专利名称：镁基复合材料结构接头的加工方法
技术领域：
本发明属于一种结构接头的加工方法，特别涉及镁基复合材料结构接头的加工方法。
背景技术：
目前应用的结构接头，其材料通常为树脂和合金材料，这些材料的比强度、比刚度较低，耐磨、耐热性能差，难以满足一些对接头性能要求比较苛刻的应用条件要求。近年来开发的新型非连续增强轻金属基复合材料，如短纤维(氧化铝、碳纤维、石墨纤维等)、颗粒(氧化铝颗粒、碳化硅颗粒)或晶须(碳化硅、硼酸铝晶须)增强镁基复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度、低热膨胀系数、优良的耐磨、耐热性能。与目前广泛采用的树脂和合金结构接头相比，采用这些高性能镁基复合材料加工的结构接头具有优异的性能。但是，由于镁基复合材料的铸造成型性和塑性较差，现有的结构接头加工技术，如铸造成型法和塑性挤压胀形法，均不适合于金属基复合材料。由于金属基复合材料的成本较高，如果对金属基复合材料毛坯采用常规的车削、铣削加工，将会导致材料的利用率低，大大增加金属基复合材料结构接头的成本，而且材料的性能也不能得到优化。
发明内容
本发明克服了现有结构接头的材料和加工技术的不足之处，提供一种材料利用率高、降低成本的镁基复合材料结构接头的加工方法，它的加工方法为(1)将金属基复合材料毛坯进行热挤压，挤压温度为350～400℃，保温时间30～60分钟，挤压速度为13～15mm/min，根据制件大小的不同确定不同的挤压比，制件越大挤压比越小，将其挤压成角材、T型材或π型材；(2)按照所设计的接头尺寸及各方向接头互成的角度，确定经济省材的加工方案，在复合材料型材上划线，再沿着划好的线用电火花切割，从而得到满足设计要求的接头毛坯。电火花加工电源为XMD高频脉冲电源，加工电压为60～100V，脉冲宽度为20μs，脉冲间隔为60μs，峰值电流为1.5A，钼丝直径为0.15mm，走丝速度为9m/s，工作液为乳化液；(3)将经过电火花加工切割出的结构接头毛坯，通过机械加工如车削、铣削和/或钻削以达到精度要求。车削和铣削刀具均采用聚晶金刚石刀具。车削速度为300～800m/min，进刀速度为0.2～0.6mm/r。铣削速度为200～1000m/min，进刀速度为0.1～0.4mm/r；(4)根据接头形式的不同，在接头端部镗孔或加工螺纹，以便与杆件进行连接。钻削刀具采用聚晶金刚石刀具，钻削速度为50～200mm/min，进给量为0.05～0.2m/r。本发明的优点在于(1)材料优势本发明采用镁基复合材料作为轻质结构接头的首选材料，是由于它具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的耐磨、耐热性能，良好的阻尼性能和电磁屏蔽性能等诸多优点；(2)工艺方法和设备简单，应用范围广，可广泛应用于镁基、铝基和钛基复合材料；(3)本发明所采用的工艺方法有效地提高了材料的利用率，减少了结构接头的成本；提高了结构接头的性能和寿命；减轻了结构件的重量；增加了结构的安全可靠性。采用本发明的材料和本发明的加工方法所能达到的主要性能指标为密度2.10～2.20g/cm3，弹性模量70～80GPa，抗拉强度350～400MPa，热膨胀系数15～20×10-6/K。本发明采用金属基复合材料加工结构接头，原材料利用率高，接头性能优良。
图1是用镁基复合材料挤压成的角材结构示意图，图2是利用角材加工的三接头结构示意图，图3是镁基复合材料挤压成的T型材结构示意图，图4是采用T型材加工三接头的线切割路线示意图，图5是四接头的结构示意图，图6是五接头的结构示意图，图7是镁基复合材料挤压成的π型材结构示意图，图8是切割后的π型材结构示意图，图9是π型材加工的角座结构示意图。
具体实施例方式
一本实施方式是采用镁基复合材料T型材加工三接头的加工过程(1)采用挤压铸造、搅拌铸造或粉末冶金工艺制备短纤维(氧化铝、碳纤维、石墨纤维等)、颗粒(氧化铝颗粒、碳化硅颗粒)或晶须(碳化硅、硼酸铝晶须)等非连续增强体增强镁基复合材料毛坯。基体合金为AZ91(含8.5～9.3％Al，0.7％Zn，0.23Mn)，ZK60(含8.5～9.3％Al，0.7％Zn，0.23Mn)等各种属于公知公用技术的镁合金牌号，其中增强体的体积分数为5～40％。镁基复合材料的制备方法为金属基复合材料的常规制备方法；(2)将所制备的金属基复合材料进行热挤压，热挤压是在水压机上进行的，挤压温度为350～400℃，保温时间30～60分钟，挤压速度为13～15mm/min，根据制件大小的不同确定不同的挤压比，制件越大挤压比越小，将其挤压成T型材，参照图3。
(3)按照所设计的接头尺寸及各方向接头互成的角度，确定经济省材的加工方案，在复合材料型材上划线，参照图4，再沿着划好的线用电火花切割，从而得到满足设计要求的接头毛坯，参照图2。切割后的T型材采用同样的加工方法还可以切割出若干个同样的三接头，所以采用T型材加工三接头是一种经济省材的加工方案。电火花加工电源为XMD高频脉冲电源，加工电压为60～100V，脉冲宽度为20μs，脉冲间隔为60μs，峰值电流为1.5A，钼丝直径为0.15mm，走丝速度为9m/s，工作液为乳化液。
