CN103962893A - 一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法 - Google Patents

一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法 Download PDF

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Abstract

一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，涉及一种陶瓷喷管加工方法。本发明解决了目前陶瓷喷加工废品率高、加工精度差的问题。步骤：采用三角卡盘将喷管夹紧；采用不同直径平头金刚石磨头粗磨喷管内部圆孔与90°锥形孔，加工余量为0.1mm；选用不同粒度、浓度的金刚石磨头进行喷管内部圆孔与90°锥形孔精磨；采用套料磨头成型加工小孔；采用金刚石磨头加工喷管端部外形回转环面；在外圆磨床上加工回转外形；采用装夹装置装卡喷管；采用不同直径金刚石磨头加工30°锥形孔至与小孔联通，加工余量为0.1mm；采用不用粒度、浓度的金刚石磨头进行30°锥形孔精磨，完成加工。本发明用于薄壁镁铝陶瓷喷管的加工。

Description

一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷喷管加工方法，特别涉及一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法。
背景技术
喷管是航空航天领域发动机上关键部件，其传统制造材料为钛合金、高温合金等金属材料。随着发动机性能要求的提高，金属材料密度大、耐高温性能差、气蚀现象严重等问题越来越突出。工程陶瓷材料由于良好的物理性能和化学性能，成为喷管研制的理想材料，镁铝陶瓷就是其中的一种替代材料。但是由于镁铝陶瓷材料具有较高的硬度、较低的断裂韧性和致密度，且喷管具有薄壁结构和复杂形状，加工精度差，难以满足工作要求，同时，加工过程中易出现崩裂，废品率高。目前对于陶瓷喷管加工工艺鲜有报道。
经过现有技术的文献检索发现，文献《微晶云母陶瓷微型拉瓦尔喷管的超声加工关键技术》提出了将微细超声加工方法与微细电火花加工方法相结合,实现了微晶云母陶瓷的微型拉瓦尔喷管加工，但是该方法是针对导电陶瓷加工，目前喷管研制所采用的陶瓷材料大部分为非导电陶瓷，且研究的对象是微小喷管；文献《某型导弹发动机尾喷管加工工艺》通过合理安排加工工艺路线，加工出合格的零件，但是所针对的是大型金属基喷管。
发明内容
本发明的目的在于克服目前陶瓷喷加工废品率高、加工精度差的问题，提供一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，从而实现镁铝陶瓷喷管加工高效、高精度，足以满足工作要求。
本发明的技术方案是：一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法的具体步骤为：
步骤一：采用三角卡盘将喷管夹紧；
步骤二：喷管内部圆孔与90°锥形孔粗磨：加工过程中分别采用不同直径平头金刚石磨头粗磨喷管内部圆孔与90°锥形孔，加工余量为0.1mm；
步骤三：喷管内部圆孔与90°锥形孔精磨：选用不同粒度、浓度的金刚石磨头进行精磨，加工余量为0，且表面粗糙度小于0.5μm；
步骤四：喷管内部小孔加工：采用小于1.12mm直径的套料磨头成型加工小孔，且深度不大于3mm；
步骤五：喷管端部外形磨削：采用金刚石磨头加工喷管端部外形回转环面；
步骤六：外形磨削加工：在外圆磨床上加工回转外形；
步骤七：采用装夹装置装卡喷管；
步骤八：30°锥形孔粗磨：采用不同直径金刚石磨头加工30°锥形孔至与小孔联通，加工余量为0.1mm；
步骤九：30°锥形孔精磨：采用不用粒度、浓度的金刚石磨头进行精磨，加工余量为0，且加工表面粗糙度小于0.5μm；完成薄壁镁铝陶瓷喷管的加工。
优选的：在步骤一中，采用三角卡盘将喷管夹紧，夹紧过程中，在喷管阶梯型端面D处与三角卡盘上端面之间放置缓冲片。如此设计，放置硬接触，起到缓冲的作用，避免加工过程中出现材料崩裂。
优选的：所述缓冲片为铜片，铜片的厚度为0.3mm。如此设计，缓冲效果好，更好地避免加工过程中出现材料崩裂。
优选的：在步骤二中，在精雕机床上，先采用粒度D126、浓度100、的平头青铜基金刚石磨头粗磨圆孔和90°锥形孔，后采用平头金刚石磨头继续粗磨90°锥形孔，刀具转速24000r/min，切深0.05mm。如此设计，加工精度得到进一步提升。
优选的：所述精雕机床为Carver_S600A精雕机床。如此设计，加工精度高。
优选的：在步骤三中，采用粒度D64、浓度125、的平头陶瓷基磨头精磨圆孔；采用90°电镀成型磨头精磨90°锥形孔，刀具转速24000r/min，切深0.03mm。如此设计，加工精度得到进一步提升。
优选的：在步骤四中，采用粒度D126、套料磨头加工小孔，刀具转速20000r/min，切深0.03mm。如此设计，加工精度得到进一步提升。
优选的：在步骤五中，采用粒度D126、浓度100、的平头陶瓷基磨头加工喷管A端部外形回转环面，刀具转速24000r/min，切深0.01mm。如此设计，加工精度得到进一步提升。
