陶瓷基复合材料舱段组件的加工方法与流程

本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种陶瓷基复合材料舱段组件的加工方法。

背景技术：

近年来，随着科学技术的不断进步，材料技术得到飞速发展。复合材料已经逐渐成为主导材料之一。复合材料具有质量轻，较高比强度、比模量，抗腐蚀、耐高温、耐烧蚀性等特点，是飞机、导弹、航天飞行器等武器的理想材料。“金属+复合材料”是目前在导弹武器系统中比较通用的一类结构件，目前主要采用缠绕、套装等技术制造。陶瓷基复合材料作为一种新兴的复合材料，其抗腐蚀、耐高温的性能更加强大。随着航空航天产品的更新换代，对飞行时间、马赫数的要求越来越高，对防热复合材料的性能等要求不断提高，需求也越来越大。

现有复合材料舱段组件的加工步骤如下为：(1)以端面销孔为基准加工工件外形；(2)粗、精加工工件外形至尺寸；(3)精加工各开口至尺寸。由于陶瓷基复合材料的硬度高、脆性大，加工易起层、掉渣，锐边易崩块；刀具磨损快，加工易变形，壁厚均匀性、加工余量等与理论状态有较大差异。现有复合材料舱段组件的加工方法始终使用端面销孔为基准进行加工会出现加工变形，应用于陶瓷基复合材料舱段组件的加工又无法全面协调加工余量，因此现有复合材料舱段组件的加工方法用于加工陶瓷基复合材料舱段组件时难以控制加工变形带来的壁厚不均。

技术实现要素：

本发明实施例提供的一种陶瓷基复合材料舱段组件的加工方法，解决了现有加工方法用于加工陶瓷基复合材料舱段组件时难以控制加工变形带来的壁厚不均的技术问题。

本发明实施例提供了一种陶瓷基复合材料舱段组件的加工方法，包括依次执行的如下步骤：

以工件的金属端面为基准，找平所述金属端面的平面度小于或等于第一预设值；

以所述工件上已加工出的销孔底孔为基准初定工件中心，进行粗加工出工件外形至留有加工余量，其中，所述销孔底孔加工在所述工件的金属端面上：

涡流检测所述加工余量是否均匀；

在所述涡流检测的结果确认所述加工余量均匀后，精加工所述工件外形至尺寸；

以所述金属端面为基准找平所述金属端面的平面度小于或等于第二预设值；

以精加工至尺寸后的所述工件外形为基准再次确定工件中心，进行加工所述金属端面至尺寸。

优选的，所述以所述工件上已加工出的销孔底孔为基准初定工件中心，进行粗加工出工件外形至留有加工余量，包括：

从所述工件的小端到大端进行试切所述工件外形的加工面至留有均匀余量；

采用多晶体金刚石铣刀按最终状态留余量沿陶瓷基复合材料的缠绕方向顺铣加工所述工件外形的所述加工面均见光。

优选的，所述最终状态留余量为0.5～1mm。

优选的，所述精加工所述工件外形至尺寸，具体为：

采用单晶体金刚石铣刀沿陶瓷基复合材料的缠绕方向顺铣加工所述工件外形至尺寸。

优选的，所述以精加工至尺寸后的所述工件外形为基准再次确定工件中心，进行加工所述金属端面至尺寸，包括依次执行的如下步骤：

金属端面加工步骤：先采用金刚石涂层铣刀的侧刃切削所述金属端面至留有余量，后采用所述金刚石涂层铣刀的底刃分层切削所述金属端面至尺寸；

端面密封凸台加工步骤：先采用所述金刚石涂层铣刀的侧刃切削端面密封凸台加工位置至单面留余量，后采用所述金刚石涂层铣刀的底刃从上向下顺铣分层切削所述端面密封凸台加工位置至单面留余量，再采用所述金刚石涂层铣刀精加工所述端面密封凸台加工位置至尺寸；

