CN103639542A - 一种陶瓷基复合材料螺纹磨削方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，包括安装在车床刀架侧面的支架和安装在支架顶部的长轴电机，所述长轴电机的输出轴端部固定连接有磨削砂轮，所述磨削砂轮由碗形铝合金环和通过环氧树脂胶粘剂粘接在碗形铝合金环外围的陶瓷结合剂金刚石砂轮构成，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮的磨削面为锥面，所述支架的侧面上安装有保险装置和按钮开关，所述长轴电机的电源线通过保险装置和按钮开关与交流电源连接。另外，本发明还提供了一种利用该装置进行陶瓷基复合材料螺纹磨削的方法。采用本发明的方法和装置磨削加工螺纹的效率高，工作的可靠性和安全性高，所加工的螺纹牙型完整、强度高，加工成本低。

Description

一种陶瓷基复合材料螺纹磨削方法及装置
技术领域
本发明涉及螺纹加工技术领域，尤其是涉及一种陶瓷基复合材料螺纹磨削方法及装置。
背景技术
陶瓷基复合材料是随着航天技术发展而逐渐应用的一种新型高温材料，具有比强度高、比模量高、耐高温性能好、热膨胀小、抗氧化性好等优点。陶瓷基复合材料螺栓常用于该类材料零部件的连接，但是由于它具有高硬度及脆性特性，采用常规的车削、板牙加工，刀具磨损很快，存在螺纹牙型掉渣、崩牙的现象，严重影响了连接强度，合格率低。
申请号为201210249387.5的中国发明专利公开了一种三维针刺碳/碳化硅复合材料螺栓的制备方法，该发明专利主要论述了碳纤维预制体制作、沉积热解碳界面层、CVI法沉积碳化硅基体、二次沉积碳化硅基体、沉积碳化硅防氧化涂层等化学处理过程，对于螺纹的加工仅指出车床采用金刚石砂轮加工，给出了进给速度0.10mm/min～0.15mm/min等加工参数，但未说明具体加工方法及装置，且按照所给的进给速度加工效率太低。申请号为201210186721.7的中国发明专利公开了一种碳纤维增强碳化硅复合材料螺钉的制备方法，也是详细论述了碳纤维预制体处理、毛坯件改性、致密化及抗氧化处理等化学处理工艺过程，对于螺纹加工也仅指出采用金刚石砂轮配合螺母进行半成品螺钉加工，未说明具体方法及装置。
申请号为97207329.9的中国发明专利公开了一种多功能磨削装置，其磨头座安装在车床的中托板上，磨头座与底座间依靠导轨副连接，电机和传动变速机构装于磨头座上，主轴部件前端有砂轮安装部件，采用该装置可以实现内外圆磨削。但是该装置安装前需要拆卸车床的刀架部分，加工准备时间太长，且频繁拆卸车床刀架会影响车床加工精度。同时由于该装置有传动变速机构、导轨副和主轴等部件，装置外形尺寸大，不适合加工螺栓、螺钉等较小制品的螺纹。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、螺纹磨削加工效率高、工作的可靠性和安全性高的陶瓷基复合材料螺纹磨削装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：包括安装在车床刀架侧面的支架和安装在支架顶部的长轴电机，所述长轴电机的输出轴端部固定连接有磨削砂轮，所述磨削砂轮由碗形铝合金环和通过环氧树脂胶粘剂粘接在碗形铝合金环外围的陶瓷结合剂金刚石砂轮构成，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮的磨削面为锥面，所述支架的侧面上安装有保险装置和按钮开关，所述长轴电机的电源线通过保险装置和按钮开关与交流电源连接。
上述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述长轴电机上带有电机底座，所述长轴电机的功率为60W～100W，转速为1200r/min～2800r/min。
上述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述支架的形状为T形，所述支架的小端通过车床刀架螺钉安装在车床刀架侧面，所述支架的大端顶部设置有用于放置所述电机底座的方形沉孔，所述方形沉孔内四个角上各设置有一个第一螺纹孔，所述长轴电机通过穿过所述电机底座并螺纹连接在第一螺纹孔中的连接螺栓安装在支架的大端顶部，所述支架的大端侧面上设置有用于安装保险装置的第二螺纹孔和用于安装按钮开关的第三螺纹孔。