优选的：在步骤六中，采用粒度为D91的电镀磨头，电镀磨头侧面由R0.5mm圆弧过渡，利用三角卡盘固定喷管外圆面E，机床主轴转速100r/min，刀具转速500r/min，切深0.03mm，进给速度7mm/min；
优选的：在步骤七中，装夹装置包括上部工装和下部工装，上部工装和下部工装上下布置，上部工装由与喷管外形尺寸偏置0.1mm的两块凹模组成；下部工装设计成阶梯轴形式，阶梯轴的上部与圆孔接触；下部工装与喷管之间采用火漆填充粘结，两块凹模左右对称布置在喷管外部，将喷管与上部工装接触处用密封带缠绕，用平口钳固定上部工装的侧面G即可。如此设计，设计的专用工装，保证了加工过程中装夹受力均匀，进一步提高了加工精度。
优选的：所述上部工装采用有机玻璃制成，所述下部工装5采用铝合金制成。如此设计，防止对已加工表面造成损伤。
优选的：将喷管与上部工装接触处用膨体聚四氟乙烯密封带缠绕。如此设计，防止对已加工表面造成损伤。
优选的：在步骤八中，在精雕机床上先采用粒度D126、浓度100、平头青铜基金刚石磨头粗磨30°锥形孔，后采用平头金刚石磨头继续粗磨30°锥形孔，加工余量为0.1mm，刀具转速24000r/min，切深0.05mm。如此设计，加工精度得到进一步提升。
优选的：所述精雕机床为Carver_S600A精雕机床。如此设计，加工精度高。
优选的：在步骤九中，采用30°电镀成型磨头精磨30°锥形孔，刀具转速24000r/min，切深0.03mm。如此设计，加工精度得到进一步提升。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
(1)本发明提供了一种陶瓷喷管加工方法，采用该加工方法，废品率从35％降至5％，加工效率提高了2～4倍，提高了质量可靠性；(2)本发明所提供的陶瓷喷管加工方法，喷管内外型同心精度达到0.008mm，端面与轴线垂直精度达到0.01mm，表面粗糙度小于0.5μm；(3)本发明实现了0.5mm圆环薄壁和1.5mm锥形薄壁加工。
附图说明
图1是具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管的结构图；
图2是步骤六中电镀磨削刀具的示意图；
图3是加工30°锥形孔时的装夹示意图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明进行详细描述。
本实施方式一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，该方法包含以下步骤：
本实施例以某型号发动机陶瓷喷管为例，该喷管材料为镁铝陶瓷，内部结构包括一个圆孔1、一个90°锥形孔2、一个30°锥形孔3和一个的小孔4，薄壁最小处0.5mm，30°锥形孔壁1.5mm，外形由圆弧过渡连接组成，如图1所示。该喷管加工工艺具体步骤如下：
(1)采用三角卡盘将阶梯型陶瓷毛坯夹紧，装夹过程中，在陶瓷材料阶梯型端面D处与三角卡盘上端面中间放置0.3mm的铜片，起缓冲作用；
(2)在Carver_S600A精雕机床上，先采用粒度D126、浓度100、平头青铜基金刚石磨头粗磨圆孔1和90°锥形孔，后采用平头金刚石磨头继续粗磨90°锥形孔，加工余量为0.1mm，刀具转速24000r/min，切深0.05mm；
(3)采用粒度D64、浓度125、平头陶瓷基磨头精磨圆孔1；采用90°电镀成型磨头精磨90°锥形孔，加工至要求尺寸，刀具转速24000r/min，切深0.03mm；
(4)采用粒度D126、套料磨头加工的小孔，刀具转速20000r/min，切深0.03mm；
(5)采用粒度D126、浓度100、平头陶瓷基磨头加工A端外形，包括圆环，转速24000r/min，切深0.01mm；
(6)采用如图2形状的电镀磨头7，该磨头侧面由R0.5mm圆弧过渡，采用电镀工艺制造，粒度为D91。在外圆磨床上，利用三角卡盘固定面E，采用电镀磨头7成型加工喷管外形，主轴转速100r/min，刀具转速500r/min，切深0.03mm，进给速度7mm/min；
(7)设计如图3所示的装夹装置，装夹装置包括上部工装6和下部工装5，上部工装6和下部工装5上下布置，上部工装6由与喷管外形尺寸偏置0.1mm的两块凹模组成，材料为有机玻璃；下部工装5设计成阶梯轴形式，阶梯轴的上部与圆孔1接触，材料为铝合金；下部工装5与喷管之间采用火漆8填充粘结，两块凹模左右对称布置在喷管外部，将喷管与上部工装6接触处膨体聚四氟乙烯密封带缠绕，用平口钳固定上部工装6的侧面G即可。
(8)在Carver_S600A精雕机床上先采用粒度D126、浓度100、平头青铜基金刚石磨头粗磨30°锥形孔，后采用平头金刚石磨头继续粗磨30°锥形孔，加工余量为0.1mm，刀具转速24000r/min，切深0.05mm；
(9)采用30°电镀成型磨头精磨30°锥形孔，加工至要求尺寸，刀具转速24000r/min，切深0.03mm。
本发明所述的粒度单位均为μm。
