[发明专利]用于复合材料加工的多用途工具、辅助设备及使用方法

说明书

本发明公开的用于复合材料加工的多用途工具、辅助设备及使用方法，属于机械加工、材料改性技术领域。本发明公开的一种用于复合材料加工的多用途工具，包括刀杆、刀体、搅拌头、定位块、刀片和螺钉。本发明还公开一种用于复合材料加工的多用途工具使用的辅助设备和一种用于复合材料加工的多用途工具的使用方法。本发明要解决的问题为：(1)根据使用需要实现复合材料多用途加工，所述的多用途加工包括以下用途：单一搅拌摩擦加工；单一铣削加工；单一搅拌摩擦焊接；具有去飞边功能的搅拌摩擦加工；搅拌摩擦加工‑铣削的复合加工；搅拌摩擦连接‑铣削的复合加工。(2)提高复合材料加工质量和加工效率，并改善加工零部件的表层力学性能和疲劳性能。

技术领域

本发明涉及一种用于复合材料加工的多用途工具、辅助设备及使用方法，属于机械加工、材料改性技术领域。

背景技术

新材料科学技术迅速发展，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料性能提出越来越高的要求。同时，一些有很多优异的力学性能和物理性能难加工材料(尤其是复合材料)的出现，对机加工技术不断提出了新的要求。其主要表现在加工时对工具磨损严重、加工成本高，导致加工效率低下以及加工表面质量差，另外，在铣削一些先进新型难加工材料过程中，由于铣削力、铣削热及材料的去除与表层残余应力耦合形成新的残余应力分布，残余应力的存在改变了零件的几何尺寸，进而引起零件严重变形，且铣削后表层的力学性能出现一定程度的下降，进行影响最终产品质量，上述一系列因素成为阻碍具有优良性能的新材料广泛应用及制约关键髙性能结构件制造的瓶颈和难题之一。由于零部件件的表面粗糙度、尺寸精度、表面力学性能等方面的要求，必须对其采取一定的机加工。要扩大新材料的应用范围，必须尽可能降低其加工难度。因此，难加工材料的高效和高质量加工仍然是近几年制造技术中最重要的研究课题之一。

搅拌摩擦加工本身是一种非常典型的高效、节能、无污染的先进加工技术，通过搅拌头的强烈搅拌作用使被加工材料发生剧烈塑性变形、混合、破碎，实现微观结构的致密化、均匀化和细化。搅拌摩擦加工在金属微观组织细化、超塑性材料制备、以及纳米相增强金属基复合材料等方面取得了应用。搅拌摩擦加工不仅在于为金属及合金材料强韧化提供了新的方法，而且在金属及合金表面可制备梯度结构层(尺度梯度或组织梯度)。同时，利用搅拌摩擦加工技术加工在合金表面制备复合材料，从而强化合金表面，使表层的力学性能和磨损性能得到显著提高。

复合加工技术正越来越受到现代制造业的重视，已经成为未来加工制造产业的一个重要发展方向。搅拌摩擦加工-铣削一体式加工是复合加工技术的一种实现形式，是以铣刀和搅拌头相结合方式的加工工具利用搅拌摩擦加工和铣削合成运动来完成各类表面的加工，通过铣刀的旋转来实现回转体零部件件切削和搅拌头的搅拌挤压来实现表层强化的一种先进绿色加工技术。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中明确指出，针对制造过程资源、能源消耗大等问题，要重点研究开发绿色制造技术。因此，搅拌摩擦加工-铣削一体式加工技术也是复合加工技术的一种实现形式，这种方法综合了铣刀和搅拌头各自的优点，利用铣刀和搅拌头的合成运动来完成表面加工。铣削与搅拌摩擦加工技术相结合的复合加工工艺，具有低成本、短周期的复合加工新技术，实现了难加工材料高效、高质量的加工。

发明内容

本发明公开一种用于复合材料加工的多用途工具，并公开一种用于复合材料加工的多用途工具使用的辅助设备，还公开的一种用于复合材料加工的多用途工具的使用方法，本发明要解决的技术问题为：(1)根据使用需要实现复合材料多用途加工，所述的多用途加工包括以下用途：单一搅拌摩擦加工；单一铣削加工；单一搅拌摩擦焊接；具有去飞边功能的搅拌摩擦加工；搅拌摩擦加工-铣削的复合加工；搅拌摩擦连接-铣削的复合加工。(2)提高复合材料加工质量和加工效率，并改善加工零部件的表层力学性能和疲劳性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。