CN109482948A - 原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法 - Google Patents

原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法 Download PDF

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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超声振动辅助加工方法，用于解决现有铣削加工方法实用性差的技术问题。技术方案是将超声振动与铣削加工进行复合，在切削中刀具与工件相对运动的基础上，将外激周期振动加载到刀具或工件上，通过选择加工参数来提高刀具寿命。该方法在原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料加工过程中，超声振动的加入减小了刀具与工件的接触时间，减小了刀具前刀面与切屑之间的摩擦。因此，原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助铣削加工能够减小刀具磨损，提高刀具寿命，实用性好。经测试，在同等加工条件下超声振动辅助铣削加工中刀具的寿命是背景技术刀具寿命的2‑5倍。

Description

原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工 方法
技术领域
本发明涉及一种铣削加工方法，特别是涉及一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法。
背景技术
原位自生型TiB2颗粒增强铝基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。但是，由于原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料中硬质TiB2增强颗粒的存在，使其在机械加工中成为一种难加工材料。
Yifeng Xiong等研究人员在International Journal of AdvancedManufacturing Technology，(86)20163517–3526中发表的论文“Tool wear mechanismsfor milling in situ TiB2particle-reinforced Al matrix composites”采用不带涂层的硬质合金刀具对原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料进行铣削加工研究刀具的磨损，发现在铣削加工中刀具磨损严重、寿命低。
Yifeng Xiong等在International Journal of Advanced ManufacturingTechnology，97(2018)3813–3825中发表的论文“Machinability of in situTiB2particle reinforced7050Al matrix composites with TiAlN coating tool”采用TiAlN涂层刀具对原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料进行铣削来研究其机械加工性能，在加工过程中TiAlN涂层刀具出现粘附、划伤、微裂纹甚至崩刃现象，刀具磨损严重、寿命低。在以上两篇文章中对原位自生型TiB2颗粒增强7050Al基复合材料进行铣削加工均出现刀具磨损严重、寿命低(35min)的问题。在机械加工过程中刀具严重磨损、寿命低，降低了加工效率，增加了加工成本，难以满足越来越高的工业生产需求，限制了新型TiB2/Al复合材料在工业上的推广应用。
发明内容
为了克服现有铣削加工方法实用性差的不足，本发明提供一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法。该方法将超声振动与铣削加工进行复合，在切削中刀具与工件相对运动的基础上，将外激周期振动加载到刀具或工件上，通过选择加工参数来提高刀具寿命。该方法在原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料加工过程中，超声振动的加入减小了刀具与工件的接触时间，减小了刀具前刀面与切屑之间的摩擦。因此，原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助铣削加工能够减小刀具磨损，提高刀具寿命，实用性好。
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超声振动辅助加工方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一、将原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料切割成需要的尺寸，将其表面处理光整，装夹在三坐标轴数控铣床上。