镗加工端面销孔至尺寸。

优选的，在所述进行加工所述金属端面至尺寸之后，所述加工方法还包括：

压板从所述金属端面至外形侧面将待加工U型槽的U型槽边压紧后，采用螺旋下刀方式进行分段、分层加工出U型槽口；

压板从所述金属端面至所述外形侧面将待加工开口下陷的开口下陷边压紧后，采用所述螺旋下刀方式进行分段、分层加工出开口下陷；

压板从所述金属端面至所述外形侧面将待加工密封槽的密封槽边压紧后，采用所述螺旋下刀方式进行分段、分层加工出密封槽。

优选的，在所述采用所述螺旋下刀方式进行分段、分层加工出密封槽之后，所述加工方法还包括：

检测所述工件的线性尺寸；

涡流检测所述金属端面中防热层的壁厚；

以所述金属端面及已经加工至尺寸的端面销孔为基准进行检测所述工件的形位公差；

通过两端的所述端面销孔固定防护板。

优选的，所述第一预设值与所述第二预设值均为0.05。

本发明实施例提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、先以加工出的销孔底孔为基准粗加工工件外形，再用涡流检测方法确定加工余量均匀性后精加工所述工件外形至尺寸，再以工件外形为基准精加工金属端面及各开口，从而涡流检测与基准转换相结合确定各步骤的加工坐标系，可全面分析陶瓷基复合材料舱段组件的加工余量，从而准确控制加工变形带来的壁厚不均，并且结合了加工不同特征时为不同加工基准，解决了现有加工方法用于加工陶瓷基复合材料舱段组件时难以控制加工变形带来的壁厚不均的技术问题，有效提高了陶瓷基复合材料舱段组件的产品精度，以保证满足产品装配要求。

2、由于压板从金属端面至外形侧面将待加工U型槽的U型槽边压紧后加工出U型槽口；压板从金属端面至外形侧面将待加工开口下陷的开口下陷边压紧后加工出开口下陷；压板从金属端面至所述外形侧面将待加工密封槽的密封槽边压紧后加工出密封槽，加工不同特征对应采用不同的装夹位置，避免了加工过程中金属端面的防热层棱边起层、掉渣，能保证壳体质量。

3、由于采用了防护板固定在金属端面，保护了金属端面的防热层棱边及密封凸台。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中陶瓷基复合材料舱段组件的立体图；

图2为本发明实施例中陶瓷基复合材料舱段组件的俯视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种陶瓷基复合材料舱段组件的加工方法，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，陶瓷基复合材料舱段组件为薄壁菱形结构，毛坯材料由石墨型铸造而成，该陶瓷基复合材料舱段组件的加工方法包括依次执行的如下步骤：

步骤1、以工件的金属端面1为基准找平金属端面1的平面度小于或等于第一预设值。

比如，第一预设值为0.05mm，则以工件的金属端面1为基准找平金属端面1的平面度≤0.05mm。根据具体实施过程中的加工需求，第一预设值设置为其他大于或小于0.05mm的其他近似值也属于本发明的保护范围，比如，0,04～0.06均可。

步骤2、以工件上已加工出的销孔底孔为基准初定工件中心，进行粗加工出工件外形至留有加工余量，其中，销孔底孔加工在工件的金属端面1上。

具体的，依次执行如下试切步骤和粗铣步骤进行粗加工出工件外形至留有加工余量。

试切步骤为：从工件的小端到大端进行试切工件外形的加工面至留有均匀余量。

粗铣步骤为：采用多晶体金刚石铣刀按最终状态留余量沿陶瓷基复合材料的缠绕方向顺铣加工至工件外形的加工面均见光。

具体的，在粗铣步骤中，采用钻头直径的多晶体金刚石铣刀，按最终状态留余量为0.5～1mm沿陶瓷基复合材料的缠绕方向顺铣加工至工件外形的加工面均见光。在粗铣步骤中，加工参数具体可以为：机床主轴转速F3000，机床进给速度S1000，切宽3mm，切深0.5mm。在具体实施过程中，还可以检查粗铣步骤后的工件外形的加工面是否全部见光以及确认加工余量是否足够。

步骤3、涡流检测加工余量是否均匀。

在步骤3中，通过涡流检测陶瓷基复合材料的壁厚确认工件外形的各加工面的加工余量是否均匀。具体来讲：将通有交流电的线圈置于粗铣后的工件上或套在粗铣后的工件外，工件内会感应出涡流，线圈电流受涡流影响会发生变化，则线圈电流的变化能够反应加工余量是否均匀，电流大小变化越小，则加工余量越均匀。

步骤4、在涡流检测的结果确认加工余量均匀后，精加工工件外形至尺寸。

具体的，设定一预设电流大小变化阈值，涡流检测到的电流大小变化值小于或等于预设电流大小变化阈值时确认为加工余量均匀，否则粗加工的工件外形留有的加工余量不均匀。具体实施过程中，电流大小变化值为最大电流与最小电流之间的电流差值。在涡流检测时线圈不需与被测工件直接接触，因此可进行高速检测。

具体的，精加工工件外形至尺寸的步骤中，具体为：采用单晶体金刚石铣刀沿陶瓷基复合材料的缠绕方向顺铣加工工件外形至尺寸。比如，采用钻头直径φ32mm或其他替代直径规格的单晶体金刚石铣刀。

在具体实施过程中，精加工工件外形至尺寸步骤中，切削参数具体可以为：机床主轴转速F3000，机床进给速度S1000，切宽1mm，切深0.5mm。通过上述工件外形的粗加工与精加工通过不同的刀具、不同的切削参数，使得更合适每个加工步骤，从而进一步保证产品质量。

