[發明專利]一種高體積分數鋁基碳化硅復合材料小孔螺紋的制備方法

在審

• 申請號: 202010826170.0
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN111958185A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 王磊;張加波;陳蘇;王建宇;郝杰;張開虎;王春健;王青
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種高體積分數鋁基碳化硅復合材料小孔螺紋的制備方法，通過使用粘接鈦柱來代替直接攻螺紋或鑲嵌鋼絲螺套加工小螺紋，在不明顯降低其材料線膨脹系數和增加材料質量屬性的前提下大幅提高螺紋的加工精度、質量和效率，滿足高體積分數鋁基碳化硅材料在反復拆卸場合下使用需求，解決了高體積分數鋁基碳化硅材料上加工螺紋尤其是小螺紋時易產生加工缺陷、加工后螺紋無法適應反復拆卸的場合應用的問題，適用性更好。

技術領域

本發明涉及一種高體積分數鋁基碳化硅復合材料小孔螺紋的制備方法，屬于精密零件加工領域。

背景技術

鋁基碳化硅復合材料，尤其是高體分鋁基碳化硅材料具有高比強度和比剛度、低熱膨脹系數、低密度、高微屈服強度、良好的尺寸穩定性、導熱性以及耐磨、耐疲勞等優異的力學性能和物理性能，在航空航天、兵器、汽車等領域得到了廣泛的應用，如軍用電子產品封裝殼體、軍用高穩定光機結構件、軍用光學/電子載荷熱控產品、深空探測產品關鍵抗磨與高穩定性結構、汽車剎車片等。但是高體積分數碳化硅鋁基復合材料上加工小孔螺紋一直是個難題，加工過程中底孔加工，尤其是絲錐攻螺紋時絲錐磨損嚴重，扭矩很大，經常折斷，螺紋的加工精度和質量無法保證，而且即使是加工出的螺紋在經常需要拆卸的場合往往拆卸一次，螺紋的螺牙磨損量大，多次拆卸后的螺紋往往極易發生脫扣。材料的一系列優異性能的獲得是以犧牲復合材料的塑性韌性和切削加工性為代價的，該材料由于塑性低以及在微觀上的不均勻性而難于機械加工，特別體現在刀具磨損快和加工表面缺陷多等方面，尤其是其上螺紋的加工，由于其上含有大量堅硬的碳化硅顆粒，且微觀不均勻，65％體分的材料其顆粒通常達60微米，加工過程刀具設計不合理和加工參數不當，易產生孔洞、凹坑、微裂紋、溝痕、螺紋崩邊、基體撕裂等缺陷；對于細小孔及螺紋，刀具的研制、修形、修磨困難，磨損快、成本相對較高且效率極低，嚴重制約了高體積分數鋁基碳化硅材料的大面積推廣使用。碳化硅鋁基復合材料精密加工是一項具有高難度和高技術含量的挑戰，然而該材料的精密加工既是一種高代價高投入的工藝技術又是高增值高回報的工藝技術，世界工業先進國家都把它放在國家尖端技術和經濟振興的重要位置。

對于高體積分數鋁基碳化硅材料上的螺紋加工，采用直接在母材上攻螺紋可以通過設計定制專用的PCD鉆頭、PCD絲錐來降低刀具磨損對螺紋加工的影響，加工效率低，且該類螺紋孔往往無法適用頻繁拆卸的場合，3-5次使用后螺牙磨損嚴重，甚至會發生脫扣；通過打螺紋底孔攻頭錐二錐后鑲嵌鋼絲螺套的方式來加工螺紋可降低螺牙的磨損，但該類螺紋孔往往精度較低，而且螺牙的多次使用，母體的牙同樣會存在磨損掉屑，經驗顯示在55％體分的鋁基碳化硅材料上加工M3的內螺紋，鑲嵌鋼絲螺套后，使用一次，母體的小徑會減小0.03～0.05，無法適應多次拆卸的場合。

因此，尋求一種簡單高效的、能夠大幅提高螺紋的螺牙強度的一種高體積分數鋁基碳化硅復合材料小孔螺紋的制備方法，具有重要的應用意義。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對目前現有技術中，高體積分數鋁基碳化硅材料上加工螺紋尤其是小螺紋時易產生加工缺陷，同時即使完成加工后螺紋無法適應反復拆卸的場合應用的問題，提出了一種高體積分數鋁基碳化硅復合材料小孔螺紋的制備方法。

本發明解決上述技術問題是通過如下技術方案予以實現的：

一種高體積分數鋁基碳化硅復合材料小孔螺紋的制備方法，步驟如下：

(1)對鋁基碳化硅零件加工，直至鋁基碳化硅零件單邊均有0.5mm空間余量；

(2)于鋁基碳化硅零件上以預設尺寸加工鈦柱塞孔；

(3)采用TC4R鈦合金棒材按照預設外形公差加工端面設置有螺紋孔的鈦合金柱，于鈦合金柱表面噴丸，保證噴丸后粗糙度大于預設閾值；

(4)利用砂紙對鋁基碳化硅零件的鈦柱塞孔底部進行打磨，并利用砂紙蘸取究竟進行清洗晾干，通過放大鏡以高強度照明進行孔內觀察，直至鈦柱塞孔底部呈現金屬光澤；