航空發(fā)動機用纖維增強型高溫復合材料的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復合材料的加工技術(shù)，特別是關(guān)于一種航空發(fā)動機用纖維增強型高溫復合材料的加工方法，包括了曲面外形切削和鉆孔兩方面加工技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動機用纖維增強型高溫復合材料是以碳、陶瓷為基體，加入一定碳纖維和陶瓷纖維為增強體的復合材料，具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變，導電、傳熱和膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，既可作為結(jié)構(gòu)材料承載重荷，又可作為功能材料發(fā)揮作用。航空發(fā)動機用纖維增強型高溫復合材料在航空航天領(lǐng)域也具有廣泛應(yīng)用，但是由于其硬度高，強度大，各向異性，導熱性差，并且無法進行液體冷卻，屬于典型的難加工材料?；w和增強纖維是切削過程中的主要要素，同時切削也受到纖維取向分布等因素影響，材料的各向異性導致復合材料制品加工中經(jīng)常出現(xiàn)撕裂、劈裂、分層、起毛等缺陷，這些缺陷的出現(xiàn)導致復合材料力學性能降低和表面粗糙度變差，而許多該材料的大型構(gòu)件需要進行高精度的機械加工，而普通車削存在加工精度低、效率低、刀具磨損嚴重、成本高等缺點，難以滿足加工需求。
[0003]因此，如何設(shè)計出一種航空發(fā)動機用纖維增強型高溫復合材料的加工方法，提高尺寸精度，減少材料性能損傷，是需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述需求，本發(fā)明提供了一種航空發(fā)動機用纖維增強型高溫復合材料的加工方法，特指在加工中由于采用特殊的冷卻液和刀具，減小了加工過程中刀具對工件的磨損，提高了工件的表面光潔度，尺寸精度，減少了加工過程中的性能損失。
[0005]本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種航空發(fā)動機用纖維增強型高溫復合材料的加工方法，其特征在于，在加工中使用一種冷卻液，所述冷卻液為水、甘油、動物油的混合液，體積比為8-10:4-5:4-5。
[0006]進一步地，所述動物油為豬油。
[0007]進一步地，所述水、甘油、動物油的體積比為2:1:1。
[0008]進一步地，所述冷卻液的配制方法是:首先在室溫下將體積比為3.2-5:1的水和甘油混合，成為混合液一，以及將體積比為0.8-1.25:2的甘油和動物油混合，成為混合液二；然后以相同體積的甘油為基準，將所述混合液一和混合液二混合均勻即獲得所述冷卻液。
[0009]進一步地，所述加工方法中還包括使用一種刀具，所述刀具包括刀柄和刀身，所述刀柄采用硬質(zhì)合金鋼，所述刀柄直徑為普通刀柄直徑的1.5-5倍;所述刀身采用熔融刀柄的方式?jīng)]入所述刀柄，所述刀身沒入刀柄部分的形狀為倒梯形。
[0010]再進一步地，所述刀具在切削時，沿與所述纖維增強型高溫復合材料的纖維方向成45°的平面進行切削加工。
[0011]再進一步地，所述刀具的加工參數(shù)為:進給量f =(0.01-0.04)mm/r ；切削深度ap =(0.05-0.2)mm;振幅A= 15-30μηι。優(yōu)選為，進給量f = 0.02mm/r;切削深度 ap = 0.1mm;振幅 A= 25ym0
[0012]進一步地，所述方法還包括對所述纖維增強型高溫復合材料的工件的曲度表面進行鉆孔的方法:
[0013]首先制作與工件的曲度表面完全貼合的輔助配件，并將所述輔助配件事先鉆孔，作為刀具進入孔；
[0014]然后將所述輔助配件與所述工件貼合固定，并將所述輔助配件上鉆孔的位置與所述工件上的鉆孔位置相對應(yīng)；
[0015]最后從所述輔助配件的鉆孔處伸進刀具在工件上進行鉆孔。
[0016]再進一步地，所述輔助配件上的孔直徑等于或稍大于所述工件上要鉆的孔。
[0017]本發(fā)明可獲得的有益效果如下:1、本發(fā)明由于使用特制的冷卻液，既有很好的潤滑性又能夠有效吸收加工時產(chǎn)生的粉塵，同時還綠色環(huán)保。2、提供了一種新型結(jié)構(gòu)刀具，該刀具強度高，適合于加工像纖維增強型高溫復合材料這類的硬質(zhì)件。3、在加工方法上采用沿纖維45度方向進行切削，可以有效切入，并且不會破壞纖維的組織結(jié)構(gòu)，有效減少纖維增強高溫復合材料加工時經(jīng)常出現(xiàn)的撕裂、劈裂、分層、起毛以及尺寸不穩(wěn)定等缺陷。4、本發(fā)明還提供了一種精確加工表面有較大曲度的件鉆孔的方法。
