[發明專利]一種用于高硬度纖維增強陶瓷基復合材料件鉆孔方法

有效

• 申請號: 201811102708.2
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109351999B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 宋楠;徐亮;陳旭輝;王新永;王松;韓軍
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B23B35/00
• 分類號: B23B35/00;B23B51/02;B23P15/32
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種用于高硬度纖維增強陶瓷基復合材料件鉆孔的鉆頭及鉆孔方法，屬于復合材料機械加工領域。本發明既提高了高硬度纖維增強陶瓷基復合材料鉆孔加工效率及加工表面質量，提高了PCD鉆頭切削性能與使用壽命，滿足了高硬度纖維增強陶瓷基復合材料低損傷、高精度、高效率的制造機應用需求。

技術領域

本發明涉及一種用于高硬度纖維增強陶瓷基復合材料件鉆孔的鉆頭及鉆孔方法，特別是涉及一種高硬度、各向異性連續纖維增強陶瓷基復合材料的低損傷、高效率、高精度鉆孔加工工藝方法，屬于復合材料機械加工領域，所述的高硬度纖維增強陶瓷基復合材料是指以二氧化硅、氮化硅或碳化硅為基體、連續纖維增強的陶瓷基復合材料。

背景技術

纖維增強陶瓷基復合材料是在陶瓷基體中引入連續纖維第二相作為增強材料，具有密度小、比強度高、比模量高、熱機械性能和抗熱震沖擊性能優良、耐燒蝕性能和絕熱性能優異等特點，成為新型耐高溫結構復合材料的代表，同時成為航天、航空以及核工業等行業耐高溫結構件的首選材料，如高超聲速飛行器的升降副翼結構板、固定整流罩、機翼俯仰舵面和穩定翼舵面等部件。

但是以二氧化硅、氮化硅、碳化硅為基體、連續纖維增強的陶瓷基復合材料是典型的難加工材料，此材料具有硬度高、各向異性、強度大、導熱性差以及加工冷卻條件苛刻等特點，纖維增強陶瓷基復合材料在傳統的加工過程中易產生如撕裂、分層、拉絲、毛刺、崩塊等缺陷，會導致工件加工表面粗糙度較大，由于尺寸控制比較困難，甚至導致工件報廢。在切削加工時由于刀具溫度很高導致磨損嚴重，需經常更換刀片或刃磨。這種加工方式效率低、精度低、刀具磨損嚴重、成本高，難以滿足纖維增強陶瓷基復合材料的加工需求，因此如何加工高硬度纖維增強陶瓷基復合材料以達到高精密度、低刀具磨損、提高效率質量、降低成本的加工要求已經成為一個急需解決的問題。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種用于高硬度纖維增強陶瓷基復合材料件鉆孔的鉆頭及方法。

本發明的技術解決方案是：

一種用于高硬度纖維增強陶瓷基復合材料件鉆孔的鉆頭，該鉆頭為一實心圓柱體，實心圓柱體的一個端面上沿軸向開有一凹槽；凹槽中注入金剛石粉與粘結劑的混合物；

實心圓柱體的材料為硬質合金；

凹槽的寬0.2-0.4mm，凹槽的深度為2-4mm；

所述的粘合劑為所述的粘合劑為鈷，以金剛石粉與粘結劑的質量和為100％計算，鈷的質量含量為15％-20％；金剛石粉的平均粒度為4微米；

鉆頭的制備方法：在一硬質合金材料的實心圓柱體的一個端面上沿軸向開一凹槽，然后將金剛石粉與粘結劑混合后注入凹槽內，并在高溫高壓下燒結，得到鉆頭的毛坯件，對毛坯件進行磨制，得到需要幾何形狀的鉆頭，鉆頭頂角118-120°、螺旋角25-30°、前角6°、后角6°、橫刃(3)0.5-1.0mm、鉆心徑向偏心為實心圓柱體直徑的0.5％-1％，高溫高壓燒結溫度1450℃-1500℃、壓力5.5-6.0GPa、燒結時間1-3min。

一種用于高硬度纖維增強陶瓷基復合材料件鉆孔的裝置，該裝置包括鉆頭、千斤頂和襯板。

一種用于高硬度纖維增強陶瓷基復合材料件鉆孔方法，該包括高硬度纖維增強陶瓷基復合材料件為一帶有開口的盒型件，即敞口盒型件；該敞口盒型件為薄壁變厚度盒型件，方法的步驟包括：

步驟(一)，使用千斤頂(6)支撐盒型件(5)的內腔，并在需要鉆孔位置(8)的出口處與千斤頂之間塞入襯板(7)，保證支撐穩定的同時避讓鉆孔出口位置；

步驟(二)，采用變轉速與進給的變參數加工方式在需要鉆孔位置(8)處進行鉆孔加工，完成高硬度纖維增強陶瓷基復合材料件的鉆孔。