CN106312460B - 平面度小于0.2mm的碳纤维镁基复合材料薄板加工方法 - Google Patents

平面度小于0.2mm的碳纤维镁基复合材料薄板加工方法 Download PDF

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Abstract

平面度小于0.2mm的碳纤维镁基复合材料薄板加工方法，本发明目的在于提供一种碳纤维缠绕增强镁基复合材料圆环薄板零件的加工方法，通过采用“胶接法”和真空吸盘相结合，选取最佳的铣削参数，三者有机的结合，减小零件装夹过程中所受的装夹力，促使零件在加工过程中应力得以及时释放，从而避免撤掉装夹力后，零件产生较大变形，来保证零件的平面度。最终完成了碳纤维增强镁基复合材料这种极易变形难加工材料的加工。平面度指标提高了一个数量级。该加工方法对于其他类似的不完全对称薄板类零件的加工具有一定的借鉴意义。

Description

平面度小于0.2mm的碳纤维镁基复合材料薄板加工方法
技术领域
本发明涉及一种平面度小于0.2mm的碳纤维镁基复合材料薄板加工方法，可用于长碳纤维缠绕增强镁基复合材料、高平面度要求、不完全对称的圆环状薄壁板类零件加工。
技术背景
碳纤维增强镁基复合材料是一种新型的金属基碳纤维增强复合材料。具有低密度、高比强度、高比模量等优点，是一种具有广阔应用前景的复合材料。某圆环薄板结构件厚度只有4mm，有两个高40mm的支耳，如图1所示。为最大程度的增加强度减轻重量，该零件采用碳纤维增强镁基复合材料。零件毛坯由长碳纤维缠绕，经真空压力浸渗-液固挤压制成。由于长碳纤维的存在，使得该种材料的内部组织关系远比普通的颗粒增强复合材料复杂，其加工难度也比普通颗粒增强的复合材料的加工难度大。在采用普通的机械加工实验中，加工完去掉装夹后，零件发生了严重的翘曲变形，平面度严重超差，最大变形量达到3mm。原因是由于碳纤维以缠绕的方式存在在毛坯中，刀具切断纤维的过程中严重的破坏了材料的内部结构。另一方面，碳纤维的含量高(在60％以上)，并且加工余量大，散热效果差。因此，该复合材料的零件加工废品率较高，造成的经济损失比较大。
发明内容
本发明目的在于提供一种平面度小于0.2mm的碳纤维镁基复合材料薄板加工方法，通过减小零件装夹过程中所受的装夹力，促使零件在加工过程中应力得以及时释放，从而避免撤掉装夹力后，零件产生较大变形，来保证零件的平面度小于0.2mm。具体技术方案如下：
步骤一，粗加工采用圆盘工装，盘面平面度在0.05mm以内，用螺栓将工装固定在机床工作台上，用百分表找正在0.1mm以内。采用胶接方式，将毛坯粘接在工装上，等待3小时以上至胶水完全凝固。采用PCD铣刀，450～550rpm转速，1～2mm进给，先铣凸台后加工内圆和外圆，最后加工圆盘面。为保证圆盘面平面度在0.2mm以内，在加工圆盘面过程中，铣刀走直线来回切削。粗加工完正面，采用丙酮浸泡点胶处10分钟，将零件从工装上取下，反转零件，用同样的胶接装夹零件，加工零件背面。同样采用PCD铣刀，450～550rpm转速，1～2mm进给，粗铣平面，保证表面度在0.2mm以内。丙酮浸泡，取下零件。单边余量5mm。
步骤二，半精加工。粗加工后，零件产生1mm左右的变形。此时变形量已经小于采用普通装夹方式机加后的变形量。半精加工采用真空吸盘，利用大气压力的原理，吸附式地装夹零件。真空吸盘采用德国AFM公司的产品。零件平放到真空吸盘上，用软橡胶绳密封吸盘密封槽，通电抽真空，保持气压表读数在0.1个大气压以下。采用Ф10mm的PCD铣刀，400rpm转速，0.5mm进给，半精加工支耳和表面。每进刀1mm，暂停10分钟，保证加工过程中产生的应力充分释放。加工完成后，反转零件，加工背面。半精加工最终完成，零件平面度达到0.5mm，此时零件余量2mm。
步骤三，精加工。调整气压表读数在0.4个大气压，采用Ф5mm的PCD铣刀，400rpm转速，0.3mm进给，精加工至余量0.5mm，调节气压表读数至0.5个大气压，停止加工10分钟。减小进给至0.1mm，完成零件最终加工。零件最终平面度小于0.2mm。
附图说明
图1本发明具体实施例碳纤维增强镁基复合材料结构件的三维示意图，其中1---碳纤维镁基复合材料薄板。
具体实施方式
下面加工实例对本发明做进一步的说明，但是需特别指出的是，公布实施例子在于帮助读者进一步理解本发明，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，也可用该方法加工其它类似的薄壁板类零件。因此，本发明不应局限于实施例子所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
步骤一，粗加工采用“胶接法”将毛坯固定在普通机床的工作台上。工装平面度在0.1mm以内，用M12螺钉固定在工作台上，毛坯采用点胶法固定在工装上，等待3小时以上至胶水完全凝固。采用PCD铣刀，450rpm转速，1mm的进给量，先铣加工凸台，然后加工内圆和外圆，最后加工表面。通过“点胶法”固定工件，避免了外力装夹零件导致零件内应力无法释放的问题，使零件由于切削产生的内应力充分释放。采用该方法粗加工之后，零件的变形量有大幅的下降。将零件加工至余量5mm后，粗加工完成，用丙酮浸泡点胶处，将零件从工装上拆下。
步骤二，半精加工。此时不能采用“点胶法”来固定零件，原因在于该方法只能采用机械方法把零件和工装分开，容易损伤零件表面。然而一般的装夹方法会造成零件加工过程中内应力无法释放，导致零件变形，平面度超差。根据大气压力的原理，采用真空吸盘方法来装夹零件。工件放置到吸盘上，用软橡胶绳密封，抽真空，压力读数保证在0.1个大气压以下，保证零件能够固定到真空吸盘上，采用Ф10mmPCD铣刀，400rpm转速，0.5mm进给量，铣至1mm余量。翻转零件，压力读数保证在0.1个大气压，Ф10mmPCD铣刀，400rpm转速，0.5mm进给量，铣平面至2mm余量。
步骤三，精加工。精加工利用真空吸盘装夹。气压表读数在0.3个大气压，采用Ф5mm的PCD铣刀，400rpm转速，0.3mm进给，精加工至余量0.5mm，调节气压表读数至0.4个大气压，停止加工10分钟，使零件的应力充分释放。减小进给至0.1mm，完成零件最终加工。
在精加工过程中，随着余量越来越小，调整真空吸盘压力，其目的是：工件余量在加工过程中越来越少，工件的重量也越来越轻，增大真空吸盘的压力，也即减小了大气压和真空吸盘之间的压力差，相应地，就减小了工件所受的外力，有利于在精加工过程中，控制零件的变形。但在此过程中，要相应地减小铣销的进刀量，保证零件不会“飞出”工作台。
通过采用“胶接法”和真空吸盘相结合，选取最佳的铣削参数，三者有机的结合，最终完成了碳纤维增强镁基复合材料这种极易变形难加工材料的加工。平面度指标提高了一个数量级。该加工方法对于其他类似的不完全对称薄板类零件的加工具有一定的借鉴意义。

