[發明專利]一種難加工SiCf/SiC陶瓷基復合材料超聲振動輔助加工方法

有效

• 申請號: 202110463416.7
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113231898B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 熊一峰;汪文虎;史耀耀;蔣睿嵩;楊卓勇;劉秀梅;劉智武;吳曉峰;黃博;劉聰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04;B24B27/00;B24B49/00;B24B49/12;B24B47/20
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明公開了一種難加工SiC_f/SiC陶瓷基復合材料超聲振動輔助加工方法，首先將難加工SiC_f/SiC陶瓷基復合材料切割成樣件，并裝夾在三坐標軸數控銑床上；然后將超聲振動設備與三坐標軸數控銑床連接并設定初始超聲振動參數；再采用自行設計PDC刀具對樣件進行超聲振動輔助切削加工、順銑加工和銑磨加工；最后使用刀具掃描儀測量PDC層端面刀齒磨損量，當PDC層端面錐形刀齒完全磨損，判定PDC刀具磨損失效，不再使用該刀具進行加工，并記錄PDC刀具去除材料體積。本發明方法達到了減小刀具磨損、提高刀具壽命的目的，并大大降低了成本。

技術領域

本發明屬于材料加工技術領域，具體涉及一種復合材料超聲振動輔助加工方法。

背景技術

SiC_f/SiC陶瓷基復合材料是一種近年來研究和發展的SiC纖維增強SiC陶瓷基復合材料，其保留了SiC陶瓷材料耐高溫、抗氧化、耐磨損、耐腐蝕等特點，同時由于 SiC纖維增強相的存在，材料韌性得到增強，抗沖擊載荷性能顯著提升。SiC_f/SiC陶瓷基復合材料在不使用空氣冷卻和熱障涂層情況下，其工作溫度可達1200℃以上，同時其密度為高溫合金的1/3，在航空航天、汽車制造、交通運輸等行業領域表現出了極具吸引力的應用前景。

然而，由于SiC材質硬度高，其硬度甚至遠高過大多數常用切削刀具材質硬度，同時材料脆性大、斷裂韌性低、抗磨損能力強，這使得SiC_f/SiC陶瓷基復合材料在機械加工中面臨著一系列難題，如：刀具磨損嚴重、切削力大，甚至刀具難以切削材料；加工表面質量差，存在分層、撕裂、崩碎等加工質量缺陷，屬于典型的硬脆性難加工材料。為了改善SiC_f/SiC陶瓷基復合材料切削加工性能，降低切削力、刀具磨損，超聲振動輔助加工技術被廣泛應用到SiC_f/SiC陶瓷基復合材料的切削加工中，然而刀具的選擇及匹配仍是當前SiC_f/SiC陶瓷基復合材料加工的難題之一。

池憲等研究人員在第二十一屆全國復合材料學術會議(NCCM-21)論文集，2020： 7發表的論文“SiC_f/SiC陶瓷基復合材料超聲振動高速銑削制孔表面形貌研究”，在超聲振動輔助鉆削SiC_f/SiC陶瓷基復合材料過程中，對比研究了硬質合金刀具、金剛石涂層刀具、電鍍超硬磨料刀具、釬焊金剛石刀具、PCD刀具的切削加工性能，發現硬質合金刀具無法進行SiC_f/SiC陶瓷基復合材料的切削加工，應首選PCD刀具加工 SiC_f/SiC陶瓷基復合材料。陳玉榮等研究人員在航空制造技術，61(2018)47-51發表的論文“超聲振動輔助干式鉆削SiC_f/SiC陶瓷基復合材料試驗研究”，為了克服干式切削下刀具磨損嚴重的問題，采用有序排布釬焊金剛石套料鉆進行SiC_f/SiC陶瓷基復合材料的鉆孔加工。此外，姜文莊在碩士學位論文“SiC_f/SiC復合材料細長薄壁管件外表面加工技術研究”，采用PCD銑刀及電鍍金剛石磨頭對SiC_f/SiC復合材料進行超聲振動輔助加工，發現PCD刀具存在崩刃、刀具斷裂等磨損，不適宜于SiC_f/SiC復合材料的切削加工，應該選用電鍍金剛石磨頭。在上述文獻對SiC_f/SiC陶瓷基復合材料進行超聲振動輔助切削加工時，均存在刀具磨損嚴重、加工質量差等問題，刀具的選擇及匹配限制了SiC_f/SiC陶瓷基復合材料在工業上的快速推廣和工程化應用。