CN115594982A - 一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料及制备和使用方法 - Google Patents

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关云超
王山城
刘金慧
冯吉存
平晟源
张镇山
董鹏
徐逊
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L91/00—Compositions of oils, fats or waxes; Compositions of derivatives thereof
    • C08L91/06—Waxes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
    • B29C39/02—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C39/10—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles incorporating preformed parts or layers, e.g. casting around inserts or for coating articles

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Abstract

本发明属于航空传动系统动力制造技术领域，公开了一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料及制备和使用方法，给出了支撑材料的主要成分及比例，对支撑材料的收缩率、熔点、硬度等性能指标作出规定，给出了具体的使用方法。本发明可有效的消除其他刚性装夹方式带来的变形问题，又有效的减少了加工过程中由切削力导致的加工变形和回弹，大幅提高了钛合金薄壁膜盘的加工精度。

Description

一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料及制备和使用方法
技术领域
本发明属于航空传动系统动力制造技术领域，尤其涉及一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料及制备和使用方法。
背景技术
航空用传动轴的钛合金膜盘属于薄壁件，加工过程中装夹、切削都会使膜盘发生一定量的形变，导致加工振动、表面质量差、加工精度低等问题，严重的还会形成潜在的加工缺陷和裂纹，影响到整个航空传动系统的工作稳定性。
用常规的通用或专用夹具装夹的方式，对于最薄仅有0.35mm厚的钛合金膜盘而言会引起很大的装夹变形，变形量大大超出最终的形位精度的要求，因此无法满足加工要求。对于易变性的薄壁类零件目前比较常用的固定手段是使用低熔点合金(如锡铋合金)来预定易变性或不易装夹的零件，但与对钛合金材料，低熔点合金会对其造成一定的污染，有可能引起零件基体材料的成分的变化及组织缺陷。另外，锡铋合金的熔点偏高，从液态到凝固过程和加工完成后再次加热融化过程的温度变化会引起仅有0.35mm厚的钛合金薄壁膜盘较大的热变形，因此同样无满足使用要求。
发明内容
本发明解决的技术问题：本发明提供一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料及制备和使用方法，满足在加工过程中对于钛合金薄壁膜盘变形控制、减少刀具切削振动控制的要求，从而提高表面加工质量，提高传动轴的疲劳寿命。
本发明的技术方案：
技术方案一：
一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料，所述支撑材料的组成成分及重量比例为：59％的58#全精炼石蜡、24％的聚乙烯、4％的环氧树脂、6％的EVA树脂、7％的硬脂酸。
技术方案二：
一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料的制备方法，其特征在于，用于制备技术方案一所述的非金属支撑材料，所述制备方法包括：
(1)预热加热装置及容器至40-60℃，加入58#全精炼石蜡；
(2)设置加热温度为100℃，至58#全精炼石蜡全部融化为液态；
(3)加入环氧树脂、EVA树脂、硬脂酸并进行搅拌，直至全部融化；
(4)加入聚乙烯并进行搅拌，直至完全融化形成白色无沉积物的液体；
(5)自然空气下冷却至室温，使(4)中的液体凝固，形成所述非金属支撑材料。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：
所述非金属支撑材料在凝固过程的体积收缩率为5％～8％，熔点为95℃～105℃，邵氏硬度≥80HD。
所述加热装置的温度控制精度在±10℃。
技术方案三：
一种非金属支撑材料的使用方法，所述方法采用如技术方案一所述的非金属支撑材料对钛合金膜盘进行支撑，所述方法包括：
(1)将所述非金属支撑材料融化至液态支撑材料，温度控制在100℃左右；
(2)沿钛合金膜盘圆周方向在其边缘缠绕美纹胶带，美纹胶带高出钛合金膜盘端面预设高度；
(3)在美纹胶带内的所述钛合金膜盘端面浇铸液态支撑材料，当所述液态支撑材料全部覆盖钛合金膜盘端面时停止浇铸；
(4)自然空气状态下冷却至室温；
(5)完全冷却后拆除美纹胶带，得到支撑材料及膜盘零件即可用于机械加工。
本发明技术方案三的特点和进一步的改进为：
(2)中，美纹胶带边缘高出钛合金膜盘端面最高平面6～8mm，并调整美纹胶带呈正圆。
所述使用方法还包括：机械加工完成后去除支撑材料。
去除支撑材料的方法具体为：使用有温度控制功能的加温炉进行加热脱模，待支撑材料融化后，将钛合金膜盘取出并擦拭，自然冷却至室温。
