高体积分数铝基碳化硅加强棘爪的加工方法与流程

本发明涉及铝基碳化硅加工领域，具体涉及高体积分数铝基碳化硅加强棘爪的加工方法。

背景技术：

高体积分数铝基碳化硅材料由于其密度小、刚度强、线性膨胀系数低等特性，在各类空间飞行器与武器装备中得到广泛应用，如用于探月工程月面巡视器行走机构的加强棘爪零件。加强棘爪零件的几何特征复杂，尺寸精度较高，其加强筋厚度仅1.5mm，属薄壁类零件。该零件材料中的碳化硅颗粒增强相较多，体积分数达到55%，材料的硬脆性较大，目前使用金刚石涂层刀具进行加工时，碳化硅颗粒会造成刀具涂层剥落、刀刃崩碎，使加工中产生较大的铣削力，从而导致加强筋特征崩边碎裂、已加工表面碳化硅颗粒脱落耕犁等加工缺陷。

铣磨加工作为一种新兴的加工方法，以磨具代替铣刀，在多轴数控系统的驱动下，以类似铣削的方式完成复杂特征的加工。相较于传统铣削加工，铣磨加工的多微刃切削特点有效降低了切削力，且磨具的耐磨损程度优于铣刀，适用于无机复合材料等硬脆材料的加工。中国发明专利CN102717342A提及了一种可实现无机复合材料高效加工的铣磨工具，其将80目的金刚石磨料电镀在钢制刀柄上，并设计了四条均布的螺旋槽用于排屑。文献“SiCp_Al窄槽的铣磨实验研究_表面粗糙度”中指出，使用此类带有排屑槽的铣磨工具加工铝基碳化硅材料，在改善排屑效果，提高铣磨效率的同时，加工中的铣磨力波动较大，影响表面粗糙度，并有可能产生崩边等加工缺陷。因此，需要从铣磨工具与加工工艺出发，提出适合高体积分数铝基碳化硅加强棘爪特点的加工方法。

技术实现要素：

为解决现有加工技术中存在的问题，本发明提供一种高体积分数铝基碳化硅加强棘爪的加工方法。

本发明所提出的高体积分数铝基碳化硅加强棘爪的加工方法包括如下步骤：步骤一，在快走丝线切割机床上切割毛坯；步骤二，在加工中心上使用电镀金刚石铣磨工具进行型腔特征的粗加工 ；步骤三，在加工中心上使用陶瓷结合剂金刚石铣磨工具进行型腔特征的精加工；步骤四，在慢走丝线切割机床上切割加强筋与底面上的安装孔，并割下工艺搭子。

进一步，所述的高体积分数铝基碳化硅材料中，碳化硅颗粒增强相的体积分数为55%。

进一步，所述的加强棘爪毛坯加工，采用快走丝线切割工艺，所述的用于加工加强棘爪型腔特征的铣磨工艺，既具备磨削加工多微刃切削的优势，又具备铣削加工多轴运动的特点。

进一步，所述的型腔特征的铣磨粗加工，选用颗粒度为80目的电镀金刚石铣磨工具，粗加工单边余量0.5mm，铣磨线速度320m/min，铣磨深度0.5mm，进给速度200mm/min。

进一步，所述的型腔特征的铣磨精加工，选用颗粒度为240目的陶瓷结合剂金刚石铣磨工具，铣磨线速度240m/min，铣磨深度0.05mm，进给速度120mm/min。

进一步，所述的加强筋与底面安装孔的加工，采用“割一修二”的慢走丝线切割工艺。

本发明以铣磨工艺取代铣削工艺进行加强棘爪型腔特征的加工，结合了磨削加工多微刃切削与铣削加工多轴运动的优点，使用不同颗粒度的铣磨工具进行粗、精加工，有效降低加工过程中的铣磨力，提高了表面质量，解决了加强棘爪加工中的加强筋崩边碎裂问题；使用慢走丝线切割工艺加工安装孔，避免了钻孔时造成的出口崩裂现象。

附图说明

图1为高体积分数铝基碳化硅加强棘爪三维模型与二维图；

图2为本发明所提供的高体积分数铝基碳化硅加工棘爪加工方法的步骤图；

图3为铣磨加工示意图，其中1为加工中心主轴，2为铣磨工具，3为工具，4为加工中心工作台，n为主轴转速，v为进给速度，a为铣磨深度；

图4为用于加强棘爪型腔粗加工的电镀金刚石铣磨工具，其中1为刀柄，2为退刀槽，3为镀有金刚石磨粒的铣磨头；4为铣磨头上的容屑区。

图5为用于加强棘爪型腔精加工的陶瓷结合剂金刚石铣磨工具，其中1为刀柄，2为陶瓷结合剂烧结金刚石磨粒的铣磨头；3为铣磨头上的容屑区。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容，下面结合实施例并配合附图对本发明作详细阐述。

结合图1与图2，本发明所提出的高体积分数铝基碳化硅加工棘爪的加工方法，包括如下步骤：

步骤一，在快走丝线切割机床上切割毛坯。由于材料中的非导电性碳化硅颗粒存在“屏蔽作用”，因此切割中适当降低进给速度，防止断丝。

步骤二，在加工中心上使用电镀金刚石铣磨工具进行型腔特征的粗加工。结合图3与图4，该铣磨工具的金刚石磨粒颗粒度为80目，铣磨头与刀柄直径均为10mm，铣磨头底面设有直径4mm，深2mm的容屑区，用于容纳铣磨过程中产生的磨屑。铣磨粗加工加强棘爪的两处减轻腔与加强筋，单边余量0.5mm，铣磨线速度为320m/min，铣磨深度0.5mm，进给速度200mm/min。

步骤三，在加工中心上使用陶瓷结合剂金刚石铣磨工具进行型腔特征的精加工。结合图3与图5，该铣磨工具的金刚石磨粒颗粒度为240目，陶瓷结合剂的热稳定性好，易于控制铣磨精度，铣磨头直径6mm，刀柄直径10mm，锥度过渡，铣磨头底面设有直径2mm，深1mm的容屑区，用于容纳铣磨过程中产生的磨屑。铣磨精加工加强棘爪的两处减轻腔与加强筋，铣磨线速度240m/min，铣磨深度0.05mm，进给速度120mm/min。

步骤四，在慢走丝线切割机床上切割加强筋与底面上的安装孔，并割下工艺搭子。首先采用电火花小孔机加工穿丝孔，然后采用“割一修二”的慢走丝线切割工艺完成安装孔的切割，避免了钻孔时造成的出口崩裂现象，最后将工艺搭子割下，完成加工。

试验证明，加工中铣磨力无明显波动，无明显颤振，加工完成的加强棘爪样件的加强筋无崩边碎裂的缺陷，加工表面完整性好。经检测，零件的尺寸精度、形位公差与表面粗糙度均符合设计指标要求。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。