上述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述方形沉孔的深度为3mm～6mm。
上述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述长轴电机的输出轴上设置有用于对磨削砂轮进行定位的定位轴肩，所述长轴电机的输出轴端部设置有外螺纹，所述磨削砂轮通过螺纹连接在长轴电机输出轴端部的外螺纹上的紧固螺母固定连接在长轴电机的输出轴端部。
上述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述陶瓷结合剂金刚石砂轮（2-1）浓度为150%～175%，陶瓷结合剂金刚石砂轮（2-1）金刚石粒度为230/270。
上述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述陶瓷结合剂金刚石砂轮的磨削面的锥角为57°～60°。
本发明还提供了一种实现方便、所加工的螺纹牙型完整、强度高、加工成本低的采用该装置进行陶瓷基复合材料螺纹磨削的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、将所述陶瓷基复合材料螺纹磨削装置放置在车床刀架侧面；
步骤二、调整所述陶瓷基复合材料螺纹磨削装置在车床刀架侧面的放置位置，使得长轴电机的输出轴与车床主轴平行后，采用车床刀架螺钉将所述陶瓷基复合材料螺纹磨削装置固定在车床刀架侧面；
步骤三、将待加工的陶瓷基复合材料螺栓毛坯件夹持在车床卡盘上并找正；
步骤四、根据待磨削加工的螺纹螺距调整好车床手柄的位置后，打开车床的切削液开关，车床按照给定加工参数在所述陶瓷基复合材料螺栓毛坯件上进行螺纹磨削加工，所述加工参数包括车床主轴转速和螺纹磨削深度。
上述的方法，其特征在于：步骤四中所述螺纹螺距为1mm～3.5mm。
上述的方法，其特征在于：步骤四所述车床主轴转速为60r/min～92r/min，所述螺纹磨削深度为0.05mm～0.1mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的装置结构简单，外形尺寸小，在车床刀架上的安装调整方便，且直接安装在车床刀架上后就能够实现螺纹磨削加工，不会影响车床性能，能够有效地提供螺纹磨削加工效率。
2、本发明装置中通过设置保险装置，能够实现长轴电机的过载保护，提高了本发明工作的可靠性和安全性。
3、本发明装置中陶瓷结合剂金刚石砂轮的磨削面为锥面，锥角为57°～60°，能够保证所加工的陶瓷基复合材料螺纹牙型完整。
4、本发明每个磨削砂轮可以加工约40件螺栓，且修整后磨削砂轮可以继续使用，降低了加工成本。
5、本发明所加工的螺栓的拉伸强度能够达到256MPa，剪切强度能够达到124MPa，较现有技术中的方法加工的同类材料螺栓强度有大幅调高。
综上所述，本发明实现方便，螺纹磨削加工效率高，工作的可靠性和安全性高，所加工的螺纹牙型完整、强度高，加工成本低。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明磨削砂轮的结构示意图。
图3为本发明支架的结构示意图。
图4为本发明定位轴肩和外螺纹在长轴电机输出轴上的设置示意图。
附图标记说明:
1—紧固螺母；           2—磨削砂轮；      2-1—陶瓷结合剂金刚石砂轮；
2-2—碗形铝合金环；     3—支架；               3-1—方形沉孔；
3-2—第一螺纹孔；       3-3—第二螺纹孔；       3-4—第三螺纹孔；
4—长轴电机；           4-1—定位轴肩；         4-2—外螺纹；
5—保险装置；           6—按钮开关；           7—连接螺栓；
