CN104209522B - 一种高体份铝基碳化硅零件制作方法 - Google Patents

一种高体份铝基碳化硅零件制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高体份铝基碳化硅零件制作方法，主要包括：根据预设配比，配置碳化硅粉、铝、四氟糠醇、聚乙二醇600和环氧树脂；采用配置好的碳化硅粉、铝、四氟糠醇、聚乙二醇600和环氧树脂，制备高体份铝基碳化硅零件；基于制备的高体份铝基碳化硅零件，制备铝基碳化硅零件毛坯；基于制备的铝基碳化硅零件毛坯，对铝基碳化硅零件进行机加工。本发明所述高体份铝基碳化硅零件制作方法，可以克服现有技术中生产效率低、环保性差和能源利用率低等缺陷，以实现生产效率高、环保性好和能源利用率高的优点。

Description

一种高体份铝基碳化硅零件制作方法
技术领域
本发明涉及铝基碳化硅结构件的制备工艺技术领域，具体地，涉及一种高体份铝基碳化硅零件制作方法。
背景技术
铝基碳化硅结构件是对碳化硅预制件进行渗铝后形成的一种复合材料零件。做新一代的结构材料高体积分数的铝基碳化硅复合材料中碳化硅的体积分数在50％-75％，使主要材料具有高强度，高硬度，高耐磨性，耐热性和变形量小等诸多的优点，因而广泛应用于航空航天领域。
由这种复合材料中掺有较大比例的碳化硅颗粒，一些质量轻薄的零件在加工过程中要从坯料上磨削去除大量的多余部分颗粒材料，在磨削中会产生大量的粉尘，不但污染环境，也危害着操作人员的身心健康，虽然使用磨削液进行冷却，润滑和清洗处理，能减少粉尘的危害，但磨削后的分材料颗粒会随冷却液流入机床循环系统，极易将机床金属导轨，主轴研磨损坏，降低机加设备的精度，而且磨削加工方式生产效率低。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在生产效率低、环保性差和能源利用率低等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种高体份铝基碳化硅零件制作方法，以实现生产效率高、环保性好和能源利用率高的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高体份铝基碳化硅零件制作方法，主要包括：
a、根据预设配比，配置碳化硅粉、铝、四氟糠醇、聚乙二醇600和环氧树脂；
b、采用配置好的碳化硅粉、铝、四氟糠醇、聚乙二醇600和环氧树脂，制备高体份铝基碳化硅零件；
c、基于制备的高体份铝基碳化硅零件，制备铝基碳化硅零件毛坯；
d、基于制备的铝基碳化硅零件毛坯，对铝基碳化硅零件进行机加工。
进一步地，在步骤a中，各组分的重量份数如下：
碳化硅粉：45～70份；
铝：52～60份；
四氟糠醇：0.4～0.6份；
聚乙二醇600：1～4份；
环氧树脂：2～6份。
进一步地，所述步骤b，具体为：
⑴将配置得到的四氢糠醇、聚乙二醇600和环氧树脂放入带搅拌器的容器中，以60转/分的速度搅拌混合均匀后，加入碳化硅；以同样的速度搅拌2.5-3小时，得到一次制备的混合物；
⑵将一次制备的混合物放入烘箱中，在150℃±2℃的温度条件下运行，干燥处理2-3小时，取出后造粒过筛，得到二次制备的混合物；
⑶将二次制备的混合物采用粒子注入的方式，注入到零件模具型腔中，在150MPa压力下压制成型；
⑷对成型件进行预处理。
进一步地，所述步骤c，具体包括：
将预处理后的碳化硅成型件，浸渗铝金属溶液；
制备高体份铝基碳化硅毛坯零件，工艺参数为：真空度-1.2Kpa，温度1050K，施加压力1Mpa，保压时间0.5-1小时，铝基碳化硅零件中碳化硅体积百分比为52％-60％。
进一步地，所述对成型件进行预处理的操作，具体包括：
①将成型件置于箱式电炉中，在500℃-550℃的温度条件下，进行4小时固溶处理；
②将固溶处理后的成型件置于水槽中，在室温条件下进行4-6小时时效处理。
进一步地，在步骤a或步骤b中，所述碳化硅粉，具体为颗粒范围为10μm-60μm的碳化硅粉；和/或，所述铝，具体为牌量为HT8的铝。
进一步地，所述步骤d，具体包括：