步骤二、将超声振动设备与三坐标轴数控铣床连接，超声振动参数为：超声能量为80～150mA，频率为15～25KHZ。
步骤三、选择TiAlN涂层硬质合金立铣刀并将该刀具安装在超声刀柄上。选用的刀具参数为：刀具前角γ＝8°，后角α＝23°，螺旋角β＝40°，刀尖圆弧半径r＝0.15mm，刀具齿数z＝4，刀具直径d＝8mm，刀具总长l＝80mm，切削刃长l0＝20mm，刀具悬伸量≥47mm。
步骤四、将水用毛刷蘸在TiAlN涂层硬质合金立铣刀刀头上，设置超声能量为110mA。
步骤五、采用不添加冷却液的干式铣削方式。
步骤六、超声振动辅助铣削加工铣削速度为25.12～75.36m/min，每齿进给量为0.1～0.4mm/z，切削深度为0.2～0.6mm。
步骤七、TiAlN涂层硬质合金立铣刀每加工5min后,将刀具取下在刀具测量仪上测量刀具4个齿侧刃的后刀面磨损量，每个齿测量3次取平均值。
步骤八、TiAlN涂层硬质合金立铣刀4个齿中有一个齿后刀面磨损量VB达到0.3mm时刀具失效。
本发明的有益效果是：该方法将超声振动与铣削加工进行复合，在切削中刀具与工件相对运动的基础上，将外激周期振动加载到刀具或工件上，通过选择加工参数来提高刀具寿命。该方法在原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料加工过程中，超声振动的加入减小了刀具与工件的接触时间，减小了刀具前刀面与切屑之间的摩擦。因此，原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助铣削加工能够减小刀具磨损，提高刀具寿命，实用性好。经测试，在同等加工条件下超声振动辅助铣削加工中刀具的寿命是背景技术刀具寿命的2-5倍，刀具寿命得到明显提高。
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
本实施例以TiB2/7050Al复合材料进行说明。本实施例所使用的三坐标轴数控铣床为VMC-850，所使用的超声设备为陕西超克能机电科技发展有限公司的SY-2000高速无刷超声波加工系统。
本发明原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法具体步骤如下：
步骤一、准备加工试样。将原位自生型TiB2/7050Al复合材料切割成90mmⅹ65mmⅹ40mm的块状，并在磨床上将其表面进行磨光，得到原位自生型TiB2/7050Al复合材料试样，然后把该试样装夹在VMC-850三坐标数控铣床上。
步骤二、安装超声设备。将SY-2000高速无刷超声波加工系统与三坐标轴数控铣床连接，超声振动参数为：超声能量为80～150mA，频率为15～25KHZ。
步骤三、选择加工刀具。选择TiAlN涂层硬质合金立铣刀并安装在超声刀柄上，进行超声振动辅助铣削加工。为获得最佳振动效果和较好刀具耐用度，结合工程及实验数据，本实施例选用刀具前角γ＝8°，后角α＝23°，螺旋角β＝40°，刀尖圆弧半径r＝0.15mm，刀具齿数z＝4，刀具直径d＝8mm，刀具总长l＝80mm，切削刃长l0＝20mm，刀具悬伸量＝51.7mm(或者≥47mm)。传统铣削加工中选用相同刀具。
步骤四、测试振动状态。将水用毛刷蘸在TiAlN涂层硬质合金立铣刀刀头上，调整超声能量能看到铣刀刀头出现雾化现象或铣刀刀头上的水滴在振动，说明振动效果处于较好状态，本实施例中超声能量为110mA。
步骤五、选择冷却液。在TiB2/7050Al复合材料超声振动辅助铣削和普通铣削加工过程中，均采用不添加冷却液的干式铣削。
步骤六、铣削加工。超声振动辅助铣削加工工艺参数为铣削速度为25.12～75.36m/min，每齿进给量为0.1～0.4mm/z，切削深度为0.2～0.6mm。普通铣削加工工艺参数为铣削速度为25.12～75.36m/min，每齿进给量为0.1～0.4mm/z，切削深度为0.2～0.6mm。在这些工艺参数范围下对超声振动辅助铣削加工和普通铣削加工分别进行3因素3水平正交试验。通过正交试验的结果，本实施例中超声振动辅助铣削加工参数为：铣削速度为25.12m/min，每齿进给量为0.4mm/z，切削深度为0.6mm，切削宽度为0.3mm，在加工过程中使超声振动设备处于打开状态并且超声能量为110mA；本实施例中普通铣削加工参数为：铣削速度为25.12m/min，每齿进给量为0.4mm/z，切削深度为0.6mm，切削宽度为0.3mm，在加工过程中使超声振动设备处于关闭状态。
步骤七、刀具磨损测量。TiAlN涂层硬质合金立铣刀每加工5min后,将刀具取下在刀具测量仪上测量刀具4个齿侧刃的后刀面磨损量，每个齿测量3次取平均值。
步骤八、判断刀具失效。TiAlN涂层硬质合金立铣刀4个齿中有一个齿后刀面磨损量VB达到0.3mm时刀具失效，不再使用该刀具加工。
经测试，本实施例超声振动辅助铣削中刀具的寿命为93min,背景技术铣削加工中刀具的寿命为35min，超声振动辅助铣削TiB2/7050Al复合材料中刀具的寿命比背景技术铣削TiB2/7050Al复合材料刀具寿命提高约2.7倍。

