[发明专利]一种碳化硅陶瓷深小孔的超精密加工方法

说明书

一种碳化硅陶瓷深小孔的超精密加工方法，属于机械加工技术领域，具体包括以下步骤：步骤一、将碳化硅陶瓷块固定在超声辅助磨削机床上；步骤二、在轴向超声振动作用下加工若干个与刀具同直径的深小孔Ⅰ，并留出余量Ⅰ；刀具进给速度为25‑35mm/min，主轴转速为6000‑10000rpm，在入口处降低进给速度至20mm/min，增大主轴转速至10000rpm；步骤三、在出口处降低进给速度至20mm/min，增大主轴转速至10000rpm，并留出余量Ⅱ；步骤四、在轴向超声振动作用下去除余量Ⅰ和余量Ⅱ，刀具进给速度为15‑20mm/min，主轴转速为8000‑10000rpm，获得碳化硅陶瓷深小孔Ⅱ。

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种碳化硅陶瓷深小孔的超精密加工方法。

背景技术

工程材料的分类方法有很多种，比较科学的方法是根据材料的本性或材料结合键的性质进行分类。一般将工程材料分为陶瓷材料、金属材料、高分子材料和复合材料四大类。其中陶瓷材料是人们应用最早的材料。近年来，工程陶瓷材料由于其高的强硬度、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀和较强的抗氧化性等众多工程优点，除在机械、化工、冶金等传统产业中外，在战略性新兴产业领域如航天航空、电子信息、新能源、节能环保、海洋工程、生物工程、新材料等领域也正获得越来越广泛的应用，这也是工程陶瓷产业发展的新增长点，极大地推动了人类科技的发展。在航天航空领域中，材料大多在超高温度、超高真空以及强烈的辐照等极端苛刻环境中使用，因而要求材料具有高比强、高比模、耐高温以及抗烧蚀等特性。众多陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料已成为火箭喷嘴、推力室等不可或缺的材料，尤其是在孔系众多的复杂壳体(如航空发动机的壳体等)上的使用越来越深入。工程陶瓷材料具备优良性能，同时这也决定了其加工难度。工程陶瓷材料的高脆性和低断裂韧性等特性使得其在加工过程中易产生变形层、微裂纹、残余应力等缺陷，这些因素的存在也在一定程度上限制了工程陶瓷材料的运用和进一步发展。碳化硅陶瓷不仅具有优良的常温力学性能，如较高的抗弯强度、抗氧化性、耐腐蚀性、抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)也很好，在航空航天、电子通讯、生物医疗等领域具有广泛应用，因此，针对碳化硅陶瓷材料深小孔高效加工技术这一方向的研究显得尤为重要。工程陶瓷的普通深小孔加工技术具有很大的操作难度，且加工质量和加工效率也难以保证，这是由深小孔自身结构和加工材料属性共同导致的。对于普通的机械钻削来说，孔加工工具的长度总是大于孔的直径，在切削力的作用下易产生变形，从而影响加工质量和加工效率，而且使用细长的钻头，会导致孔加工工具的刚度和强度降低，抗扭矩能力变差，很容易发生偏移和振动，这些对加工精度的影响是不可忽略的^[1-2]。工程陶瓷材料具有较小的线膨胀系数，硬度高，易产生裂纹，抗拉及抗冲击性能差，容易产生崩边过大以及精度过低等问题，属于典型的难加工硬脆材料，普通的机械加工很难实现达到要求的表面质量。

目前，针对小孔的加工方法大约有50多种。其中最主要的是钻削加工、电火花穿孔、电解加工、电火花-电解复合加工、激光加工、电子束加工和超声加工。钻削加工对刀具损耗大，不适用于在难加工材料上进行深小孔加工；电火花穿孔是加工大深径比深小孔的主要加工方法，能加工任何导电材料，但随着孔加工深度的增加，还存在着散热、排屑及导向困难，加工精度降低等问题，孔壁往往存在微裂纹、热影响区及重铸层；电解加工也属于非接触加工，加工后孔壁无重铸层、微裂纹等缺陷，但对环境不友好，加工效率慢；激光加工精度和表面粗糙度不够理想，表面有再铸层^[3]。

[1]马名峻,王德新.一种利用电化学钝化极化现象的超深小孔电火花复合加工工艺[J]电加工与模具,2015(S1):54—58.

[2]龚琪,沈景凤,谢建林.工程陶瓷材料的加工技术及应用进展研究[J].人工晶体学报,2016,45(07):1898-1905.