⑴加工设备：数控加工中心机床、焊接金刚石刀片、压缩空气冷却系统、吸尘系统；
⑵一次粗加工：用焊接金刚石刀片粗铣零件内外表面和基面，留余量0.5mm，加工参数，机床转速2500转/秒、吃刀深度0.8mm进给量450mm/min；
⑶热处理即高温到低温再到高温为一个循环：采取高温280℃保温2小时，低温液氮-180℃处理2小时，高温280℃保温2小时；
⑷二次精加工：用焊接金刚石刀精铣零件内外表面、基面、倒角，加工参数，机床转速3000转/秒、吃刀深度0.5mm进给量300mm/min；
⑸采用空气冷却系统和吸尘系统进行冷却和吸尘处理。
本发明各实施例的高体份铝基碳化硅零件制作方法，由于主要包括：根据预设配比，配置碳化硅粉、铝、四氟糠醇、聚乙二醇600和环氧树脂；采用配置好的碳化硅粉、铝、四氟糠醇、聚乙二醇600和环氧树脂，制备高体份铝基碳化硅零件；基于制备的高体份铝基碳化硅零件，制备铝基碳化硅零件毛坯；基于制备的铝基碳化硅零件毛坯，对铝基碳化硅零件进行机加工；可以利用现有设备的功能与配件，对传统的冷却方式进行改进；从而可以克服现有技术中生产效率低、环保性差和能源利用率低的缺陷，以实现生产效率高、环保性好和能源利用率高的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
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
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明高体份铝基碳化硅零件制作方法中成型预处理的流程图；
图2为本发明高体份铝基碳化硅零件制作方法中零件结构的结构示意图，其中，(a)为正视图，(b)为正视图的A-A剖视图，(c)为后视图；
图3为本发明高体份铝基碳化硅零件制作方法中空气冷却系统和吸尘系统的结构示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-气体压缩机；2-压力表；3-油水分离器；4-过滤器；5-柔性管；6-可调喷头；7-收尘器口；8-柔性管；9-第一螺旋式收集器；10-细螺旋收集器；11-集尘箱；12-电机；13-排气管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据本发明实施例，如图1、图2和图3所示，提供了一种高体份铝基碳化硅零件制作方法。
本发明的技术方案，采取的高体份铝基碳化硅零件制作工艺首先是采用高体份铝基碳化硅零件热压毛坏制作工艺，再采用高硬金刚石刀片对铝基碳化硅零件粗精机加工工艺，并在机加成型制作工艺过程中，利用现有设备的功能与配件，对这种传统的冷却方式进行了改进，在大大提高了生产效率的同时，保证了铣削后的材料颗粒不与机床金属部位接触，确保机床不受损坏，彻底改善了工作环境。
在本发明的技术方案中，高体份铅基碳化硅零件热压制作工艺：
㈠配料：
⑴颗粒范围为10μm-60μm的碳化硅粉(SiC)。
⑵牌量为HT8的铝。
⑶四氟糠醇，聚乙二醇600，环氧树脂等。
㈡制备碳化硅成型件：
⑴将0.5Kg的四氢糠醇，2Kg的聚乙二醇600，3.5Kg的环氧树脂放入带搅拌器的容器中，以60转/分的速度搅拌混合均匀后，加入50Kg碳化硅；以同样的速度搅拌2.5-3小时。
⑵将1制备的混合物放入烘箱中在150℃±2℃下运行干燥处理2-3小时，取出造粒过筛。
⑶将2制备的混合物粒子注入零件模具型腔中，在150M Pa压力下压制成型。
⑷成型件预处理，如图1所示。
㈢制备铝基碳化硅零件毛坯：
将预处理后的碳化硅成型件，浸渗铝金属溶液。制备高体份铝基碳化硅毛坯零件，工艺参数为：真空度-1.2Kpa，温度1050K，施加压力1Mpa，保压时间0.5-1小时，铝基碳化硅零件中碳化硅体积百分比为52％-60％。
零件结构如图2所示。
㈣铝基碳化硅零件机加工：
⑴加工设备：数控加工中心机床(型号：PV1500)焊接金刚石刀片(PCD刀具)、压缩空气冷却系统、吸尘系统。
