一种SiCp/Al复合材料轴类零件端面薄壁小孔螺纹的加工方法

摘要

本发明提出一种SiCp/Al复合材料轴类零件端面薄壁小孔螺纹的加工方法，主要是通过设计夹持工装承载一部分钻削力和攻丝力矩，减小孔壁的受力，避免最薄孔壁处因受力过大超过孔壁的承受强度而崩碎的问题；用CVD涂层钻头和直槽硬材料TICN涂层丝锥减小钻削力和攻丝力矩；优化钻孔加工工艺参数等实现SiCp/Al复合材料轴类零件端面小孔螺纹且孔壁与零件边缘距离较小的加工。本发明的有益效果是解决了直接在轴端面钻孔加工时最薄孔壁处沿孔的轴线方向崩碎的问题，解决了攻丝加工时孔壁因受力矩过大而崩边的现象。本发明适用于所有轴类零件端面小孔且孔壁与轴壁距离较小零件的加工。

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体为一种新型复合材料SiCp/Al复合材料轴类零件端面薄壁小孔螺纹的加工方法。

背景技术

碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)是一种新型复合材料，具有高比强度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、热膨胀系数小、抗磁抗震性好、尺寸稳定性好等优点，在航空航天领域的应用前景十分广阔。然而由于Al合金基体和SiC颗粒增强体截然不同的物理、力学性能致使SiCp/Al复合材料成为典型的难加工材料。尤其是对于轴类零件端面小孔螺纹且孔壁与零件边缘距离较小(小于0.5mm)时，用普通钻孔方法直接加工钻削力较大，孔壁承受强度降低受钻削力易崩透，加工孔不完整。SiCp/Al复合材料的轴类零件端面小孔机械加工技术成为影响其在实际应用中的关键因素。

发明内容

本发明涉及一种SiCp/Al复合材料轴类零件端面小孔螺纹且孔壁与零件边缘距离较小的加工工艺方法，主要是通过设计夹持工装承载一部分钻削力和攻丝力矩，减小孔壁的受力，避免最薄孔壁处因受力过大超过孔壁的承受强度而崩碎的问题；用CVD涂层钻头和直槽硬材料TICN涂层丝锥减小钻削力和攻丝力矩；优化钻孔加工工艺参数等实现SiCp/Al复合材料轴类零件端面小孔螺纹且孔壁与零件边缘距离较小的加工。

本发明的技术方案为：

所述一种SiCp/Al复合材料轴类零件端面薄壁小孔螺纹的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：设计并加工零件轴夹持工装，所述零件轴夹持工装包括两个带有半圆凹槽的夹持块和将两个夹持块连接固定的螺栓；夹持块的半圆凹槽尺寸与零件轴尺寸配合；零件轴夹持工装半圆凹槽与零件轴紧密配合；

步骤2：将零件安装到数控车加工中心三爪卡盘上，找正后，车零件需要加工螺纹孔侧的凸台、轴、端面到要求尺寸；

步骤3：将零件轴夹持工装安装在需要加工螺纹孔一端的零件轴上，工装半圆凹槽与轴通过工装螺栓夹紧力形成紧密配合；

步骤4：采用CVD涂层钻头进行点、钻螺纹底孔到尺寸，其中一次钻深0.5mm后退刀；

步骤5：将零件与工装整体一起从加工中心三爪卡盘上卸下，用直槽硬材料TICN涂层丝锥手动攻丝到尺寸，清洗螺纹孔内的攻丝油，完成整个加工流程。

有益效果

本发明的有益效果是解决了直接在轴端面钻孔加工时最薄孔壁处沿孔的轴线方向崩碎的问题，解决了攻丝加工时孔壁因受力矩过大而崩边的现象。本发明适用于所有轴类零件端面小孔且孔壁与轴壁距离较小零件的加工。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的零件形状示意图；

图2为本发明的工装形状示意图；

图3为本发明的零件形状及工装示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)是一种新型复合材料，具有高比强度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、热膨胀系数小、抗磁抗震性好、尺寸稳定性好等优点，在航空航天领域的应用前景十分广阔。然而由于Al合金基体和SiC颗粒增强体截然不同的物理、力学性能致使SiCp/Al复合材料成为典型的难加工材料。尤其是对于轴类零件端面小孔螺纹且孔壁与零件边缘距离较小(小于0.5mm)时，用普通钻孔方法直接加工钻削力较大，孔壁承受强度降低受钻削力易崩透，加工孔不完整。

为解决上述问题，本发明提出一种SiCp/Al复合材料轴类零件端面薄壁小孔螺纹的加工方法，主要是通过设计夹持工装承载一部分钻削力和攻丝力矩，减小孔壁的受力，避免最薄孔壁处因受力过大超过孔壁的承受强度而崩碎的问题；用CVD涂层钻头和直槽硬材料TICN涂层丝锥减小钻削力和攻丝力矩；优化钻孔加工工艺参数等实现SiCp/Al复合材料轴类零件端面小孔螺纹且孔壁与零件边缘距离较小的加工。

具体步骤为：

步骤1：设计并加工零件轴夹持工装，如图2所示，所述零件轴夹持工装包括两个带有半圆凹槽的夹持块和将两个夹持块连接固定的螺栓；夹持块的半圆凹槽尺寸与零件轴尺寸配合；零件轴夹持工装半圆凹槽能够与零件轴紧密配合；

步骤2：将零件安装到数控车加工中心三爪卡盘上，找正后，车零件需要加工螺纹孔侧的凸台、轴、端面到要求尺寸；

步骤3：将零件轴夹持工装安装在需要加工螺纹孔一端的零件轴上，工装半圆凹槽与轴通过工装螺栓夹紧力形成紧密配合；工装与零件轴的配合如图3所示；由于孔壁较薄承载强度下降易受钻削力而崩碎，工装与轴紧密配合，钻削力通过孔壁传递到工装上，可以减小孔壁受力；

步骤4：点、钻螺纹底孔到尺寸，由于SiCp/Al复合材料属于硬脆材料，采用普通硬质合金钻头钻削，钻削轴向力过大易引起钻头折断和孔壁大面积掉渣而损伤孔的质量，因此，本发明采用CVD涂层钻头并且一次钻深0.5mm后退刀来避免上述问题；

步骤5：将零件与工装整体(两者不分离)一起从加工中心三爪卡盘上卸下，用直槽硬材料TICN涂层丝锥手动攻丝到尺寸，清洗螺纹孔内的攻丝油，完成整个加工流程。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。