石墨烯铝基复合材料的铣削加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及切削加工工艺领域，具体设及石墨締侣基复合材料的锐削加工方法。
【背景技术】
[0002] 石墨締侣基复合材料具有强度高（弯曲强度> 550MPa)，耐磨性好，质量轻（密度 仅为2. 9-3.Og/cm2)，导热率高等特点，可用于电子封装料等产品，在航天领域应用广泛。石 墨締侣基复合材料的结构件在巧料成形后，一般需进一步进行内外形加工。目前，对于石墨 締侣基复合材料的加工通常采用电解加工法，但电解加工存在成本较高、效率低、加工异性 曲面和型腔的难度大、控制工件相对位置尺寸的难度系数较高等缺点，故加工后的产品表 面光洁度较差，产品合格率低。
[0003] 为了提高对石墨締侣基复合材料加工的效率和产品合格率，申请人想到采用机加 工的方法来进行加工，并采用了超微粒鹤钢锐刀和立方碳化棚锐刀等进行了实际验证，但 验证效果均不理想。虽然加工效率得到了提高，但由于石墨締侣基复合材料整体强度高，具 有很好的耐磨性能，且含有碳化娃，机加工过程中的切削力等因素极易对产品造成开放性 的机械损伤（例如工件容易出现挤压崩裂），大幅度降低产品的使用性能，刀具磨损严重， 并容易因切削热的产生而使侣基局部烙化，切屑易粘结在刀尖上并在工件表面形成大量的 积屑瘤，难W满足产品的尺寸要求，并且工件表面粗糖度差，产品合格率仅有40%，无法实 现批量生产。
【发明内容】
[0004] 针对上述技术问题，本发明的申请人根据石墨締侣基复合材料的特点，提供了一 种针对该材料零件采用了PCD锐刀的低成本、高效率、高合格率、高精度的锐削加工方法。
[0005] 本发明的石墨締侣基复合材料的锐削加工方法，采用PCD锐刀进行加工，所述PCD 锐刀的转速为10000~1800化/min,进给量为0. 05~0. 15mm/r，切削深度为0. 1~0. 3mm， 机床主轴的径向圆跳动、端面圆跳动及轴向窜动小于0. 02mm。
[0006] 所述PCD锐刀即现有的刀头由聚晶金刚石构成的锐刀，相对于现有的超微粒鹤钢 锐刀和立方碳化棚锐刀而言，具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量、低摩擦系数 W及刀刃极为锋利等优点，经测试得知，在加工石墨締侣基复合材料的过程中，切屑不易粘 结在刀尖上形成积屑瘤，在长时间切削工件时可较好的控制尺寸的稳定性，且刀具磨损小， 运可能是因为聚晶金刚石与有色金属和非金属材料间的亲和力很小的缘故。对于直径较小 (例如φ2mm)的孔，由于PCD锐刀的刚性较好，也可选用相应直径（例如直径小于2mm)的 PCD锐刀进行扩孔加工，并且加工后的孔公差可达到0. 02mm。为了克服PCD锐刀初性较差， 抗弯强度低，不能承受较大震动的缺点，选择主轴的径向圆跳动、端面圆跳动及轴向窜动小 于0. 02mm的机床进行加工，可极大的提高PCD锐刀加工的平稳性，进一步改善产品的加工 质量。
[0007] 当PCD锐刀的转速小于1000化/min时，工件易出现分层和劈裂，经测试得知，在石 墨締侣基复合材料的加工过程中，控制PCD锐刀的转速为10000~180(K)r/min，即可在保 证加工效率较高的同时，避免产品出现分层和劈裂现象，且加工表面光滑。根据不同的加工 阶段和加工条件，可对PCD锐刀的转速进行适当的调整。此外，在使用PCD锐刀加工石墨 締侣基复合材料的工件时，切削深度过大会使切削力变大，产生的切削热增多，从而加剧刀 具的磨损，直接影响PCD锐刀的寿命，并且切削深度过大还易导致PCD锐刀出现崩刃的现 象。在提高加工效率和产品精度较高的前提下，为了延长PCD锐刀的使用寿命，采用进给量 0. 05~0.ISmm/r，切削深度0. 1~0. 3mm为宜。其中，所述进给量优选为0.Imm/r，所述切 削深度优选为0. 2mm。
