[发明专利]一种连续纤维增强陶瓷基复合材料螺纹低损伤加工工艺方法

说明书

本发明涉及一种连续纤维增强陶瓷基复合材料螺纹低损伤加工工艺方法，(一)、利用电镀金刚石平底刀具在连续纤维增强陶瓷基复合材料上加工螺纹大径；(二)、在步骤一已加工螺纹大径圆柱的基础上，利用电镀金刚石螺纹刀具或压制金刚石螺纹刀具，根据螺纹仿形铣磨削工艺采取变进给与变切深的方式粗加工螺纹；(三)、在步骤二粗加工螺纹的基础上，利用电镀金刚石螺纹刀具或压制金刚石螺纹刀具根据螺纹仿形铣磨削工艺精加工螺纹；上述电镀金刚石螺纹刀具或压制金刚石螺纹刀具的螺纹刀具直径为20～40mm，刀具截形夹角为50～60°,刀尖圆角R≤0.1mm；电镀金刚石螺纹刀具中金刚石颗粒的冲击韧性(TI/％)≥80、热冲击韧性(TTI/％)≥76，压制金刚石螺纹刀具中金刚石颗粒的冲击韧性(TI/％)≥76、热冲击韧性(TTI/％)≥74。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基复合材料螺纹低损伤加工工艺，特别是涉及一种高硬度、各向异性连续纤维增强陶瓷基复合材料微细螺纹的低损伤、高效率、高精度加工刀具及工艺方法，属于复合材料机械加工领域。

背景技术

连续纤维增强陶瓷基复合材料(Continuous fiber reinforced ceramicsmatrix composites,CFCMC)是在陶瓷基体中引入连续纤维第二相作为增强材料，由纤维作为增强剂抑制陶瓷基体中裂纹的扩展，因而CFCMC的断裂韧度远高于传统的单相陶瓷，在一定程度上克服了陶瓷基复合材料固有的脆性问题。同时，CFCMC具有密度小、比强度高、比模量高、热机械性能和抗热震冲击性能优良、耐烧蚀性能和绝热性能优异等特点。因而，将CFCMC应用于航天防热结构中可实现耐烧蚀、隔热和结构支撑等多功能的材料一体化设计，达到大幅提高任务效能的目的。近年来，新型CFCMC材料倍受西方国家关注并大力开展相关研究，在某些领域中已逐渐取代了传统的碳基与树脂基复合材料。基于FRCMC的热防护系统和热结构已成为欧洲空间组织HERMES、MSTP与ARD项目、高推重比航空发动机热端材料等项目的重点研究领域。

然而，高硬度、各向异性连续纤维增强的陶瓷基复合材料属于典型的难加工材料，其结构件具有硬度高、脆性大、导热性差、非均质性、加工冷却条件苛刻等特点，导致该类材料在切削加工时切削力大、刀具寿命低、刀具可靠性差等问题。尤其是连续纤维增强陶瓷基复合材料螺纹属于可设计的纤维编织结构，具有典型的各向异性特点，导致该材料螺纹在精密加工中存在螺纹损伤严重、螺纹牙型保持率低、加工效率低下、加工成本高、刀具磨损严重等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种各向异性CFCMC螺纹低损伤加工工艺方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种连续纤维增强陶瓷基复合材料螺纹低损伤加工工艺方法，包括如下步骤：

步骤(一)、利用电镀金刚石平底刀具在连续纤维增强陶瓷基复合材料上加工螺纹大径；

步骤(二)、在步骤一已加工螺纹大径圆柱的基础上，利用电镀金刚石螺纹刀具或压制金刚石螺纹刀具，根据螺纹仿形铣磨削工艺采取变进给与变切深的方式粗加工螺纹；

步骤(三)、在步骤二粗加工螺纹的基础上，利用电镀金刚石螺纹刀具或压制金刚石螺纹刀具根据螺纹仿形铣磨削工艺精加工螺纹；

上述电镀金刚石螺纹刀具或压制金刚石螺纹刀具的螺纹刀具直径为20～40mm，刀具截形夹角为50～60°,刀尖圆角R≤0.1mm；电镀金刚石螺纹刀具中金刚石颗粒的冲击韧性(TI/％)≥80、热冲击韧性(TTI/％)≥76；压制金刚石螺纹刀具中金刚石颗粒的冲击韧性(TI/％)≥76、热冲击韧性(TTI/％)≥74。

进一步的，电镀金刚石平底刀具所采用的金刚石颗粒粒度为100～130目，金刚石浓度为90～150％。

进一步的，电镀金刚石螺纹刀具适用于无冷却状态下的干式切削过程，金刚石颗粒粒度为200～300目，金刚石浓度为90～120％。