Claims (2)

1.一种平面度小于0.2mm的碳纤维镁基复合材料薄板加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，粗加工；采用圆盘工装，盘面平面度在0.05mm以内，用螺栓将工装固定在机床工作台上，用百分表找正在0.1mm以内；采用胶接方式，将毛坯粘接在工装上，等待3小时以上至胶水完全凝固；采用PCD铣刀，450～550rpm转速，1～2mm进给，先铣凸台后加工内圆和外圆，最后加工圆盘面；粗加工完正面，采用丙酮浸泡点胶处10分钟，将零件从工装上取下，反转零件，用同样的胶接装夹零件，加工零件背面；同样采用PCD铣刀，450～550rpm转速，1～2mm进给，粗铣平面，保证表面度在0.2mm以内；加工完后丙酮浸泡，取下零件；单边余量5mm；
步骤二，半精加工；半精加工采用真空吸盘，吸附式地装夹零件；零件平放到真空吸盘上，用软橡胶绳密封吸盘密封槽，通电抽真空，保持气压表读数在0.1个大气压以下；采用Ф10mm的PCD铣刀，400rpm转速，0.5mm进给，半精加工支耳和表面；每进刀1mm，暂停10分钟；加工完成后，翻转零件，加工背面；保证零件平面度达到0.5mm，零件单边余量2mm；
步骤三，精加工；调整气压表读数在0.4个大气压，采用Ф5mm的PCD铣刀，400rpm转速，0.3mm进给，两面加工，精加工至单边余量0.5mm；调节气压表读数至0.5个大气压，停止加工10分钟，减小进给至0.1mm，采用同样铣刀和转速，两面加工完成。
2.如权利要求1所述的一种平面度小于0.2mm的碳纤维镁基复合材料薄板加工方法，其特征在于，粗加工步骤中，加工圆盘面时，铣刀走直线来回切削。
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