Claims (1)

1.一种原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料超声振动辅助加工方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料切割成需要的尺寸，将其表面处理光整，装夹在三坐标轴数控铣床上；
步骤二、将超声振动设备与三坐标轴数控铣床连接，超声振动参数为：超声能量为80～150mA，频率为15～25KHZ；
步骤三、选择TiAlN涂层硬质合金立铣刀并将该刀具安装在超声刀柄上；选用的刀具参数为：刀具前角γ＝8°，后角α＝23°，螺旋角β＝40°，刀尖圆弧半径r＝0.15mm，刀具齿数z＝4，刀具直径d＝8mm，刀具总长l＝80mm，切削刃长l0＝20mm，刀具悬伸量≥47mm；
步骤四、将水用毛刷蘸在TiAlN涂层硬质合金立铣刀刀头上，设置超声能量为110mA；
步骤五、采用不添加冷却液的干式铣削方式；
步骤六、超声振动辅助铣削加工铣削速度为25.12～75.36m/min，每齿进给量为0.1～0.4mm/z，切削深度为0.2～0.6mm；
步骤七、TiAlN涂层硬质合金立铣刀每加工5min后,将刀具取下在刀具测量仪上测量刀具4个齿侧刃的后刀面磨损量，每个齿测量3次取平均值；
步骤八、TiAlN涂层硬质合金立铣刀4个齿中有一个齿后刀面磨损量VB达到0.3mm时刀具失效。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111805172A (zh) * 2020-06-11 2020-10-23 北京航天控制仪器研究所 高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料小螺纹加工方法
CN112388250A (zh) * 2020-09-21 2021-02-23 北京卫星制造厂有限公司 一种高体积分数铝基碳化硅材料的加工方法
CN112620744A (zh) * 2020-12-10 2021-04-09 西北工业大学 一种难加工复合材料TiB2/7050Al的超声振动辅助铣削加工方法
CN112658819A (zh) * 2020-12-19 2021-04-16 西北工业大学 一种SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料钻削加工方法
CN112756673A (zh) * 2020-12-30 2021-05-07 西北工业大学 一种TiB2/7050Al铝基复合材料铣削加工方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU642136A1 (ru) * 1977-07-08 1979-01-15 Предприятие П/Я М-5953 Устройство дл контрол и регулировани толщины детали в процессе фрезеровани
CN1034881A (zh) * 1987-10-21 1989-08-23 陕西硬质合金工具厂 硬质合金前波面波刃立铣刀
CN102476304A (zh) * 2010-11-23 2012-05-30 财团法人金属工业研究发展中心 模块化超音波振动加工装置
CN102554569A (zh) * 2011-12-30 2012-07-11 宁波江丰电子材料有限公司 钴靶材的加工方法
CN103658785A (zh) * 2013-12-03 2014-03-26 北京理工大学 一种基于基体热软化效应的复合材料高效高精铣削工艺
CN203599608U (zh) * 2013-10-16 2014-05-21 深圳市金洲精工科技股份有限公司 立铣刀
CN104646739A (zh) * 2015-03-05 2015-05-27 中南大学 一种超声纵向振动辅助侧铣铝合金工艺
CN204621198U (zh) * 2015-05-27 2015-09-09 沈阳远大科技园有限公司 一种接杆式高刚度超声加工刀具
CN105834702A (zh) * 2016-05-31 2016-08-10 西北工业大学 原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法
CN106001611A (zh) * 2016-06-21 2016-10-12 北京航空航天大学 一种精密高速断续超声振动切削方法
CN106112012A (zh) * 2016-07-06 2016-11-16 西北工业大学 原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料车削加工方法
CN107511517A (zh) * 2017-09-21 2017-12-26 华东理工大学 一种石墨模具加工用涂层端铣刀及其制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU642136A1 (ru) * 1977-07-08 1979-01-15 Предприятие П/Я М-5953 Устройство дл контрол и регулировани толщины детали в процессе фрезеровани
CN1034881A (zh) * 1987-10-21 1989-08-23 陕西硬质合金工具厂 硬质合金前波面波刃立铣刀
CN102476304A (zh) * 2010-11-23 2012-05-30 财团法人金属工业研究发展中心 模块化超音波振动加工装置
CN102554569A (zh) * 2011-12-30 2012-07-11 宁波江丰电子材料有限公司 钴靶材的加工方法
CN203599608U (zh) * 2013-10-16 2014-05-21 深圳市金洲精工科技股份有限公司 立铣刀
CN103658785A (zh) * 2013-12-03 2014-03-26 北京理工大学 一种基于基体热软化效应的复合材料高效高精铣削工艺
CN104646739A (zh) * 2015-03-05 2015-05-27 中南大学 一种超声纵向振动辅助侧铣铝合金工艺
CN204621198U (zh) * 2015-05-27 2015-09-09 沈阳远大科技园有限公司 一种接杆式高刚度超声加工刀具
CN105834702A (zh) * 2016-05-31 2016-08-10 西北工业大学 原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料叶片切削加工方法
CN106001611A (zh) * 2016-06-21 2016-10-12 北京航空航天大学 一种精密高速断续超声振动切削方法
CN106112012A (zh) * 2016-07-06 2016-11-16 西北工业大学 原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料车削加工方法
CN107511517A (zh) * 2017-09-21 2017-12-26 华东理工大学 一种石墨模具加工用涂层端铣刀及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蔡建德等: "基于增材制造的超声铣削技术研究", 《中国航天第三专业信息网第三十九届技术交流会暨第三届空天动力联合会议论文集S06材料、工艺与制造技术》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111805172A (zh) * 2020-06-11 2020-10-23 北京航天控制仪器研究所 高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料小螺纹加工方法
CN112388250A (zh) * 2020-09-21 2021-02-23 北京卫星制造厂有限公司 一种高体积分数铝基碳化硅材料的加工方法
CN112620744A (zh) * 2020-12-10 2021-04-09 西北工业大学 一种难加工复合材料TiB2/7050Al的超声振动辅助铣削加工方法
CN112658819A (zh) * 2020-12-19 2021-04-16 西北工业大学 一种SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料钻削加工方法
CN112756673A (zh) * 2020-12-30 2021-05-07 西北工业大学 一种TiB2/7050Al铝基复合材料铣削加工方法

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