CN103537728B - 一种在铝基复合材料上加工小孔的方法 - Google Patents

Abstract

一种在铝基复合材料上加工小孔的方法，包括：1）刀具装夹：首先将工装夹装在机床刀架上，然后将有机复合材料过渡套夹装在弹簧夹头中并通过锁紧螺母锁紧；根据待加工孔大小选用高强度钻头，并在机床主轴卡盘上夹持与高强度钻头直径相同的普通钻头，通过机床主轴旋转在有机复合材料过渡套上加工夹持孔，保证夹持孔与机床主轴的同轴度；将高强度钻头插装在夹持孔中并通过锁紧螺母夹紧高强度钻头；2）加工工艺：加工过程分多次进行，每完成预定深度，退刀一次，直至加工完成整个深度。本发明延长了钻头的使用寿命，减少因钻头磨损、折断造成SiCp/Al铝基复合材料零件报废几率，大幅降低生产成本、提高加工质量和效率。

Description

一种在铝基复合材料上加工小孔的方法

技术领域

本发明属于特种材料精密加工技术领域，具体涉及一种在铝基复合材料上加工小孔的方法。

背景技术

目前，SiCp/Al铝基复合材料作为重要结构件的生产材料已开始广泛应用于新一代惯性导航器件的研制、生产中，但由于SiCp/Al铝基复合材料中含有大量作为超硬增强相的SiC颗粒，极大降低了该材料机械加工过程中的切削性能；尤其是在加工高精度深小孔过程中，钻头极易磨损、折断，造成零件合格率无法满足生产需要。至今尚未发现在SiCp/Al铝基复合材料基体上加工φ1.5mm以下、小孔深度与直径比大于10:1的高精度小孔的新工艺。

发明内容

本发明的目的是克服现有铝基复合材料深小孔加工技术的不足，提供一种新的工艺方法，以满足SiCp/Al铝基复合材料基体上加工高精度深小孔的要求。

本发明所采用的技术方案是：一种在铝基复合材料上加工小孔的方法包括下述步骤：

1）刀具装夹：首先将工装夹装在机床刀架上，然后将有机复合材料过渡套夹装在弹簧夹头中并通过锁紧螺母锁紧；根据待加工孔大小选用高强度钻头，并在机床主轴卡盘上夹持与高强度钻头直径相同的普通钻头，通过机床主轴旋转在有机复合材料过渡套上加工夹持孔，保证夹持孔与机床主轴的同轴度；将高强度钻头插装在夹持孔中并通过锁紧螺母夹紧高强度钻头。

2）加工工艺：加工过程分多次进行，每完成预定深度，退刀一次，直至加工完成整个深度；

加工进给量由经验公式（A）确定，单次进给深度由经验公式（B）确定；

经验公式 $\left(A\right)---s=0.8\sqrt{\frac{8000}{T^{0.2}{d}^{0.6}\mathrm{n\ρ\π}}}$

上式中：s——刀具每转一周进给量，取值单位mm/r，

d——钻头直径，取值单位mm，

T——刀具耐磨时间，取值单位min，

n——主轴转速，取值单位r/min，

ρ——材料系数，根据材料中SiC含量确定，取值范围0.2～0.6；

经验公式（B）………………………………h＝ρ^1.8d^0.8

上式中：h——单次进给深度，取值单位mm，

d——钻头直径，取值单位mm，

ρ——材料系数，根据材料中SiC含量确定，取值范围0.2～0.6。

所述有机复合材料过渡套（1）为胶木过渡套，且其长度为高强度钻头（6）直径的5-7倍、直径为高强度钻头（6）直径的2-4倍。

本发明具有的优点和效果是：

1、本发明通过设计加工有机复合材料过渡套和优化加工工艺参数极大减少了钻头磨损程度和折断几率，延长了钻头的使用寿命，减少因钻头磨损、折断造成SiCp/Al铝基复合材料零件报废几率，大幅降低生产成本、提高加工质量和效率。

2、本发明实现了在SiCp/Al铝基复合材料基体上加工φ1.5mm以下、深度与直径比大于10:1的高精度小孔。

附图说明

图1是本发明所用刀具装夹方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例对本发明进行详细说明。

1）刀具装夹：首先将工装4夹装在机床刀架上，然后将胶木过渡套1夹装在弹簧夹头2中并通过锁紧螺母3锁紧；根据待加工孔大小选用高强度钻头6，并在机床主轴卡盘上夹持与高强度钻头直径相同的普通钻头，通过机床主轴旋转在胶木过渡套1上加工夹持孔5，保证夹持孔5与机床主轴的同轴度；将高强度钻头6插装在夹持孔5中并通过锁紧螺母3夹紧高强度钻头6。

