CN106112012B - 原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料车削加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料车削加工方法，用于解决现有原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料无车削加工方法的技术问题。技术方案是首先选择刀具，初加工选用硬质合金刀具，半精/精加工采用PCD刀具，以及合理的选用刀具几何参数和车削工艺参数，实现了对原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料的低成本、高效率、高精度的车削加工，采用本发明的加工方法，产品的表面粗糙度可达到Ra0.32μm，尺寸精度和形状精度完全符合图纸要求。

Description

原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料车削加工方法
技术领域
本发明属于涉及切削加工技术领域，特别是涉及一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料车削加工方法。
背景技术
原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料(简称TiB2/Al复合材料)是一种新型颗粒增强铝基复合材料，具有高比强度、高比模量、耐疲劳等特性，在航空航天、汽车、电子、体育用品等领域具有广泛的应用前景，然而该材料的车削加工方法尚为空白。
TiB2/Al复合材料中的TiB2增强颗粒通过在铝基体中的原位反应直接生成，尺寸细小，外形圆整，并且与基体之间具有良好的相容性。然而由于TiB2增强颗粒的存在，车削加工中刀具与硬质TiB2增强颗粒和较软的铝基体循环摩擦碰撞，导致刀具磨损严重，并且加工工件表面粗糙度差，产品合格率低，难以满足工业生产需求，也限制了新型TiB2/Al复合材料在工业上的推广应用。
针对上述问题，如何提高TiB2/Al复合材料工件的加工质量，同时降低加工成本成为一个亟待解决的工艺难题。为此，有必要针对TiB2/Al复合材料提出一种高效率、高合格率，高精度，低成本的车削加工方法，以满足相关领域对TiB2/Al复合材料车削加工技术的迫切需求。
发明内容
为了克服现有原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料无车削加工方法的不足，本发明提供一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料车削加工方法。该方法首先选择刀具，初加工选用硬质合金刀具，半精/精加工采用PCD刀具，以及合理的选用刀具几何参数和车削工艺参数，实现了对原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料的低成本、高效率、高精度的车削加工，采用本发明的加工方法，产品的表面粗糙度可达到Ra0.32μm，尺寸精度和形状精度完全符合图纸要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料车削加工方法，其特点是包括以下步骤：
(1)选择刀具：粗加工采用硬质合金刀具；半精加工/精加工采用PCD刀具。选用刀具前角γ＝5°～10°，后角α＝5°～10°，刃倾角λ＝5°～10°，刀尖圆弧半径r＝0.6～1.0mm。
(2)选择冷却液：在TiB2/Al复合材料车削加工过程中，采用不添加冷却液的干式车削。
(3)选择粗加工切削用量：采用硬质合金刀具进行粗加工时，优选车削速度为30～60m/min，进给速度为60～80mm/min，切削深度为0.8～1.0mm，加工余量为0.8～1.0mm。
(4)选择半精加工切削加工用量：采用PCD刀具进行半精加工时，优选车削速度为60～100m/min，进给速度为20～60mm/min，切削深度为0.4～0.8mm，加工余量为0.2～0.4mm。
(5)选择精加工切削用量：采用PCD刀具进行精加工时，优选车削速度为80～100m/min，进给速度为20～40m/min，切削深度为0.2～0.4mm，精加工时加工工件至图纸要求的尺寸。
本发明的有益效果是：该方法首先选择刀具，初加工选用硬质合金刀具，半精/精加工采用PCD刀具，以及合理的选用刀具几何参数和车削工艺参数，实现了对原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料的低成本、高效率、高精度的车削加工，采用本发明的加工方法，产品的表面粗糙度可达到Ra0.32μm，尺寸精度和形状精度完全符合图纸要求。
