專利名稱：一種可實現(xiàn)無機復合材料高效加工的銑磨工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種銑磨工具，尤其是一種可實現(xiàn)無機復合材料高效加工的銑磨工具，屬于切削加工領域。
背景技術：
無機復合材料，特別是金屬基復合材料，具有比強度和比模量高、耐高溫、耐磨、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)異的綜合性能，從而廣泛應用于航空航天、先進武器系統(tǒng)、汽車、光學精密儀器、電子等多個領域。該類復合材料一系列優(yōu)異性能的獲得，是以犧牲復合材料的塑性、韌性和切削加工性為代價的，該材料由于塑性低以及在微觀上的不均勻性而難于機械加工，特別體現(xiàn)在刀具磨損快和加工表面缺陷多等方面。 盡管目前開發(fā)了不少新的加工方法，如電火花加工、激光加工和高壓水射流加工等方法，但由于設備比較昂貴和加工質量不高等原因，所以傳統(tǒng)的機械加工(包括車、鉆、銑、沖、鉸、鏜和磨等)仍是當前加工的主要手段。磨削是一種精加工方法，但關于磨削加工該類無機復合材料的報道較少。況且對于直窄槽、特殊曲面等的加工問題，磨削加工尚未很好的解決。目前無機復合的加工中主要存在如下問題(I)金屬基、陶瓷基復合材料切削加工對刀具材料要求高，普通的高速鋼和硬質合金刀具難以勝任切削的需要。超硬材料刀具是唯一選擇。但是，超硬材料刀具制造成本高，在使用過程中稍有不慎就會損壞，增加了制造成本。另外，超硬材料刀具一般用于精加工場合，并且制造小直徑刀具、形狀復雜刀具(如球頭刀具、絲錐)困難，這也限制了它的應用。(2)金屬基、陶瓷基復合材料切削加工質量不容易保證。金屬基、陶瓷基復合材料加工質量差，例如顆粒增強金屬基復合材料加工表面完整性差，表面存在增強相脫落、破碎留下的凹坑等缺陷，表面和亞表面上存在加工引起的裂紋等現(xiàn)象。陶瓷基復合材料屬于硬脆材料，加工引起各種損傷，零件使用壽命和使用安全難以保證。(3)雖然經(jīng)過國內外一些研究機構研究開發(fā)了多種加工無機復合材料的工藝方法(如PCD金剛石刀具切削加工技術、超聲振動切削加工技術、電加工技術、磨削加工技術、激光加工技術等)，但這些技術都存在不同程度的局限性，包括刀具壽命問題、加工質量保證問題、復雜曲面加工問題等均未很好地解決，目前只能用于單件小批量的試制，難以用于工程化的批量生產(chǎn)。(4)上述金屬基/陶瓷基復合材料是近年來發(fā)展起來新材料，在目前的文獻、資料、手冊中難以找到可供工程化應用的工藝數(shù)據(jù)資料指導生產(chǎn)，難以形成規(guī)范化的零件加工工藝文件，也限制了這些材料的工程化應用。綜上所述，金屬基、陶瓷基復合材料具有巨大的應用潛力，零件加工中存在加工質量差、成本高等問題，嚴重制約了這些材料的推廣應用。目前的加工技術遠遠滿足不了宇航空間領域中對無機復合材料零件加工精度、加工效率的要求，尋求新的加工工藝方法是當務之急。目前已有的加工無機復合材料的工藝方法還難以形成質量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高的工程化批產(chǎn)工藝，加上相關工藝數(shù)據(jù)的缺乏，嚴重地制約著一研制開發(fā)的高性能無機復合材料的工程化應用。隨著航空航天技術的發(fā)展，高新技術產(chǎn)品的性能指標和要求不斷提到，無機復合材料在型號產(chǎn)品的應用將越來越廣泛，開展無機復合材料精密高效加工技術研究，解決無機復合材料加工中質量差、效率低、成本高等問題，對于宇航科學技術的發(fā)展、無機復合材料技術的發(fā)展及其在宇航空間領域推廣應用具有重要的理論意義和實用價值。根據(jù)查閱最近的相關文獻，結果顯示硬質合金、高速鋼等銑刀對金屬基復合材料進行銑削加工時發(fā)現(xiàn)刀具磨損嚴重，特別是加工顆粒尺寸較大、顆粒含量較高的無機復合材料時，會伴有刀具的崩刃現(xiàn)象發(fā)生，并且工件的邊棱處經(jīng)常發(fā)生崩邊現(xiàn)象，嚴重制約此類材料的高精度高效率加工；關于此類材料的磨削加工報道較少，并且對于直窄槽、型腔類零件以及特殊曲面的加工磨削沒有很好地解決。