航空發(fā)動機用纖維增強型高溫復(fù)合材料的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(dǎo)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(fù)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(dǎo)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(dǎo)致復(fù)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(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)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(yán)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(fù)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(fù)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(fù)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(zhǔn)，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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(rèn)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(xì)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(dāng)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(fù)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(fù)合材料，本身具備密度低、導(dǎo)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(xì)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(fù)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(zhǔn)，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(fù)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(fù)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(dāng)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