[0008] 上述锐削加工方法来加工石墨締侣基复合材料的工件，采用PCD锐刀，克服了传 统锐削加工方法无法批量加工石墨締侣基复合材料且产品质量较差的缺陷，避免了产品因 切削挤压而崩裂，产品表面积屑瘤较多及刀具磨损严重问题；并且相对于现有的电解加工 方法而言，成本低廉，加工效率高，加工后的产品质量较好。经测试得知，采用该锐削加工方 法加工石墨締侣基复合材料的质量稳定，尺寸精度较高，尺寸公差可达到5μm，表面光洁度 较好（表面粗糖度可达到RaO. 8)，产品合格率可达到95%。
[0009] 具体的，采用上述PCD锐刀进行粗加工时，优选刀具转速为10000~1200化/min， 切削深度为0. 1~0. 3mm;半精加工时，优选刀具转速12000~180(K)r/min，切削深度为 0. 1~0. 2mm，工件加工面的单边余量为0. 1~0. 3mm;精加工加工工件至要求尺寸，优选刀 具转速：14000~180(K)r/min，切削深度0. 1~0. 2mm。根据不同的加工阶段，选择合适的 切削参数，有利于提高产品的加工效率，并且保证产品的加工精度较高。
[0010] 优选的，粗加工采用现有的烧结式PCD锐刀，半精加工/精加工采用现有的焊接刀 片式PCD锐刀。烧结式PCD锐刀相对于焊接刀片式PCD锐刀而言，刀具的抗磨损性能较好， 但加工后的产品表面光洁度较差，适于粗加工；焊接刀片式PCD锐刀的强度更高、初性更 好、抗冲击性能好，用于半精加工/精加工能够有效的提高产品的加工精度。在此基础上， 粗加工还优选颗粒度较大的PCD锐刀，半精加工/精加工优选细晶粒的PCD锐刀。
[0011] 进一步的，所述PCD锐刀包括至少一个提供切削刃或切削区域的工作面，W及硬 质合金的基体。硬质合金的基体在一定程度上有利于降低刀具的成本，并减少切削过程中 刀具的振动。在实际应用中，可采用单刃PCD锐刀、PCD球头圆弧锐刀或PCD圆鼻角锐刀 等，相对于多刃锐刀而言，不存在切削角度、切削高度的差异，故加工后产品表面的光洁度 较好。
[0012] 进一步的，为了避免锐削加工过程中刀具振颤，W最高稳定速度来实现较高的材 料去除率，所述PCD锐刀悬伸长度优选为：悬伸长度和刀具直径的比值不大于3。此外，根 据刀具基体材质强度和加工条件的不同，可对该比值进行适当的调整。
[0013] 进一步的，对于异形曲面的石墨締侣基复合材料，在保证产品的形位精度较高的 前提下，也可采用PCD锐刀从工件的一面锐削穿透并加工至要求尺寸，避免了多次装夹而 造成的加工误差。
[0014] 优选的，在石墨締侣基复合材料的锐削加工过程中供给冷却液，不仅能够减少切 削热的产生，还能够提高产品的光洁度。
[0015] 本发明的石墨締侣基复合材料的锐削加工方法，通过选用PCD锐刀和合理的加工 工艺参数，实现了对石墨締侣基复合材料的低成本、高效率、高精度的锐削加工，使产品的 尺寸公差可达到5μm，表面粗糖度可达到RaO. 8,并且可使产品的合格率提高到95%。
[0016] W下结合实施例的【具体实施方式】，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。 但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于W下的实例。在不脱离本发明上述技术思 想情况下，根据本领域普通技术知识和惯