⑵一次粗加工：用焊接金刚石刀片(PCD刀具)粗铣零件内外表面和基面，留余量0.5mm，加工参数，机床转速2500转/秒、吃刀深度0.8mm进给量450mm/min。
⑶热处理(高低高一个循环)：采取高温280℃保温2小时，低温液氮-180℃处理2小时，高温280℃保温2小时。
⑷二次精加工：用焊接金刚石刀精铣零件内外表面、基面、倒角，加工参数，机床转速3000转/秒、吃刀深度0.5mm进给量300mm/min。
⑸空气冷却系统和吸尘系统如图3所示。
在图3中，气体压缩机1、压力表2、油水分离器3、过滤器4、柔性管5和可调喷头6依次配合连接，收尘器口7、柔性管8、第一螺旋式收集器9、细螺旋收集器10、电机12和排气管13依次连接，集尘箱11安装在第一螺旋式收集器9和细螺旋收集器10的底部，可调喷头6和收尘器口7匹配设置。
使用本发明的技术方案，根据机加工参数，调整好气体压缩的出口压力，压力经油水分离器、过滤器、柔性管进入可调喷头，调整好喷头位置，使之与机加工刀具吻合，启动吸尘系统的电机使收尘器口覆盖于机加零件切削范围之内，对粉尘颗粒回收。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高体份铝基碳化硅零件制作方法，其特征在于，主要包括：
a、根据预设配比，配置碳化硅粉、铝、四氢糠醇、聚乙二醇600和环氧树脂；在步骤a中，各组分的重量份数如下：
碳化硅粉：45～70份；
铝：52～60份；
四氢糠醇：0.4～0.6份；
聚乙二醇600：1～4份；
环氧树脂：2～6份；
b、采用配置好的碳化硅粉、四氢糠醇、聚乙二醇600和环氧树脂，制备碳化硅成型件；
c、基于制备的碳化硅成型件，制备高体份铝基碳化硅零件毛坯；
d、基于制备的高体份铝基碳化硅零件毛坯，对高体份铝基碳化硅零件毛坯进行机加工；所述步骤d，具体包括：
⑴加工设备：数控加工中心机床、焊接金刚石刀片、压缩空气冷却系统、吸尘系统；
⑵粗加工：用焊接金刚石刀片粗铣高体份铝基碳化硅零件毛坯内外表面和基面，留余量0.5mm，机床转速2500转/秒、吃刀深度0.8mm，进给量450mm/min；
⑶热处理即高温到低温再到高温为一个循环：采取高温280℃保温2小时，低温液氮-180℃处理2小时，高温280℃保温2小时；
⑷精加工：用焊接金刚石刀片精铣高体份铝基碳化硅零件毛坯内外表面、基面、倒角，机床转速3000转/秒、吃刀深度0.5mm进给量300mm/min；
⑸采用压缩空气冷却系统和吸尘系统进行冷却和吸尘处理。
2.根据权利要求1所述的高体份铝基碳化硅零件制作方法，其特征在于，所述步骤b，具体为：
⑴将配置得到的四氢糠醇、聚乙二醇600和环氧树脂放入带搅拌器的容器中，以60转/分的速度搅拌混合均匀后，加入碳化硅粉；以同样的速度搅拌2.5-3小时，得到一次制备的混合物；
⑵将一次制备的混合物放入烘箱中，在150℃±2℃的温度条件下运行，干燥处理2-3小时，取出后造粒过筛，得到二次制备的混合物；
⑶将二次制备的混合物采用粒子注入的方式，注入到碳化硅成型件模具型腔中，在150MPa压力下压制成型；
⑷对碳化硅成型件进行预处理。
3.根据权利要求2所述的高体份铝基碳化硅零件制作方法，其特征在于，所述步骤c，具体包括：
将预处理后的碳化硅成型件，浸渗铝金属溶液；
制备高体份铝基碳化硅零件毛坯，工艺参数为：真空度-1.2Kpa，温度1050K，施加压力1Mpa，保压时间0.5-1小时，高体份铝基碳化硅零件毛坯中碳化硅体积百分比为52％-60％。
4.根据权利要求2所述的高体份铝基碳化硅零件制作方法，其特征在于，所述对碳化硅成型件进行预处理的操作，具体包括：
①将碳化硅成型件置于箱式电炉中，在500℃-550℃的温度条件下，进行4小时固溶处理；
②将固溶处理后的碳化硅成型件置于水槽中，在室温条件下进行4-6小时时效处理。
5.根据权利要求2所述的高体份铝基碳化硅零件制作方法，其特征在于，在步骤a或步骤b中，所述碳化硅粉，具体为颗粒范围为10μm-60μm的碳化硅粉。
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