[发明专利]石墨烯铝基复合材料的铣削加工方法

说明书

本发明涉及石墨烯铝基复合材料的铣削加工方法，采用PCD铣刀进行加工，所述PCD铣刀的转速为10000～18000r/min，进给量为0.05～0.15mm/r，切削深度为0.1～0.3mm，机床主轴的径向圆跳动、端面圆跳动及轴向窜动小于0.02mm。该方法通过选用PCD铣刀和合理的加工工艺参数，实现了对石墨烯铝基复合材料的低成本、高效率、高精度的铣削加工，使产品的尺寸公差可达到5μm，表面粗糙度可达到Ra0.8，并且可使产品的合格率提高到95％。

技术领域

本发明涉及切削加工工艺领域，具体涉及石墨烯铝基复合材料的铣削加工方法。

背景技术

石墨烯铝基复合材料具有强度高(弯曲强度≥550MPa)，耐磨性好，质量轻(密度仅为2.9-3.0g/cm²)，导热率高等特点，可用于电子封装料等产品，在航天领域应用广泛。石墨烯铝基复合材料的结构件在坯料成形后，一般需进一步进行内外形加工。目前，对于石墨烯铝基复合材料的加工通常采用电解加工法，但电解加工存在成本较高、效率低、加工异性曲面和型腔的难度大、控制工件相对位置尺寸的难度系数较高等缺点，故加工后的产品表面光洁度较差，产品合格率低。

为了提高对石墨烯铝基复合材料加工的效率和产品合格率，申请人想到采用机加工的方法来进行加工，并采用了超微粒钨钢铣刀和立方碳化硼铣刀等进行了实际验证，但验证效果均不理想。虽然加工效率得到了提高，但由于石墨烯铝基复合材料整体强度高，具有很好的耐磨性能，且含有碳化硅，机加工过程中的切削力等因素极易对产品造成开放性的机械损伤(例如工件容易出现挤压崩裂)，大幅度降低产品的使用性能，刀具磨损严重，并容易因切削热的产生而使铝基局部熔化，切屑易粘结在刀尖上并在工件表面形成大量的积屑瘤，难以满足产品的尺寸要求，并且工件表面粗糙度差，产品合格率仅有40％，无法实现批量生产。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的申请人根据石墨烯铝基复合材料的特点，提供了一种针对该材料零件采用了PCD铣刀的低成本、高效率、高合格率、高精度的铣削加工方法。

本发明的石墨烯铝基复合材料的铣削加工方法，采用PCD铣刀进行加工，所述PCD铣刀的转速为10000～18000r/min，进给量为0.05～0.15mm/r，切削深度为0.1～0.3mm，机床主轴的径向圆跳动、端面圆跳动及轴向窜动小于0.02mm。

所述PCD铣刀即现有的刀头由聚晶金刚石构成的铣刀，相对于现有的超微粒钨钢铣刀和立方碳化硼铣刀而言，具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量、低摩擦系数以及刀刃极为锋利等优点，经测试得知，在加工石墨烯铝基复合材料的过程中，切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤，在长时间切削工件时可较好的控制尺寸的稳定性，且刀具磨损小，这可能是因为聚晶金刚石与有色金属和非金属材料间的亲和力很小的缘故。对于直径较小(例如)的孔，由于PCD铣刀的刚性较好，也可选用相应直径(例如直径小于2mm)的PCD铣刀进行扩孔加工，并且加工后的孔公差可达到0.02mm。为了克服PCD铣刀韧性较差，抗弯强度低，不能承受较大震动的缺点，选择主轴的径向圆跳动、端面圆跳动及轴向窜动小于0.02mm的机床进行加工，可极大的提高PCD铣刀加工的平稳性，进一步改善产品的加工质量。

当PCD铣刀的转速小于10000r/min时，工件易出现分层和劈裂，经测试得知，在石墨烯铝基复合材料的加工过程中，控制PCD铣刀的转速为10000～18000r/min，即可在保证加工效率较高的同时，避免产品出现分层和劈裂现象，且加工表面光滑。根据不同的加工阶段和加工条件，可对PCD铣刀的转速进行适当的调整。此外，在使用PCD铣刀加工石墨烯铝基复合材料的工件时，切削深度过大会使切削力变大，产生的切削热增多，从而加剧刀具的磨损，直接影响PCD铣刀的寿命，并且切削深度过大还易导致PCD铣刀出现崩刃的现象。在提高加工效率和产品精度较高的前提下，为了延长PCD铣刀的使用寿命，采用进给量0.05～0.15mm/r，切削深度0.1～0.3mm为宜。其中，所述进给量优选为0.1mm/r，所述切削深度优选为0.2mm。