8—车床刀架；           9—交流电源。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，包括安装在车床刀架8侧面的支架3和安装在支架3顶部的长轴电机4，所述长轴电机4的输出轴端部固定连接有磨削砂轮2，所述磨削砂轮2由碗形铝合金环2-2和通过环氧树脂胶粘剂粘接在碗形铝合金环2-2外围的陶瓷结合剂金刚石砂轮2-1构成，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮2-1的磨削面为锥面，所述支架3的侧面上安装有保险装置5和按钮开关6，所述长轴电机4的电源线通过保险装置5和按钮开关6与交流电源9连接。
本实施例中，所述长轴电机4上带有电机底座，所述长轴电机4的功率为60W～100W，转速为1200r/min～2800r/min。优选地，所述长轴电机4的功率为60W，转速为1400r/min。
结合图3，本实施例中，所述支架3的形状为T形，所述支架3的小端通过车床刀架螺钉安装在车床刀架8侧面，所述支架3的大端顶部设置有用于放置所述电机底座的方形沉孔3-1，所述方形沉孔3-1内四个角上各设置有一个第一螺纹孔3-2，所述长轴电机4通过穿过所述电机底座并螺纹连接在第一螺纹孔3-2中的连接螺栓7安装在支架3的大端顶部，所述支架3的大端侧面上设置有用于安装保险装置5的第二螺纹孔3-3和用于安装按钮开关6的第三螺纹孔3-4。所述方形沉孔3-1的深度为3mm～6mm。优选地，所述方形沉孔3-1的深度为4mm。所述第一螺纹孔3-2为M10螺纹孔，所述第二螺纹孔3-3和第三螺纹孔3-4均为M4螺纹孔。
结合图4，本实施例中，所述长轴电机4的输出轴上设置有用于对磨削砂轮2进行定位的定位轴肩4-1，所述长轴电机4的输出轴端部设置有外螺纹4-2，所述磨削砂轮2通过螺纹连接在长轴电机4输出轴端部的外螺纹4-2上的紧固螺母1固定连接在长轴电机4的输出轴端部。
本实施例中，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮2-1金刚石粒度为230/270，陶瓷结合剂金刚石砂轮2-1浓度为150%～175%。优选地，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮2-1金刚石粒度为265，陶瓷结合剂金刚石砂轮2-1浓度为175%。
本实施例中，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮2-1的磨削面的锥角为57°～60°。优选地，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮2-1的磨削面的锥角为58°。
本实施例以制备三维七向编织C/C-SiC陶瓷基复合材料的M10螺栓为例，材料密度为1.95g/cm3，待磨削加工的螺纹长度为30mm，所采用的车床为C616型普通车床。
本发明的陶瓷基复合材料螺纹磨削方法，包括以下步骤：
步骤一、将所述陶瓷基复合材料螺纹磨削装置放置在车床刀架8侧面；
步骤二、调整所述陶瓷基复合材料螺纹磨削装置在车床刀架8侧面的放置位置，使得长轴电机4的输出轴与车床主轴平行后，采用车床刀架螺钉将所述陶瓷基复合材料螺纹磨削装置固定在车床刀架8侧面；本实施例中，采用百分表检测长轴电机4的输出轴与车床主轴的平行度，当检测到的长轴电机4的输出轴与车床主轴的平行度小于等于0.02mm后，判断为长轴电机4的输出轴与车床主轴平行；
步骤三、将待加工的陶瓷基复合材料螺栓毛坯件夹持在车床卡盘上并找正；本实施例中，待加工的陶瓷基复合材料螺栓毛坯件为杆形三维七向编织C/C-SiC陶瓷基复合材料；
步骤四、根据待磨削加工的螺纹螺距调整好车床手柄的位置后，打开车床的切削液开关，车床按照给定加工参数在所述陶瓷基复合材料螺栓毛坯件上进行螺纹磨削加工，所述加工参数包括车床主轴转速和螺纹磨削深度。
本实施例中，步骤四中所述螺纹螺距为1mm～3.5mm。步骤四所述车床主轴转速为60r/min～92r/min，所述螺纹磨削深度为0.05mm～0.1mm。优选地，步骤四中所述螺纹螺距为1.5mm，步骤四所述车床主轴转速为75r/min，所述螺纹磨削深度为0.08mm。