步骤5、以金属端面1为基准找平金属端面1的平面度小于或等于第二预设值。

比如，第二预设值与第一预设值相同，也为0.05mm，则以工件的金属端面1为基准找平金属端面1的平面度≤0.05mm。根据具体实施过程中的加工需求，第一预设值设置为其他大于或小于0.05mm的其他近似值也属于本发明的保护范围。

步骤6、以精加工至尺寸后的工件外形为基准再次确定工件中心，进行加工金属端面1至尺寸。

进行加工金属端面1至尺寸，具体为依次执行如下步骤6A～步骤6C：

步骤6A为加工金属端面1：先采用金刚石涂层铣刀的侧刃切削金属端面1至留有余量，后采用金刚石涂层铣刀的底刃分层切削金属端面1至尺寸。

具体来讲，金属端面1的加工所包括防热层及金属面的加工，步骤6A中所采用为钻头直径倒角R0.5的金刚石涂层铣刀。金刚石涂层铣刀的侧刃切削时，加工参数具体可以为：机床主轴转速F1000，机床进给速度S2000，切宽8mm，切深0.3mm。金刚石涂层铣刀的底刃分层切削时，加工参数具体可以为：机床主轴转速F500，机床进给速度S2000。

步骤6B为端面密封凸台加工：先采用金刚石涂层铣刀的侧刃切削端面密封凸台加工位置至单面留余量，后采用金刚石涂层铣刀的底刃从上向下顺铣分层切削端面密封凸台加工位置至单面留余量，再采用金刚石涂层铣刀精加工端面密封凸台加工位置至尺寸。

在步骤6B中采用钻头直径φ12mm、倒角R0.5的金刚石涂层铣刀。侧刃切削端面密封凸台加工位置时的加工参数具体可以为：机床主轴转速F1000，机床进给速度S2000，切深6mm，切宽0.3mm。底刃从上向下顺铣分层切削端面密封凸台加工位置时的加工参数具体可以为：机床主轴转速F500，机床主轴转速S2000。

步骤6C、镗加工端面销孔至尺寸。

通过上述步骤2～步骤6中，不同的加工特征采用不同的切削参数，更合理、可靠，从而进一步提高了加工精度。

步骤7、为各开口加工。

具体的，各开口加工包括分别执行的步骤7A～步骤7C，但是不限定7A～步骤7C的加工顺序：

步骤7A、压板从金属端面1至外形侧面5将待加工U型槽的U型槽边压紧后，采用螺旋下刀方式进行分段、分层加工出U型槽口2；

步骤7B、压板从金属端面1至外形侧面5将待加工开口下陷3的开口下陷3边压紧后，采用螺旋下刀方式进行分段、分层加工出开口下陷3；

步骤7C、压板从金属端面1至外形侧面5将待加工密封槽4的密封槽4边压紧后，采用螺旋下刀方式进行分段、分层加工出密封槽4，密封槽在开口下陷面上。

步骤7A～步骤7C中，通过不同的特征加工采用不同的装夹方式，能够防止加工U型槽口2、开口下陷3及密封槽4时材料掉渣、起层、崩块，保证壳体质量。

步骤8：产品检测：

检测工件的线性尺寸；涡流检测金属端面1中防热层的壁厚；以金属端面1及端面销孔为基准进行检测工件的形位公差。

在具体实施过程中，所检测的形位公差包括产品内、外形轮廓度等，工件的形位公差可以通过三维检测方法进行检测，三维检测工件的形位公差。具体可以参考现有技术，为了说明书的简洁，本文不再赘述。

步骤9：通过两端的端面销孔固定防护板。具体的，制作防护板，通过两端的端面销孔将防护板固定在金属端面1上，保护防热层棱边及端面密封凸台。

通过上述描述的本发明实施例采用的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、先以加工出的销孔底孔为基准粗加工工件外形，再用涡流检测方法确定加工余量均匀性后精加工所述工件外形至尺寸，再以工件外形为基准精加工金属端面及各开口，从而涡流检测与基准转换相结合确定各步骤的加工坐标系，可全面分析陶瓷基复合材料舱段组件的加工余量，从而准确控制加工变形带来的壁厚不均，并且结合了加工不同特征时为不同加工基准，解决了现有加工方法用于加工陶瓷基复合材料舱段组件时难以控制加工变形带来的壁厚不均的技术问题，有效提高了陶瓷基复合材料舱段组件的产品精度，以保证满足产品装配要求。

2、由于压板从金属端面至外形侧面将待加工U型槽的U型槽边压紧后加工出U型槽口；压板从金属端面至外形侧面将待加工开口下陷的开口下陷边压紧后加工出开口下陷；压板从金属端面至所述外形侧面将待加工密封槽的密封槽边压紧后加工出密封槽，加工不同特征对应采用不同的装夹位置，避免了加工过程中金属端面的防热层棱边起层、掉渣，能保证壳体质量。

3、由于采用了防护板固定在金属端面，保护了金属端面的防热层棱边及密封凸台。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。