航空发动机用纤维增强型高温复合材料的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料的加工技术，特别是关于一种航空发动机用纤维增强型高温复合材料的加工方法，包括了曲面外形切削和钻孔两方面加工技术。
【背景技术】
[0002]航空发动机用纤维增强型高温复合材料是以碳、陶瓷为基体，加入一定碳纤维和陶瓷纤维为增强体的复合材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变，导电、传热和膨胀系数小等一系列优异性能，既可作为结构材料承载重荷，又可作为功能材料发挥作用。航空发动机用纤维增强型高温复合材料在航空航天领域也具有广泛应用，但是由于其硬度高，强度大，各向异性，导热性差，并且无法进行液体冷却，属于典型的难加工材料。基体和增强纤维是切削过程中的主要要素，同时切削也受到纤维取向分布等因素影响，材料的各向异性导致复合材料制品加工中经常出现撕裂、劈裂、分层、起毛等缺陷，这些缺陷的出现导致复合材料力学性能降低和表面粗糙度变差，而许多该材料的大型构件需要进行高精度的机械加工，而普通车削存在加工精度低、效率低、刀具磨损严重、成本高等缺点，难以满足加工需求。
[0003]因此，如何设计出一种航空发动机用纤维增强型高温复合材料的加工方法，提高尺寸精度，减少材料性能损伤，是需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]针对上述需求，本发明提供了一种航空发动机用纤维增强型高温复合材料的加工方法，特指在加工中由于采用特殊的冷却液和刀具，减小了加工过程中刀具对工件的磨损，提高了工件的表面光洁度，尺寸精度，减少了加工过程中的性能损失。
[0005]本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:一种航空发动机用纤维增强型高温复合材料的加工方法，其特征在于，在加工中使用一种冷却液，所述冷却液为水、甘油、动物油的混合液，体积比为8-10:4-5:4-5。
[0006]进一步地，所述动物油为猪油。
[0007]进一步地，所述水、甘油、动物油的体积比为2:1:1。
[0008]进一步地，所述冷却液的配制方法是:首先在室温下将体积比为3.2-5:1的水和甘油混合，成为混合液一，以及将体积比为0.8-1.25:2的甘油和动物油混合，成为混合液二；然后以相同体积的甘油为基准，将所述混合液一和混合液二混合均匀即获得所述冷却液。
[0009]进一步地，所述加工方法中还包括使用一种刀具，所述刀具包括刀柄和刀身，所述刀柄采用硬质合金钢，所述刀柄直径为普通刀柄直径的1.5-5倍;所述刀身采用熔融刀柄的方式没入所述刀柄，所述刀身没入刀柄部分的形状为倒梯形。
[0010]再进一步地，所述刀具在切削时，沿与所述纤维增强型高温复合材料的纤维方向成45°的平面进行切削加工。
[0011]再进一步地，所述刀具的加工参数为:进给量f =(0.01-0.04)mm/r ；切削深度ap =(0.05-0.2)mm;振幅A= 15-30μηι。优选为，进给量f = 0.02mm/r;切削深度 ap = 0.1mm;振幅 A= 25ym0
[0012]进一步地，所述方法还包括对所述纤维增强型高温复合材料的工件的曲度表面进行钻孔的方法:
[0013]首先制作与工件的曲度表面完全贴合的辅助配件，并将所述辅助配件事先钻孔，作为刀具进入孔；
[0014]然后将所述辅助配件与所述工件贴合固定，并将所述辅助配件上钻孔的位置与所述工件上的钻孔位置相对应；
[0015]最后从所述辅助配件的钻孔处伸进刀具在工件上进行钻孔。
[0016]再进一步地，所述辅助配件上的孔直径等于或稍大于所述工件上要钻的孔。
[0017]本发明可获得的有益效果如下:1、本发明由于使用特制的冷却液，既有很好的润滑性又能够有效吸收加工时产生的粉尘，同时还绿色环保。2、提供了一种新型结构刀具，该刀具强度高，适合于加工像纤维增强型高温复合材料这类的硬质件。3、在加工方法上采用沿纤维45度方向进行切削，可以有效切入，并且不会破坏纤维的组织结构，有效减少纤维增强高温复合材料加工时经常出现的撕裂、劈裂、分层、起毛以及尺寸不稳定等缺陷。4、本发明还提供了一种精确加工表面有较大曲度的件钻孔的方法。