因此，研制一種具有加工效率高、刀具壽命長、刀具成本較低等優(yōu)點的銑磨工具具有重大的實際意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種針對無機復合材料窄槽、型腔高效加工的銑磨工具。為了降低成 本，提高成型精度，該銑磨工具采用一種基于電鍍技術的制造工藝。一種可實現(xiàn)無機復合材料高效加工的銑磨工具，其結構主要包括刀柄、退刀槽、排屑槽、電鍍以及參與切削部分、容屑空間，所述銑磨工具刀柄直徑10mm，長度55mm，表面粗糙度小于或等于0. 16 ym，所述銑磨工具總長度為70mm，銑磨工具中電鍍以及參與切削部分的寬度為10mm，容屑空間的直徑為5mm，深度2臟，其中為了排屑需要在銑磨工具上均布開有4條具有一定螺旋角的螺旋槽。本發(fā)明所述的銑磨工具，排屑槽處在沿輪軸線速度方向切削工件。本發(fā)明所述的銑磨工具銑磨加工產(chǎn)生的切屑可以通過排屑槽及時排除，并且冷卻液可以進入銑磨加工區(qū)及時對銑磨工具冷卻降溫沖走部分切屑。本發(fā)明所述的統(tǒng)磨工具，其在當數(shù)控統(tǒng)床主軸轉速高于8000r/min時,其所述統(tǒng)磨工具的動平衡小于2. 5g，以滿足高速加工需要。本發(fā)明所述的銑磨工具，基體部分采用45號鋼制作，并對其進行調質處理以提高強度，降低成本。本發(fā)明所述的銑磨工具，根據(jù)加工需要，在所述銑磨工具參與切削部分上電鍍上不同粒度的金剛石磨粒便可，在基體上采用電鍍的方法電鍍金剛石磨料，所述金剛石磨料粒度為80#。該銑磨工具采用一種基于電鍍技術的制造工藝，因為電鍍工藝簡單，投資少，制造方便；無需修整，使用方便；單層結構決定了它可以達到很高工作速度，壽命較高，并且對于精度要求較高的銑磨工具，電鍍是唯一制造方法。該銑磨工具的基體采用45鋼，外加調質處理，以提高刀桿的強度。為了使銑磨工具具有較好的排屑效果，在銑磨工具起切削作用的部分開有具有一定角度的螺旋槽，并在切削部分的表面電鍍上一層金剛石，使之參與切削。該銑磨工具避免了加工該類無機復合材料時工件的棱出現(xiàn)崩邊現(xiàn)象，經(jīng)加工后的工件表面形狀完整，并且具有較高的使用壽命。用本發(fā)明涉及的銑磨工具加工無機復合材料具有如下特點
(I)加工時同時具有銑削和磨削的特點；(2)與銑削加工相比，銑磨是多刃切削過程，可以實現(xiàn)微細切削；(3)與磨削加工相比，銑磨加工過程中有比較大的切深及較小的進給率，具有高的材料去除率；(4)在被銑磨加工過的工件表面，應力集中較少，因此可以避免銑削加工(尤其是在加工溝、槽)時由于材料的脆性而在材料的邊緣處出現(xiàn)破裂缺陷。


下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。圖I是與用本發(fā)明銑磨加工無機復合材料的原理圖；圖2是本發(fā)明主視圖；圖3是本發(fā)明的三維軸測圖；圖I中，I是銑磨工具上的容屑槽，2是銑磨工具中需要電鍍并參與切削部分，3是所加工的無機復合樣件，圖2中，I是銑磨工具刀桿，2是退刀槽，3是排屑用的螺旋槽，4是電鍍金剛石部分，5是容屑空間，圖3中，各個部分與圖2的說明相同。
具體實施例方式本發(fā)明涉及的銑磨工具基體部分采用45號鋼制作，并對其進行調質處理以提高強度，刀柄的尺寸和質量要求可參照同規(guī)格的銑刀，銑磨工具其結構主要包括刀柄I、退刀槽2、排屑槽3、電鍍以及參與切削部分4、容屑空間5，所述銑磨工具刀柄直徑10_，長度55mm，表面粗糙度小于或等于0. 16 y m，所述銑磨工具總長度為70mm，磨工具參與切削部分的寬度為10mm，圖2中3為所述的銑磨工具上面均布開的4條具有一定螺旋角的螺旋槽，用以排屑；圖2中5為銑磨工具為容屑空間，直徑為5_，深度2_ ;圖2中的5為銑磨工具為容屑槽，直徑5mm，深度2mm，用于容屑和冷卻。根據(jù)加工需要，在圖2中的4上電鍍上不同粒度的金剛石磨粒便可。該銑磨工具，排屑槽處在沿輪軸線速度方向切削工件，銑磨加工產(chǎn)生的切屑可以通過排屑槽及時排除，并且冷卻液可以進入銑磨加工區(qū)及時對銑磨工具冷卻降溫沖走部分切屑。