本发明的陶瓷基复合材料螺纹磨削方法及装置磨削加工长度为30mm、螺纹螺距为1.5mm的三维七向编织C/C-SiC陶瓷基复合材料的M10螺栓的时间仅5min，每个磨削砂轮2可以加工约40件螺栓，且修整后磨削砂轮2可以继续使用，所加工的螺栓牙型完好，拉伸强度能够达到256MPa，剪切强度能够达到124MPa，较现有技术中的方法加工的同类材料螺栓效率和强度均有大幅调高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：包括安装在车床刀架（8）侧面的支架（3）和安装在支架（3）顶部的长轴电机（4），所述长轴电机（4）的输出轴端部固定连接有磨削砂轮（2），所述磨削砂轮（2）由碗形铝合金环（2-2）和通过环氧树脂胶粘剂粘接在碗形铝合金环（2-2）外围的陶瓷结合剂金刚石砂轮（2-1）构成，所述陶瓷结合剂金刚石砂轮（2-1）的磨削面为锥面，所述支架（3）的侧面上安装有保险装置（5）和按钮开关（6），所述长轴电机（4）的电源线通过保险装置（5）和按钮开关（6）与交流电源（9）连接。
2.按照权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述长轴电机（4）上带有电机底座，所述长轴电机（4）的功率为60W～100W，转速为1200r/min～2800r/min。
3.按照权利要求2所述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述支架（3）的形状为T形，所述支架（3）的小端通过车床刀架螺钉安装在车床刀架（8）侧面，所述支架（3）的大端顶部设置有用于放置所述电机底座的方形沉孔（3-1），所述方形沉孔（3-1）内四个角上各设置有一个第一螺纹孔（3-2），所述长轴电机（4）通过穿过所述电机底座并螺纹连接在第一螺纹孔（3-2）中的连接螺栓（7）安装在支架（3）的大端顶部，所述支架（3）的大端侧面上设置有用于安装保险装置（5）的第二螺纹孔（3-3）和用于安装按钮开关（6）的第三螺纹孔（3-4）。
4.按照权利要求3所述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述方形沉孔（3-1）的深度为3mm～6mm。
5.按照权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述长轴电机（4）的输出轴上设置有用于对磨削砂轮（2）进行定位的定位轴肩（4-1），所述长轴电机（4）的输出轴端部设置有外螺纹（4-2），所述磨削砂轮（2）通过螺纹连接在长轴电机（4）输出轴端部的外螺纹（4-2）上的紧固螺母（1）固定连接在长轴电机（4）的输出轴端部。
6.按照权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述陶瓷结合剂金刚石砂轮（2-1）浓度为150%～175%，陶瓷结合剂金刚石砂轮（2-1）金刚石粒度为230/270。
7.按照权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料螺纹磨削装置，其特征在于：所述陶瓷结合剂金刚石砂轮（2-1）的磨削面的锥角为57°～60°。
8.一种采用如权利要求1至7中任一权利要求所述装置进行陶瓷基复合材料螺纹磨削的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、将所述陶瓷基复合材料螺纹磨削装置放置在车床刀架（8）侧面；
步骤二、调整所述陶瓷基复合材料螺纹磨削装置在车床刀架（8）侧面的放置位置，使得长轴电机（4）的输出轴与车床主轴平行后，采用车床刀架螺钉将所述陶瓷基复合材料螺纹磨削装置固定在车床刀架（8）侧面；
步骤三、将待加工的陶瓷基复合材料螺栓毛坯件夹持在车床卡盘上并找正；
步骤四、根据待磨削加工的螺纹螺距调整好车床手柄的位置后，打开车床的切削液开关，车床按照给定加工参数在所述陶瓷基复合材料螺栓毛坯件上进行螺纹磨削加工，所述加工参数包括车床主轴转速和螺纹磨削深度。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤四中所述螺纹螺距为1mm～3.5mm。
10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤四所述车床主轴转速为60r/min～92r/min，所述螺纹磨削深度为0.05mm～0.1mm。
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