[發明專利]一種硬脆材料微孔結構波動式超聲銑磨方法

有效

• 申請號: 202210853951.8
• 申請日: 2022-07-12
• 公開（公告）號: CN114986195B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 耿大喜;孫哲飛;張德遠;計海榮;應恩澤;劉逸航
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B23P25/00
• 分類號: B23P25/00;B23P23/04
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理有限公司 11613
• 代理人: 齊勝杰;李會娟

本申請屬于孔精密制備技術領域，具體涉及一種硬脆材料微孔結構波動式超聲銑磨方法。本申請的一種硬脆材料微孔結構波動式超聲銑磨方法包括：通過超聲振動系統對銑磨刀具分別施加兩路互相垂直的彎曲振動，兩路彎曲振動的合成軌跡與所述銑磨刀具的中心線垂直，使銑磨刀具在普通螺旋銑磨加工同時進行超聲橫向圓形振動，實現微孔結構波動式超聲銑磨加工。本申請的波動式超聲銑磨加工方法提高了孔加工的規律性，又降低刀具超聲振動的控制難度，從而進一步提高了微孔加工精度和表面質量，為實現高精度、低損傷加工提供前提保障。

技術領域

本申請屬于孔精密制備技術領域，具體涉及一種硬脆材料微孔結構波動式超聲銑磨方法。

背景技術

在渦輪風扇發動機、重型燃氣輪機等產品中，以C/SiC、SiC/SiC、C/C為代表的陶瓷基、碳基復合材料使用連續纖維對陶瓷基體、碳基進行增韌，既保留了基體材料的輕質、耐高溫、耐磨損等優勢，又使其不會發生災難性的斷裂失效，逐漸被應用于高推重比航空發動機的熱端部件。熱端部件長期處于高溫的工作環境下，需通過氣膜冷卻技術來降低溫度。其中，氣膜孔可以在不顯著降低熱端部件力學性能基礎上，有效降低熱端零件的局部溫度，延長使用壽命。

以陶瓷基復合材料葉片為例，氣膜孔的孔徑約為0.3～0.8mm的微斜孔結構。氣膜孔的形狀和位置參數是決定氣膜孔冷卻效率的關鍵，而氣膜孔表面加工損傷往往是葉片疲勞斷裂的根源之一。因此，氣膜孔的加工精度和加工質量直接決定了氣膜孔的冷卻效率和葉片疲勞壽命。

在先前專利CN112222445A一種波動式切擠孔精強一體化加工方法，提出了相鄰兩齒刀具切削軌跡具有相位差，從而使刀具主切削刃斷續切削、降低切削力提高加工精度，但該方法具有切削不均勻性、形成的微孔表面形貌缺乏規律性的缺點，并且刀具的控制難度較大，容易產生刀具軌跡偏差，降低了加工精度。

而如何提高孔加工的規律性、降低刀具超聲振動的控制難度，進一步提高加工精度，即如何克服上述技術缺陷，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于現有技術的上述缺點、不足，本申請提供一種硬脆材料微孔結構波動式超聲銑磨方法。

(二)技術方案

為達到上述目的，本申請采用如下技術方案：

第一方面，本申請實施例提供一種硬脆材料微孔結構波動式超聲銑磨方法，該方法包括：

通過超聲振動系統對銑磨刀具分別施加兩路互相垂直的彎曲振動，兩路彎曲振動的合成軌跡與所述銑磨刀具的中心線垂直，使銑磨刀具在普通螺旋銑磨加工同時進行超聲橫向圓形振動，實現微孔結構波動式超聲銑磨加工。

可選地，該方法還包括：

通過設定所述銑磨刀具的回轉速度，控制切削過程中所述銑磨刀具具有預設的動態角度以及相鄰刀具具有預設的相位差。

可選地，設定所述銑磨刀具的回轉速度的步驟包括：

步驟S1、在加工前，通過調節所述回轉速度控制所述銑磨刀具磨粒的動態后角范圍為[30°，60°]和/或通過調節所述回轉速度控制所述銑磨刀具磨粒的動態前角范圍為[-30°，-60°]，所述動態后角由如下公式得出：

其中，α為動態后角，α′₀為刀具名義后角，f為超聲橫向圓形振動的頻率，A為超聲圓形振動的振幅，n為所述銑磨刀具回轉速度，D_t為刀具直徑，t為時間；

所述動態前角由如下公式得出：