將本發(fā)明涉及的上述銑磨工具安裝在高速數(shù)控銑床上以代替銑刀就可以實現(xiàn)無機復合材料的銑磨加工。在圖I和圖2中，從銑磨工具的結構看，銑磨工具開槽處在沿輪軸線速度方向切削工件。這種溝槽會在砂輪周圍形成“刀齒”。前面接觸部分的“刀齒”(圖I中(b)中的A區(qū)域)在銑磨過程中相當于銑削工件；而后面接觸部分的“刀齒”(圖I中(b)中的B區(qū)域)在銑磨過程中相當于磨削工件。銑磨加工產(chǎn)生的切屑可以通過圖2中的3排屑槽及時排除，并且冷卻液可以進入銑磨加工區(qū)及時對銑磨工具冷卻降溫沖走部分切屑。因此，這種特殊結構的砂輪能充分利用磨削中的多刃切削和微細切削來完成無機復合材料的去除。用本發(fā)明的銑磨工具可以實現(xiàn)無機復合材料的高效加工，其措施為首先在圖2中的參與切削部分4電鍍上的金剛石磨料，要求鍍層要均勻，然后對其進行動平衡測試，當數(shù)控銑床主軸轉速高于8000r/min時，其動平衡小于2. 5g以滿足高速加工需要。然后將其安裝在高速數(shù)控銑床上，選用合適的工藝參數(shù)對無機復合材料進行高效銑磨加工。經(jīng)過初步試驗研究，在工藝參數(shù)主軸轉速8000r/min,進給速度30mm/min以及統(tǒng)磨深度Imm的情況下，對金屬基復合材料(SiC含量為45%，SiC顆粒粒徑5 iim)進行銑磨加工，刀具的使用壽命超過90分鐘，并且鍍層無脫落，加工零件表面無崩邊現(xiàn)象發(fā)生，結構形狀較為完整。
雖然已結合具體實施例對本發(fā)明作了詳細的描述，但是顯而易見的是，這對此不構成任何限制，本領域的普通技術人員可根據(jù)所掌握的知識對所有技術等同物及它們組合進行替換，這些都落入本發(fā)明保護的范圍之內。
權利要求
1.一種可實現(xiàn)無機復合材料高效加工的銑磨工具，其結構主要包括刀柄(I)、退刀槽(2)、排屑槽(3)、需電鍍并參與切削部分(4)、容屑空間(5)，所述銑磨工具刀柄(I)的直徑IOmm,長度55mm,表面粗糙度小于或等于0. 16 y m,所述統(tǒng)磨工具總長度為70mm,需電鍍并參與切削部分⑷的寬度為10mm，容屑空間(5)的直徑為5mm，深度2mm，其中為了排屑需要在銑磨工具上均布開有4條具有一定螺旋角的螺旋槽。
2.如權利要求I所述的銑磨工具，其特征在于，排屑槽(3)處在沿輪軸線速度方向切削工件。
3.如權利要求I所述的銑磨工具，其特征在于，銑磨加工產(chǎn)生的切屑可以通過排屑槽 (3)及時排除，并且冷卻液可以進入銑磨加工區(qū)及時對銑磨工具冷卻降溫沖走部分切屑。
4.如權利要求1-3任一所述的銑磨工具，其特征在于，在當數(shù)控銑床主軸轉速高于8000r/min時，其所述銑磨工具的動平衡小于2. 5g，以滿足高速加工需要。
5.如權利要求1-4任一所述的銑磨工具，其特征在于，基體部分采用45號鋼制作，并對其進行調質處理以提高強度，降低成本。
6.如權利要求5所述的銑磨工具，其特征在于，在基體上采用電鍍的方法電鍍金剛石磨料，所述金剛石磨料粒度為80#。
全文摘要
一種可實現(xiàn)無機復合材料高效加工的銑磨工具，其結構主要包括刀柄、退刀槽、排屑槽、電鍍以及參與切削部分、容屑空間，銑磨工具刀柄直徑10mm，長度55mm，表面粗糙度小于或等于0.16μm，銑磨工具總長度為70mm，銑磨工具中電鍍以及參與切削部分的寬度為10mm，容屑空間的直徑為5mm，深度2mm，為了排屑需要在銑磨工具上均布開有4條具有一定螺旋角的螺旋槽，根據(jù)加工需要，在所述銑磨工具參與切削部分上電鍍上不同粒度的金剛石磨粒便可。利用這種特殊結構的銑磨工具能充分利用磨削中的多刃切削和微細切削來完成無機復合材料的去除，可用于大余量去除的加工，保證脆性無機復合材料加工的幾何形狀精度。
文檔編號B24D3/10GK102717342SQ201210189440
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權日2012年6月11日
發(fā)明者周亮, 姚英學, 李建廣, 都金光 申請人:哈爾濱工業(yè)大學