(4)将经过电火花加工切割出的结构接头毛坯，通过车削、铣削、钻削等机械加工达到精度要求。车削和铣削刀具均采用聚晶金刚石刀具。车削速度为300～800m/min，进刀速度为0.2～0.6mm/r。铣削速度为200～1000m/min，进刀速度为0.1～0.4mm/r。
(5)根据接头形式的不同，在接头端部镗孔或加工螺纹，以便与杆件进行连接。钻削刀具采用聚晶金刚石刀具，钻削速度为50～200mm/min，进给量为0.05～0.2m/r。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同之处在于，对镁基复合材料毛坯进行热挤压时的挤压温度为350℃，保温时间30分钟，挤压速度为13mm/min，将其挤压成角材，参照图1。然后经电火花切割等工序得到三接头毛坯，参照图2。在三接头端部加工三角形螺纹，以便与杆件进行螺纹连接。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同之处在于，它是将镁基复合材料毛坯挤压成角材后，加工成四接头，角材结构见图1，四接头结构见图5。本实施方式在热挤压中所采用的具体参数为挤压温度为360～370℃，保温时间35～40分钟，挤压速度为13.2～13.8mm/min。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
三不同之处在于，它是利用角材加工五接头的过程，五接头结构见图6。本实施方式在热挤压中所采用的具体参数为挤压温度为380～390℃，保温时间50～55分钟，挤压速度为14～14.5mm/min。
具体实施方式
五本实施方式与前述具体实施方式
不同之处在于，首先将镁基复合材料毛坯热挤压成π型材，π型材结构见图7，然后再加工角座的过程，角座结构见图9。将镁基复合材料毛坯挤压成π型材，然后经电火花线切割，切割后结构见图8；最后镗孔，即得角座，本实施方式在热挤压中所采用的具体参数为挤压温度为400℃，保温时间60分钟，挤压速度为15mm/min。
本发明方法不仅适用于对镁基复合材料毛坯的加工，同样适用于对铝基、钛基复合材料毛坯的加工，只是具体操作时的工艺参数需作适当调整，所以对铝基、钛基复合材料毛坯的加工适用本方法仍在本专利的保护范围。
权利要求
1.一种镁基复合材料结构接头的加工方法，其特征在于对镁基复合材料毛坯采用热挤压方法得到角材、T形材或π型材，所述热挤压的具体参数为挤压温度350～400℃，保温时间30～60分钟，挤压速度13～15mm/min；然后经过电火花加工切割出接头毛坯，再对接头毛坯进行机械加工，即得结构接头。
2.根据权利要求1所述的镁基复合材料结构接头的加工方法，其特征在于所述机械加工为车削、铣削和/或钻削。
3.根据权利要求1所述的镁基复合材料结构接头的加工方法，其特征在于在接头端部镗孔或加工螺纹。
4.根据权利要求3所述的镁基复合材料结构接头的加工方法，其特征在于所述螺纹为三角形螺纹。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的镁基复合材料结构接头的加工方法，其特征在于电火花加工时的电源为XMD高频脉冲电源，加工电压为60～100V，脉冲宽度为20μs，脉冲间隔为60μs，峰值电流为1.5A，钼丝直径为0.15mm，走丝速度为9m/s，工作液为乳化液。
6.根据权利要求2所述的镁基复合材料结构接头的加工方法，其特征在于采用聚晶金刚石刀具，车削速度为300～800m/min，进刀速度为0.2～0.6mm/r；铣削速度为200～1000m/min，进刀速度为0.1～0.4mm/r；钻削速度为50～200mm/min，进给量为0.05～0.2m/r。
全文摘要
本发明属于一种新材料结构接头的加工方法，特别涉及镁基复合材料结构接头的加工方法。现有的铸造成型法和塑性挤压胀形法等结构接头加工技术，均不适用于镁基复合材料。本发明对镁基复合材料毛坯，采用热挤压工艺得到角材、T形材或π型材；然后采用经济省材的加工方案，经过电火花加工切割出接头毛坯；对接头毛坯通过优化的车削、铣削、钻削等工艺，达到结构接头的精度要求，加工成各种性能优良的结构接头。本发明工艺方法和设备简单，它有效地提高了材料的利用率，减少了结构接头的成本；提高了结构接头的性能和寿命；减轻了结构件的重量；增加了结构的安全可靠性；解决了镁基复合材料复杂结构接头，用现有的加工工艺技术所无法解决的制造与加工难题。
文档编号B23P23/00GK1557605SQ20041001352
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月15日 优先权日2004年1月15日
发明者吴昆 , 郑明毅, 王春艳, 吴 昆 申请人:哈尔滨工业大学