、耐磨性能也随之增加，这使得SiC体积分数高于50％以上的SiCp/Al成为一种典型的难加工材料。SiCp/Al材料中因含有较硬的SiC增强颗粒，在切削刀刃的作用下一般会发生颗粒粘、几个相邻颗粒在相互作用下的整体脱落、颗粒压入基体和颗粒碎裂，造成加工过程中刀具钝化、磨损剧烈，零件表面完整性差、甚至存在潜在裂纹，加工中能出现烧伤、崩边、开裂等突出问题的发生。

螺纹孔是机械零件的典型特征，目前在现有技术中通常采用钻孔+攻丝的方式进行加工，攻丝的手段主要分为丝锥攻丝和螺纹铣削两种方式。由于螺纹孔空间封闭、结构复杂，高体分SiCp/Al材料硬度高、脆性大，在利用现有技术加工过程中，存在刀具磨损剧烈、螺孔崩牙崩边、精度和螺牙齿形精度难以保证、螺牙强度不足、加工效率低等突出问题，严重影响产品的加工质量与效率。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种高体分铝基碳化硅螺纹孔复合加工方法。

本发明的技术解决方案是：

一种高体分铝基碳化硅螺纹孔复合加工方法，该方法的步骤包括：

步骤一，对高体分铝基碳化硅材料进行粗加工及高温退火热处理；

步骤二，对步骤一处理后的材料进行半精加工，半精加工时，除加工零件外形外，还利用机床钻孔功能加工螺纹底孔，并利用超声振动设备附加纵向往复微小振动；

步骤三、零件半精加工完成后，进行去应力退火处理，消除加工应力；

步骤四、利用铣磨刀具进行螺纹切削加工；

刀具基体采用钢材或合金钢，在刀体及切削刃上利用铜基结合剂烧结磨料，磨粒选择人造金刚石，金刚石粒度选刀具末端开有对称斜槽，刀具搭载在常用的超声纵振换能器上，通过对称斜槽转换作用，将纵向振动转换为纵向振动与扭转振动两种振动叠加状态；纵向振动仍沿着刀具轴向，扭转振动以刀具轴线为中心沿着刀具圆周方向振动，通过变幅杆对振动幅度放大，两种叠加的振动能够传递到刀具末端；

步骤五、基于机床铣削功能设计螺纹加工刀具轨迹；

所述刀具轨迹包括刀具的切入、切出圆弧参数，在螺旋铣磨过程中，刀具绕孔中心旋转一周的同时沿轴向进给，将螺纹大径D处的圆柱面展开，刀具尖端上任意一点运动轨迹为斜向下的一条直线；

步骤六、通过机床设备螺旋差补功能形成步骤五所述的刀具轨迹，完成螺纹外形加工。

所述高体分铝基碳化硅材料是指SiC体积分数高于50％的铝基碳化硅材料。

所述步骤二中，利用超声振动设备附加的为15～20KHz的纵向往复微小振动。

所述步骤四中，刀具砂轮磨削部分形貌与螺纹牙形相同。

所述步骤五中，刀具直径的一半与螺纹大径相等。