[发明专利]一种高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法

说明书

一种高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法，通过使用粘接钛柱来代替直接攻螺纹或镶嵌钢丝螺套加工小螺纹，在不明显降低其材料线膨胀系数和增加材料质量属性的前提下大幅提高螺纹的加工精度、质量和效率，满足高体积分数铝基碳化硅材料在反复拆卸场合下使用需求，解决了高体积分数铝基碳化硅材料上加工螺纹尤其是小螺纹时易产生加工缺陷、加工后螺纹无法适应反复拆卸的场合应用的问题，适用性更好。

技术领域

本发明涉及一种高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法，属于精密零件加工领域。

背景技术

铝基碳化硅复合材料，尤其是高体分铝基碳化硅材料具有高比强度和比刚度、低热膨胀系数、低密度、高微屈服强度、良好的尺寸稳定性、导热性以及耐磨、耐疲劳等优异的力学性能和物理性能，在航空航天、兵器、汽车等领域得到了广泛的应用，如军用电子产品封装壳体、军用高稳定光机结构件、军用光学/电子载荷热控产品、深空探测产品关键抗磨与高稳定性结构、汽车刹车片等。但是高体积分数碳化硅铝基复合材料上加工小孔螺纹一直是个难题，加工过程中底孔加工，尤其是丝锥攻螺纹时丝锥磨损严重，扭矩很大，经常折断，螺纹的加工精度和质量无法保证，而且即使是加工出的螺纹在经常需要拆卸的场合往往拆卸一次，螺纹的螺牙磨损量大，多次拆卸后的螺纹往往极易发生脱扣。材料的一系列优异性能的获得是以牺牲复合材料的塑性韧性和切削加工性为代价的，该材料由于塑性低以及在微观上的不均匀性而难于机械加工，特别体现在刀具磨损快和加工表面缺陷多等方面，尤其是其上螺纹的加工，由于其上含有大量坚硬的碳化硅颗粒，且微观不均匀，65％体分的材料其颗粒通常达60微米，加工过程刀具设计不合理和加工参数不当，易产生孔洞、凹坑、微裂纹、沟痕、螺纹崩边、基体撕裂等缺陷；对于细小孔及螺纹，刀具的研制、修形、修磨困难，磨损快、成本相对较高且效率极低，严重制约了高体积分数铝基碳化硅材料的大面积推广使用。碳化硅铝基复合材料精密加工是一项具有高难度和高技术含量的挑战，然而该材料的精密加工既是一种高代价高投入的工艺技术又是高增值高回报的工艺技术，世界工业先进国家都把它放在国家尖端技术和经济振兴的重要位置。

对于高体积分数铝基碳化硅材料上的螺纹加工，采用直接在母材上攻螺纹可以通过设计定制专用的PCD钻头、PCD丝锥来降低刀具磨损对螺纹加工的影响，加工效率低，且该类螺纹孔往往无法适用频繁拆卸的场合，3-5次使用后螺牙磨损严重，甚至会发生脱扣；通过打螺纹底孔攻头锥二锥后镶嵌钢丝螺套的方式来加工螺纹可降低螺牙的磨损，但该类螺纹孔往往精度较低，而且螺牙的多次使用，母体的牙同样会存在磨损掉屑，经验显示在55％体分的铝基碳化硅材料上加工M3的内螺纹，镶嵌钢丝螺套后，使用一次，母体的小径会减小0.03～0.05，无法适应多次拆卸的场合。

因此，寻求一种简单高效的、能够大幅提高螺纹的螺牙强度的一种高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法，具有重要的应用意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，高体积分数铝基碳化硅材料上加工螺纹尤其是小螺纹时易产生加工缺陷，同时即使完成加工后螺纹无法适应反复拆卸的场合应用的问题，提出了一种高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种高体积分数铝基碳化硅复合材料小孔螺纹的制备方法，步骤如下：

(1)对铝基碳化硅零件加工，直至铝基碳化硅零件单边均有0.5mm空间余量；

(2)于铝基碳化硅零件上以预设尺寸加工钛柱塞孔；

(3)采用TC4R钛合金棒材按照预设外形公差加工端面设置有螺纹孔的钛合金柱，于钛合金柱表面喷丸，保证喷丸后粗糙度大于预设阈值；

(4)利用砂纸对铝基碳化硅零件的钛柱塞孔底部进行打磨，并利用砂纸蘸取究竟进行清洗晾干，通过放大镜以高强度照明进行孔内观察，直至钛柱塞孔底部呈现金属光泽；