一种SiC纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法

本发明涉及金属基复合材料结构件加工制备领域，具体是一种sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，适用于金属基复合材料轴形件制备加工。

背景技术：

1、连续sic纤维增强金属基复合材料具有高比强度、高比刚度、良好的耐高温及抗蠕变、抗疲劳性能，是理想的高温轻质结构材料，用该材料制备的轴类结构件在航空和航天等领域中具有明确的应用前景。

2、sic纤维增强金属基复合材料轴形件通常采用先驱丝预制体法制备，该法具有基体合金种类和成分不受限制，纤维体积分数可精准调控且具有一定编织性等优点，特别适合制备轴类等形状复杂的结构件。主要工艺流程为：首先利用物理气相沉积技术将基体合金涂敷在sic纤维表面制成复合材料先驱丝，然后将先驱丝编织铺设于预制体包套内部，再将预制体包套各组件进行装配固定，最后通过高温压制的方式完成结构件致密化成型。

3、由于金属基复合材料轴形件致密化成型后体积会发生收缩并引起外形尺寸起伏变化，从而造成加工基准定位难度大，容易导致增强体与外包套轴线发生偏差，甚至出现增强体裸露、破损等技术问题，严重影响轴形件的性能。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，利用该方法可有效解决目前sic纤维增强钛基复合材料轴形件加工过程中，基准定位难和加工后形变尺寸大的问题。

2、本发明的技术方案是：

3、一种sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，由工件外形尺寸检测、增强体初步无损定位、加工基准初步定位、初步车削加工、增强体二次无损定位、加工基准二次定位以及工件精加工工序构成；其中，轴形件加工基准初步定位装置包括轴形件、四爪卡盘、支撑板、顶轴，具体结构如下：轴形件为sic纤维增强金属基复合材料轴形件，轴形件中设有增强体，轴形件的一端设有装卡端，轴形件通过装卡端与四爪卡盘连接固定，轴形件的另一端设有支撑端，顶轴通过支撑板与支撑端紧密接触。

4、所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，工件外形尺寸检测具体实施如下：由于成型后的sic纤维增强金属基复合材料轴形件外形尺寸存在起伏变化，需使用三坐标测量或高精度三维抄图检测手段进行全方位尺寸测量，测量结果作为加工基准初步定位的基础数据。

5、所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，增强体初步无损定位具体实施如下：使用超声测厚仪或超声c扫描高精度超声定位手段对轴形件内部增强体进行无损定位，本次定位结果作为加工基准初步定位的基础数据。

6、所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，加工基准初步定位具体实施如下：

7、(1)使用四爪卡盘固定轴形件一端的装卡端，由平面顶轴和顶轴支撑轴形件另一端的支撑端；

8、(2)使用百分表量具分别对增强体的中心和两端所对应位置的轴形件外表面进行测量，以对角偏差最小原则调整卡盘，同时结合工件外形尺寸检测和增强体初步无损定位的基础数据进行基准面初步定位和加工。

9、所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，初步车削加工具体实施如下：对加工基准初步定位后的轴形件外表面进行车削加工，直至其外表面无原始痕迹且为规则轴体后停止加工。

10、所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，增强体二次无损定位具体实施如下：使用超声测厚仪或超声c扫描高精度超声定位手段对初步车削加工后的轴形件内部增强体进行无损定位，本次定位结果作为加工基准二次定位的基础数据。

11、所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，加工基准二次定位具体实施如下：根据增强体二次无损定位的测量数据，以增强体包套厚度标准差最小为原则，对加工基准进行调整。

12、所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，工件精加工具体实施如下：对基准调整后的轴形件进行车、铣或磨抛加工，加工过程中需监测复合材料轴形件的尺寸和应力变化情况，并根据具体情况进行去应力热处理以减少或消除加工应力。