[0018]所以，本發(fā)明適合于加工所述纖維增強型高溫復合材料下的結(jié)構(gòu)，如飛機發(fā)動機結(jié)構(gòu)件(如內(nèi)椎體等)，飛機剎車盤的動盤、靜盤，高鐵剎車盤，高級賽車剎車盤以及特種用坩禍等。
[0019]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0020]附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表不相同的部件。
[0021]圖1為本發(fā)明使用的刀具的結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2為在圓筒型工件表面加工鉆孔的實施例圖；
[0023]圖3為配合在圓筒上鉆孔用的輔助配件圖；
[0024]圖4為圓筒件與輔助配件的裝配圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合實例對本發(fā)明做進一步詳細的說明，但是本發(fā)明并不受其限制，即，本發(fā)明的技術(shù)思想進行的變形、其他的構(gòu)造或構(gòu)成，當然包含于本發(fā)明中。
[0026]本發(fā)明提供的一種航空發(fā)動機用纖維增強型高溫復合材料的加工方法，一方面特指在加工時采用了一種特殊的自制冷卻液進行冷卻潤滑，減小了加工過程中刀具對工件的磨損。
[0027]由于纖維增強型高溫復合材料，本身具備密度低、導電、高強和高模的特性，同時碳纖維增強體和碳基體加工過程中會有極小的細塵，且與普通的冷卻液很難相溶，所以加工振動過程中容易粘附到樣品上和在空氣中漂浮，影響加工過程中的精度和使設(shè)備中的電子元件損壞。使用新型冷卻液，由于其有很好的潤滑性所以減振效果更好，加工過程中對材料以及刀口的損傷都更好，同時復合材料加工時產(chǎn)生的大量粉塵，新型冷卻液也有更優(yōu)秀的吸收性能。
[0028]所以本發(fā)明采用一種新型的冷卻液，配方為水、甘油、動物油的混合液，體積比為8-10:4-5:4-5，動物油優(yōu)選豬油，體積比優(yōu)選2:1:1。
[0029]甘油和動物油有著優(yōu)秀的潤滑性和一定的吸附能力，而水的比熱容大，是冷卻液的必要成分，其中動物油更加能有效減少加工時刀具對工件的磨損，甘油既能與水互溶，也能與動物油互溶，是重要的中間物，同時，甘油還能提高混合液的表面活性，提高液體對加工時產(chǎn)生的粉塵的吸收能力，減少了對環(huán)境的污染，更加的綠色環(huán)保。在保證三者能有效互溶的情況下，該比例較為合適。
[0030]該冷卻液的配制過程是:在室溫下先將體積比為3.2-5:1的水和甘油，以及將體積比為0.8-1.25:2的甘油和動物油分別混合均勾，分別稱為混合液一和混合液二;然后以相同體積的甘油為基準，將所述混合液一和混合液二混合均勻即獲得所述冷卻液。
[0031 ]冷卻液配制好后，放置在室溫陰涼處儲存即可。
[0032]本發(fā)明提供的一種航空發(fā)動機用纖維增強型高溫復合材料的加工方法，還特指一種對材料進行切削的方法。本發(fā)明針對以碳、陶瓷為基體，加入一定碳纖維和陶瓷纖維為增強體的三維結(jié)構(gòu)高溫復合材料，在切削時，采用與纖維方向成45°的平面進行加工，這樣可以取得最好的加工效果。
[0033]進一步講，在切削時采用一種自制的刀具。如圖1所示，該刀具的特點是:首先，這種刀具選用硬質(zhì)合金鋼作為刀柄材料，刀柄I加粗，直徑約為普通刀柄直徑的1.5-5倍，加粗了的刀柄I能夠有效提高刀具的抗振性，從而減小對工件的損傷。其次，采用熔融刀柄的方式將刀身2沒入刀柄I，具體工藝是采用適當模具先將刀柄I材料熔融，然后將刀身2壓入刀柄I中，再冷卻成型。再次，刀身2沒入刀柄I的部分形狀為倒梯形，如圖1所示，倒梯形嵌入能夠使刀柄I和刀身2更牢固的結(jié)合。再次，刀身2可選用硬質(zhì)合金或人造金剛石材料，人造金剛石會更加增強切削強度。
[0034]再進一步講，設(shè)置該刀具的加工具體參數(shù)為:進給量f=(0.01-0.04)mm/r，較佳為0.02mm/r;切削深度ap = (0.05-0.2)mm,較佳為0.1mm;振幅A= 15-30μηι，較佳為25μηι。這些參數(shù)是經(jīng)過具體加工總結(jié)出來的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速太低則效率低，太快會損傷材料本身，同時加工面缺陷變多;轉(zhuǎn)速越快，切削越深，振幅會越大，振