[发明专利]一种难加工SiCf/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助加工方法

说明书

本发明公开了一种难加工SiC_f/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助加工方法，首先将难加工SiC_f/SiC陶瓷基复合材料切割成样件，并装夹在三坐标轴数控铣床上；然后将超声振动设备与三坐标轴数控铣床连接并设定初始超声振动参数；再采用自行设计PDC刀具对样件进行超声振动辅助切削加工、顺铣加工和铣磨加工；最后使用刀具扫描仪测量PDC层端面刀齿磨损量，当PDC层端面锥形刀齿完全磨损，判定PDC刀具磨损失效，不再使用该刀具进行加工，并记录PDC刀具去除材料体积。本发明方法达到了减小刀具磨损、提高刀具寿命的目的，并大大降低了成本。

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种复合材料超声振动辅助加工方法。

背景技术

SiC_f/SiC陶瓷基复合材料是一种近年来研究和发展的SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料，其保留了SiC陶瓷材料耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀等特点，同时由于 SiC纤维增强相的存在，材料韧性得到增强，抗冲击载荷性能显著提升。SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在不使用空气冷却和热障涂层情况下，其工作温度可达1200℃以上，同时其密度为高温合金的1/3，在航空航天、汽车制造、交通运输等行业领域表现出了极具吸引力的应用前景。

然而，由于SiC材质硬度高，其硬度甚至远高过大多数常用切削刀具材质硬度，同时材料脆性大、断裂韧性低、抗磨损能力强，这使得SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在机械加工中面临着一系列难题，如：刀具磨损严重、切削力大，甚至刀具难以切削材料；加工表面质量差，存在分层、撕裂、崩碎等加工质量缺陷，属于典型的硬脆性难加工材料。为了改善SiC_f/SiC陶瓷基复合材料切削加工性能，降低切削力、刀具磨损，超声振动辅助加工技术被广泛应用到SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的切削加工中，然而刀具的选择及匹配仍是当前SiC_f/SiC陶瓷基复合材料加工的难题之一。

池宪等研究人员在第二十一届全国复合材料学术会议(NCCM-21)论文集，2020： 7发表的论文“SiC_f/SiC陶瓷基复合材料超声振动高速铣削制孔表面形貌研究”，在超声振动辅助钻削SiC_f/SiC陶瓷基复合材料过程中，对比研究了硬质合金刀具、金刚石涂层刀具、电镀超硬磨料刀具、钎焊金刚石刀具、PCD刀具的切削加工性能，发现硬质合金刀具无法进行SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的切削加工，应首选PCD刀具加工 SiC_f/SiC陶瓷基复合材料。陈玉荣等研究人员在航空制造技术，61(2018)47-51发表的论文“超声振动辅助干式钻削SiC_f/SiC陶瓷基复合材料试验研究”，为了克服干式切削下刀具磨损严重的问题，采用有序排布钎焊金刚石套料钻进行SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的钻孔加工。此外，姜文庄在硕士学位论文“SiC_f/SiC复合材料细长薄壁管件外表面加工技术研究”，采用PCD铣刀及电镀金刚石磨头对SiC_f/SiC复合材料进行超声振动辅助加工，发现PCD刀具存在崩刃、刀具断裂等磨损，不适宜于SiC_f/SiC复合材料的切削加工，应该选用电镀金刚石磨头。在上述文献对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料进行超声振动辅助切削加工时，均存在刀具磨损严重、加工质量差等问题，刀具的选择及匹配限制了SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在工业上的快速推广和工程化应用。