[0018]所以，本发明适合于加工所述纤维增强型高温复合材料下的结构，如飞机发动机结构件(如内椎体等)，飞机刹车盘的动盘、静盘，高铁刹车盘，高级赛车刹车盘以及特种用坩祸等。
[0019]本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0020]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表不相同的部件。
[0021]图1为本发明使用的刀具的结构图；
[0022]图2为在圆筒型工件表面加工钻孔的实施例图；
[0023]图3为配合在圆筒上钻孔用的辅助配件图；
[0024]图4为圆筒件与辅助配件的装配图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实例对本发明做进一步详细的说明，但是本发明并不受其限制，即，本发明的技术思想进行的变形、其他的构造或构成，当然包含于本发明中。
[0026]本发明提供的一种航空发动机用纤维增强型高温复合材料的加工方法，一方面特指在加工时采用了一种特殊的自制冷却液进行冷却润滑，减小了加工过程中刀具对工件的磨损。
[0027]由于纤维增强型高温复合材料，本身具备密度低、导电、高强和高模的特性，同时碳纤维增强体和碳基体加工过程中会有极小的细尘，且与普通的冷却液很难相溶，所以加工振动过程中容易粘附到样品上和在空气中漂浮，影响加工过程中的精度和使设备中的电子元件损坏。使用新型冷却液，由于其有很好的润滑性所以减振效果更好，加工过程中对材料以及刀口的损伤都更好，同时复合材料加工时产生的大量粉尘，新型冷却液也有更优秀的吸收性能。
[0028]所以本发明采用一种新型的冷却液，配方为水、甘油、动物油的混合液，体积比为8-10:4-5:4-5，动物油优选猪油，体积比优选2:1:1。
[0029]甘油和动物油有着优秀的润滑性和一定的吸附能力，而水的比热容大，是冷却液的必要成分，其中动物油更加能有效减少加工时刀具对工件的磨损，甘油既能与水互溶，也能与动物油互溶，是重要的中间物，同时，甘油还能提高混合液的表面活性，提高液体对加工时产生的粉尘的吸收能力，减少了对环境的污染，更加的绿色环保。在保证三者能有效互溶的情况下，该比例较为合适。
[0030]该冷却液的配制过程是:在室温下先将体积比为3.2-5:1的水和甘油，以及将体积比为0.8-1.25:2的甘油和动物油分别混合均勾，分别称为混合液一和混合液二;然后以相同体积的甘油为基准，将所述混合液一和混合液二混合均匀即获得所述冷却液。
[0031 ]冷却液配制好后，放置在室温阴凉处储存即可。
[0032]本发明提供的一种航空发动机用纤维增强型高温复合材料的加工方法，还特指一种对材料进行切削的方法。本发明针对以碳、陶瓷为基体，加入一定碳纤维和陶瓷纤维为增强体的三维结构高温复合材料，在切削时，采用与纤维方向成45°的平面进行加工，这样可以取得最好的加工效果。
[0033]进一步讲，在切削时采用一种自制的刀具。如图1所示，该刀具的特点是:首先，这种刀具选用硬质合金钢作为刀柄材料，刀柄I加粗，直径约为普通刀柄直径的1.5-5倍，加粗了的刀柄I能够有效提高刀具的抗振性，从而减小对工件的损伤。其次，采用熔融刀柄的方式将刀身2没入刀柄I，具体工艺是采用适当模具先将刀柄I材料熔融，然后将刀身2压入刀柄I中，再冷却成型。再次，刀身2没入刀柄I的部分形状为倒梯形，如图1所示，倒梯形嵌入能够使刀柄I和刀身2更牢固的结合。再次，刀身2可选用硬质合金或人造金刚石材料，人造金刚石会更加增强切削强度。
[0034]再进一步讲，设置该刀具的加工具体参数为:进给量f=(0.01-0.04)mm/r，较佳为0.02mm/r;切削深度ap = (0.05-0.2)mm,较佳为0.1mm;振幅A= 15-30μηι，较佳为25μηι。这些参数是经过具体加工总结出来的数据，转速太低则效率低，太快会损伤材料本身，同时加工面缺陷变多;转速越快，切削越深，振幅会越大，振