本发明设计了一种多组分低熔点非金属加工支撑材料，给出了该材料的主要成分及比例，对支撑材料的收缩率、熔点、硬度等性能指标作出规定，给出了具体的使用方法。本发明可有效的消除其他刚性装夹方式带来的变形问题，又有效的减少了加工过程中由切削力导致的加工变形和回弹，大幅提高了钛合金薄壁膜盘的加工精度。
具体实施方式
以下对依据本发明提出的一种多组分低熔点非金属加工支撑材料的配比及使用方法及其具体实施方式、功能，详细说明如后。
目前在航空制造领域，刚性夹具以及低熔点合金都无法满足钛合金薄壁膜盘的定位和控制加工的要求，因此需要针对钛合金薄壁膜盘加工的特殊要求，开发一种对钛合金材料无污染，具备熔点低、收缩率小、固态硬度大等特点的非金属支撑材料，满足在加工过程中对于钛合金薄壁膜盘变形控制、减少刀具切削振动控制的要求，从而提高表面加工质量，提高传动轴的疲劳寿命。
有鉴于此，本发明提供一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料及制备和使用方法。
1.选择可控温的加热装置：加热非金属需要控制温度，否则易出现温度过高导致的燃烧等危险，因此选择可设置温度的加热装置或设备，温度控制精度±10℃。加热容器优先选用耐高温、不易破碎的容器，例如烧杯等。
2.支撑材料主要成分及比例：各组份按重量比例分配，58#全精炼石蜡59％、聚乙烯24％、环氧树脂4％、EVA树脂6％、硬脂酸7％。
3.配比步骤：上述组份需按照一定的顺序加热和融化，方法如下：
(1)设置加热温度为100℃，预测加热装置及容器至40-60℃。
(2)加入58#全精炼石蜡至全部融化为液态。
(3)加入环氧树脂、EVA树脂、硬脂酸并进行搅拌，直至全部融化。
(4)加入聚乙烯并进行搅拌，直至完全融化形成白色无沉积物的液体。
4.支撑材料主要指标：凝固过程的体积收缩率5％～8％，熔点95℃～105℃，邵氏硬度≥80HD
5.支撑材料使用方法：
(1)准备配比好的材料并融化至液态，温度控制在100℃左右。
(2)沿钛合金薄壁膜盘圆周方向在其边缘缠绕美纹胶带，胶带边缘高出钛合金膜盘端面最高平面6～8mm，调整胶带尽量呈正圆。
(3)浇铸液态支撑材料，当液体全部覆盖钛合金膜盘端面即可停止浇铸。
(4)自然空气冷却至室温，冷却过程避免急冷，防止支撑材料冷却速度过快出现裂纹或与钛合金膜盘端面局部脱模。
(5)完全冷却后拆除美纹胶带，支撑材料及膜盘零件即可用于机械加工。
(6)加工完成后去除支撑材料，必须使用有温度控制功能的加温炉进行加热脱模，避免使用其他局部加热方式，避免去除支撑材料的同时引起的钛合金膜盘收不不均匀导致的热变形。
该发明的效果在于：本方法发明了一种用于钛合金薄壁膜盘加工的非金属支撑材料，具有熔点低、收缩率小、固态硬度大、易脱模等优点，既可以有效的消除其他刚性装夹方式带来的装夹变形问题，又有效的减少了加工过程中由切削力导致的加工变形和回弹，大幅提高了钛合金薄壁膜盘的加工精度。另外，还有效的避免了对钛合金材料造成不必要的污染。该方法也为其他薄壁易变形的零件加工提供借鉴。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料，其特征在于，所述支撑材料的组成成分及重量比例为：59％的58#全精炼石蜡、24％的聚乙烯、4％的环氧树脂、6％的EVA树脂、7％的硬脂酸。
2.一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的非金属支撑材料，所述制备方法包括：
(1)预热加热装置及容器至40-60℃，加入58#全精炼石蜡；
(2)设置加热温度为100℃，至58#全精炼石蜡全部融化为液态；
(3)加入环氧树脂、EVA树脂、硬脂酸并进行搅拌，直至全部融化；
(4)加入聚乙烯并进行搅拌，直至完全融化形成白色无沉积物的液体；
(5)自然空气下冷却至室温，使(4)中的液体凝固，形成所述非金属支撑材料。
3.根据权利要求2所述的一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料的制备方法，其特征在于，所述非金属支撑材料在凝固过程的体积收缩率为5％～8％，熔点为95℃～105℃，邵氏硬度≥80HD。
4.根据权利要求2所述的一种用于钛合金膜盘的非金属支撑材料的制备方法，其特征在于，所述加热装置的温度控制精度在±10℃。
5.一种非金属支撑材料的使用方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1所述的非金属支撑材料对钛合金膜盘进行支撑，所述方法包括：
(1)将所述非金属支撑材料融化至液态支撑材料，温度控制在100℃左右；
(2)沿钛合金膜盘圆周方向在其边缘缠绕美纹胶带，美纹胶带高出钛合金膜盘端面预设高度；
(3)在美纹胶带内的所述钛合金膜盘端面浇铸液态支撑材料，当所述液态支撑材料全部覆盖钛合金膜盘端面时停止浇铸；
(4)自然空气状态下冷却至室温；
(5)完全冷却后拆除美纹胶带，得到支撑材料及膜盘零件即可用于机械加工。
6.根据权利要求5所述的一种非金属支撑材料的使用方法，其特征在于，(2)中，美纹胶带边缘高出钛合金膜盘端面最高平面6～8mm，并调整美纹胶带呈正圆。
7.根据权利要求5所述的一种非金属支撑材料的使用方法，其特征在于，所述使用方法还包括：机械加工完成后去除支撑材料。
8.根据权利要求7所述的一种非金属支撑材料的使用方法，其特征在于，去除支撑材料的方法具体为：使用有温度控制功能的加温炉进行加热脱模，待支撑材料融化后，将钛合金膜盘取出并擦拭，自然冷却至室温。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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