下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
具体实施方式
本发明原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料车削加工方法具体步骤如下：
(1)选择刀具：首先采用的硬质合金刀具进行粗加工；半精加工/精加工采用PCD刀具。为获得较低的表面粗糙度和较高的刀具耐用度，需要对刀具几何参数进行优选。结合工程及实验数据，本实施例选用刀具前角γ＝7°，后角α＝7°，刃倾角λ＝7°，刀尖圆弧半径r＝0.8mm。
(2)选择冷却液：在TiB2/Al复合材料车削加工过程中，采用不添加冷却液的干式车削能够有效提高加工表面粗糙度。
(3)选择粗加工切削用量：采用硬质合金刀具进行粗加工时，优选车削速度为45m/min，进给速度为70mm/min，切削深度为0.9mm，加工余量为0.9mm。
(4)选择半精加工切削加工用量：采用PCD刀具进行半精加工时，优选车削速度为70m/min，进给速度为40mm/min，切削深度为0.6mm，加工余量为0.3mm。
(5)选择精加工切削用量：采用PCD刀具进行精加工时，优选车削速度为100m/min，进给速度为20m/min，切削深度为0.2mm，精加工时加工工件至图纸要求的尺寸。
所述硬质合金刀具为机械加工普遍使用的一种刀具，经实验得知，TiB2增强颗粒的存在导致硬质合金刀具磨损严重，所得工件表面粗糙度较低，但相对于PCD刀具，硬质合金刀具价格低廉，作为粗加工刀具可以明显降低加工成本。
所述PCD刀具即刀头由聚晶金刚石构成的车刀，相对于硬质合金刀具和涂层刀具，具有高硬度、高导热性、低热膨胀系数、低摩擦系数及刀刃锋利等优点，经实验得知，在车削加工TiB2/Al复合材料时，PCD刀具加工表面质量明显优于硬质合金刀具，并且PCD刀具磨损小，刀具耐用度好。
具体的，为获得较低的表面粗糙度和较高的刀具耐用度，需要对刀具几何参数进行优选。结合工程及实验数据，选用刀具前角γ＝5°～10°，后角α＝5°～10°，刃倾角λ＝5°～10°，刀尖圆弧半径r＝0.6～1.0mm范围内为宜。
具体的，采用硬质合金刀具进行粗加工时，优选车削速度为30～60m/min，进给速度为60～80mm/min，切削深度为0.8～1.0mm，加工余量为0.8～1.0mm；采用PCD刀具进行半精加工时，优选车削速度为60～100m/min，进给速度为20～60mm/min，切削深度为0.4～0.8mm，加工余量为0.2～0.4mm；采用PCD刀具进行精加工时，优选车削速度为80～100m/min，进给速度为20～40m/min，切削深度为0.2～0.4mm，精加工时加工工件至图纸要求的尺寸。根据不同的加工阶段，选择合适的加工参数，有利于提高加工效率，延长刀具寿命，并且保证产品的加工精度。
优选的，在TiB2/Al复合材料车削加工过程中，采用不添加冷却液的干式车削能够有效提高加工表面粗糙度。

Claims (1)

1.一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料车削加工方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)选择刀具：粗加工采用硬质合金刀具；半精加工/精加工采用PCD刀具；选用刀具前角γ＝5°～10°，后角α＝5°～10°，刃倾角λ＝5°～10°，刀尖圆弧半径r＝0.6～1.0mm；
(2)选择冷却液：在TiB2/Al复合材料车削加工过程中，采用不添加冷却液的干式车削；
(3)选择粗加工切削用量：采用硬质合金刀具进行粗加工时，车削速度为30～60m/min，进给速度为60～80mm/min，切削深度为0.8～1.0mm，加工余量为0.8～1.0mm；
(4)选择半精加工切削加工用量：采用PCD刀具进行半精加工时，车削速度为60～100m/min，进给速度为20～60mm/min，切削深度为0.4～0.8mm，加工余量为0.2～0.4mm；
(5)选择精加工切削用量：采用PCD刀具进行精加工时，车削速度为80～100m/min，进给速度为20～40m/min，切削深度为0.2～0.4mm，精加工时加工工件至图纸要求的尺寸。
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