13、本发明的设计思想：

14、本发明以轴形件内复合材料增强体轴向同轴度一致为目标，以轴形件外轮廓对角偏差最小和增强体包套厚度标准差最小为基准定位原则，通过工件外形尺寸检测、增强体初步无损定位、加工基准初步定位、初步车削加工、增强体二次无损定位、加工基准二次定位以及工件精加工等工序对复合材料轴形件进行定位加工，以解决由于金属基复合材料轴形件致密化成型后体积会发生收缩并引起外形尺寸起伏变化，从而造成加工基准定位难度大，容易导致增强体与外包套轴线发生偏差，甚至出现增强体裸露、破损等技术问题。

15、本发明的优点及有益效果是：

16、1、本发明中提供的加工基准定位方法有利于提升金属基复合材料轴形件的定位加工效率。

17、2、本发明中提供的加工基准定位方法有利于提升金属基复合材料轴形件性能一致性。

18、3、本发明中提供的加工基准定位方法普遍适用于金属基复合材料轴形件的定位加工。

19、4、本发明中提供的加工基准定位方法简洁明确，易于实施。

技术特征：

1.一种sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，其特征在于，由工件外形尺寸检测、增强体初步无损定位、加工基准初步定位、初步车削加工、增强体二次无损定位、加工基准二次定位以及工件精加工工序构成；其中，轴形件加工基准初步定位装置包括轴形件、四爪卡盘、支撑板、顶轴，具体结构如下：轴形件为sic纤维增强金属基复合材料轴形件，轴形件中设有增强体，轴形件的一端设有装卡端，轴形件通过装卡端与四爪卡盘连接固定，轴形件的另一端设有支撑端，顶轴通过支撑板与支撑端紧密接触。

2.按照权利要求1所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，其特征在于，工件外形尺寸检测具体实施如下：由于成型后的sic纤维增强金属基复合材料轴形件外形尺寸存在起伏变化，需使用三坐标测量或高精度三维抄图检测手段进行全方位尺寸测量，测量结果作为加工基准初步定位的基础数据。

3.按照权利要求1所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，其特征在于，增强体初步无损定位具体实施如下：使用超声测厚仪或超声c扫描高精度超声定位手段对轴形件内部增强体进行无损定位，本次定位结果作为加工基准初步定位的基础数据。

4.按照权利要求1所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，其特征在于，加工基准初步定位具体实施如下：

5.按照权利要求1所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，其特征在于，初步车削加工具体实施如下：对加工基准初步定位后的轴形件外表面进行车削加工，直至其外表面无原始痕迹且为规则轴体后停止加工。

6.按照权利要求1所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，其特征在于，增强体二次无损定位具体实施如下：使用超声测厚仪或超声c扫描高精度超声定位手段对初步车削加工后的轴形件内部增强体进行无损定位，本次定位结果作为加工基准二次定位的基础数据。

7.按照权利要求1所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，其特征在于，加工基准二次定位具体实施如下：根据增强体二次无损定位的测量数据，以增强体包套厚度标准差最小为原则，对加工基准进行调整。

8.按照权利要求1所述的sic纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，其特征在于，工件精加工具体实施如下：对基准调整后的轴形件进行车、铣或磨抛加工，加工过程中需监测复合材料轴形件的尺寸和应力变化情况，并根据具体情况进行去应力热处理以减少或消除加工应力。

技术总结
本发明涉及金属基复合材料结构件加工制备领域，具体是一种SiC纤维增强金属基复合材料轴形件定位加工方法，适用于金属基复合材料轴形件制备加工。以轴形件内复合材料增强体轴向同轴度一致为目标，以轴形件外轮廓对角偏差最小和增强体包套厚度标准差最小为基准定位原则，通过工件外形尺寸检测、增强体初步无损定位、加工基准初步定位、初步车削加工、增强体二次无损定位、加工基准二次定位以及工件精加工等工序对复合材料轴形件进行定位加工，以解决由于金属基复合材料轴形件致密化成型后体积会发生收缩并引起外形尺寸起伏变化，从而造成加工基准定位难度大，容易导致增强体与外包套轴线发生偏差，甚至出现增强体裸露、破损等技术问题。

技术研发人员：王玉敏,杨青,张国兴,杨锐
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16