本发明不直接夹持钻头，而是在弹簧夹头和高强度钻头间增加胶木过渡套，利用胶木过渡套减轻在SiCp/Al铝基复合材料基体上钻加工深小孔时产生的振动，降低作用于钻头上的循环应力，减少钻头折断的几率，胶木过渡套按长度为高强度钻头直径6倍、直径为高强度钻头直径3倍进行设计。使用上述方法装夹钻头，只存在一个误差，就是弹簧夹头收紧胶木过渡套时产生的变形误差，规避了其他因素对刀具装夹的影响，最大限度保证了高强度钻头与机床主轴的同轴度，极大提高了零件的加工精度。

2）加工工艺：加工过程分多次进行，每完成预定深度，退刀一次，以优化排屑过程，直至加工完成整个深度；

加工进给量由经验公式（A）确定，单次进给深度由经验公式（B）确定；

经验公式 $\left(A\right)---s=0.8\sqrt{\frac{8000}{T^{0.2}{d}^{0.6}\mathrm{n\ρ\π}}}$

上式中：s——刀具每转一周进给量，取值单位mm/r，

d——钻头直径，取值单位mm，

T——刀具耐磨时间，取值单位min，

n——主轴转速，取值单位r/min，

ρ——材料系数，根据材料中SiC含量确定，取值范围0.2～0.6；

经验公式（B）………………………………h＝ρ^1.8d^0.8

上式中：h——单次进给深度，取值单位mm，

d——钻头直径，取值单位mm，

ρ——材料系数，根据材料中SiC含量确定，取值范围0.2～0.6。

本发明实施例使用金刚石涂层刀具在SiCp/Al铝基复合材料上加工高精度深小孔，SiCp/Al材料系数依照复合材料中的SiC含量（体积份数25%），取0.3，该刀具经过工艺试验确定耐磨时间约为34min（加工SiCp/Al铝基复合材料）。以在SiCp/Al铝基复合材料基体上钻加工φ1.25mm深小孔为例。主轴转速根据机床性能选定为3000r/min，利用经验公式A计算得出每转进给量为0.008mm/r。利用经验公式B计算得出：钻孔时每钻深0.3mm时退刀一次，直至加工完成整个孔深。

采用本发明所述工装装夹刀具，利用经验公式优化加工参数后，加工过程中刀具工作时间由34min提升至42min，加工效率提升约20%。

进一步说明，在加工进行之前，还应采用中心钻对待加工孔中心进行定位，防止偏钻发生。同时，在SiCp/Al铝基复合材料基体上加工一定数量深小孔后，应注意更换胶木过渡套，防止过渡套变形等因素造成钻孔精度下降。

上述加工过程在数控机床上实现，所以本发明还包括数控加工程序生成过程，数控机床根据加工程序执行SiCp/Al铝基复合材料基体上的深小孔加工。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (2)

1.一种在铝基复合材料上加工小孔的方法，其特征是所述方法包括：

1）刀具装夹：首先将工装（4）夹装在机床刀架上，然后将有机复合材料过渡套夹装在弹簧夹头（2）中并通过锁紧螺母（3）锁紧；根据待加工孔大小选用高强度钻头（6），并在机床主轴卡盘上夹持与高强度钻头直径相同的普通钻头，通过机床主轴旋转在有机复合材料过渡套上加工夹持孔（5），保证夹持孔（5）与机床主轴的同轴度；将高强度钻头（6）插装在夹持孔（5）中并通过锁紧螺母（3）夹紧高强度钻头（6）；

2）加工工艺：加工过程分多次进行，每完成预定深度，退刀一次，直至加工完成整个深度；加工进给量由经验公式（A）确定，单次进给深度由经验公式（B）确定；

经验公式（A）…………………………

上式中：s——刀具每转一周进给量，取值单位mm/r，

d——钻头直径，取值单位mm，

T——刀具耐磨时间，取值单位min，

n——主轴转速，取值单位r/min，

ρ——材料系数，根据材料中SiC含量确定，取值范围0.2～0.6；

经验公式（B）………………………………

上式中：h——单次进给深度，取值单位mm，

d——钻头直径，取值单位mm，

ρ——材料系数，根据材料中SiC含量确定，取值范围0.2～0.6。

2.根据权利要求1所述的一种在铝基复合材料上加工小孔的方法，其特征是：所述有机复合材料过渡套为胶木过渡套，且其长度为高强度钻头（6）直径的5-7倍、直径为高强度钻头（6）直径的2-4倍。