本示例加工的镁铝陶瓷喷管加工表面完整性优，喷管内外型同心精度达到0.008mm，端面与轴线垂直精度达到0.01mm，表面粗糙度小于0.5μm，其它尺寸精度可以达到IT5，加工出0.5mm圆环薄壁和1.5mm锥形薄壁，满足其制造技术指标。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，其特征在于：具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法的具体步骤为：
步骤一：采用三角卡盘将喷管夹紧；
步骤二：喷管内部圆孔(1)与90°锥形孔(2)粗磨：加工过程中分别采用不同直径平头金刚石磨头粗磨喷管内部圆孔(1)与90°锥形孔(2)，加工余量为0.1mm；
步骤三：喷管内部圆孔(1)与90°锥形孔(2)精磨：选用不同粒度、浓度的金刚石磨头进行精磨，加工余量为0，且表面粗糙度小于0.5μm；
步骤四：喷管内部小孔(4)加工：采用小于1.12mm直径的套料磨头成型加工小孔(4)，且深度不大于3mm；
步骤五：喷管端部外形磨削：采用金刚石磨头加工喷管端部外形回转环面；
步骤六：外形磨削加工：在外圆磨床上加工回转外形；
步骤七：采用装夹装置装卡喷管；
步骤八：30°锥形孔(3)粗磨：采用不同直径金刚石磨头加工30°锥形孔(3)至与喷管内部小孔(4)联通，加工余量为0.1mm；
步骤九：30°锥形孔(3)精磨：采用不用粒度、浓度的金刚石磨头进行精磨，加工余量为0，且加工表面粗糙度小于0.5μm；完成薄壁镁铝陶瓷喷管的加工。
2.根据权利要求1所述的一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，其特征在于：在步骤一中，采用三角卡盘将喷管夹紧，夹紧过程中，在喷管阶梯型端面D处与三角卡盘上端面之间放置缓冲片。
3.根据权利要求2所述的一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，其特征在于：所述缓冲片为铜片，铜片的厚度为0.3mm。
4.根据权利要求2所述的一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，其特征在于：在步骤二中，在精雕机床上，先采用粒度D126、浓度100、的平头青铜基金刚石磨头粗磨圆孔(1)和90°锥形孔(2)，后采用平头金刚石磨头继续粗磨90°锥形孔(2)，刀具转速24000r/min，切深0.05mm；所述精雕机床为Carver_S600A精雕机床。
5.根据权利要求4所述的一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，其特征在于：在步骤三中，采用粒度D64、浓度125、的平头陶瓷基磨头精磨喷管内部圆孔(1)；采用90°电镀成型磨头精磨90°锥形孔(2)，刀具转速24000r/min，切深0.03mm。
6.根据权利要求5所述的一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，其特征在于：在步骤四中，采用粒度D126、套料磨头加工喷管内部小孔(4)，刀具转速20000r/min，切深0.03mm。
7.根据权利要求6所述的一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，其特征在于：在步骤五中，采用粒度D126、浓度100、的平头陶瓷基磨头加工喷管A端部外形回转环面，刀具转速24000r/min，切深0.01mm；在步骤六中，采用粒度为D91的电镀磨头(7)，电镀磨头侧面由R0.5mm圆弧过渡，利用三角卡盘固定喷管外圆面E，机床主轴转速100r/min，刀具转速500r/min，切深0.03mm，进给速度7mm/min。
8.根据权利要求7所述的一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，其特征在于：在步骤八中，在精雕机床上先采用粒度D126、浓度100、平头青铜基金刚石磨头粗磨30°锥形孔(3)，后采用平头金刚石磨头继续粗磨30°锥形孔(3)，加工余量为0.1mm，刀具转速24000r/min，切深0.05mm；所述精雕机床为Carver_S600A精雕机床；在步骤九中，采用30°电镀成型磨头精磨30°锥形孔(3)，刀具转速24000r/min，切深0.03mm。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，其特征在于：在步骤七中，装夹装置包括上部工装(6)和下部工装(5)，上部工装(6)和下部工装(5)上下布置，上部工装(6)由与喷管外形尺寸偏置0.1mm的两块凹模组成；下部工装(5)设计成阶梯轴形式，阶梯轴的上部与喷管内部圆孔(1)接触；下部工装(5)与喷管之间采用火漆(8)填充粘结，两块凹模左右对称布置在喷管外部，将喷管与上部工装(6)接触处用密封带缠绕，用平口钳固定上部工装(6)的侧面G即可。
10.根据权利要求9所述的一种具有回转复杂型腔与外形结构的薄壁镁铝陶瓷喷管加工方法，其特征在于：所述上部工装(6)采用有机玻璃制成，所述下部工装(5)采用铝合金制成，将喷管与上部工装(6)接触处用膨体聚四氟乙烯密封带缠绕。
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