專利名稱：鎂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種結(jié)構(gòu)接頭的加工方法，特別涉及鎂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用的結(jié)構(gòu)接頭，其材料通常為樹脂和合金材料，這些材料的比強度、比剛度較低，耐磨、耐熱性能差，難以滿足一些對接頭性能要求比較苛刻的應(yīng)用條件要求。近年來開發(fā)的新型非連續(xù)增強輕金屬基復(fù)合材料，如短纖維(氧化鋁、碳纖維、石墨纖維等)、顆粒(氧化鋁顆粒、碳化硅顆粒)或晶須(碳化硅、硼酸鋁晶須)增強鎂基復(fù)合材料具有低密度、高比強度、高比剛度、低熱膨脹系數(shù)、優(yōu)良的耐磨、耐熱性能。與目前廣泛采用的樹脂和合金結(jié)構(gòu)接頭相比，采用這些高性能鎂基復(fù)合材料加工的結(jié)構(gòu)接頭具有優(yōu)異的性能。但是，由于鎂基復(fù)合材料的鑄造成型性和塑性較差，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)接頭加工技術(shù)，如鑄造成型法和塑性擠壓脹形法，均不適合于金屬基復(fù)合材料。由于金屬基復(fù)合材料的成本較高，如果對金屬基復(fù)合材料毛坯采用常規(guī)的車削、銑削加工，將會導(dǎo)致材料的利用率低，大大增加金屬基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的成本，而且材料的性能也不能得到優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)接頭的材料和加工技術(shù)的不足之處，提供一種材料利用率高、降低成本的鎂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法，它的加工方法為(1)將金屬基復(fù)合材料毛坯進行熱擠壓，擠壓溫度為350～400℃，保溫時間30～60分鐘，擠壓速度為13～15mm/min，根據(jù)制件大小的不同確定不同的擠壓比，制件越大擠壓比越小，將其擠壓成角材、T型材或π型材；(2)按照所設(shè)計的接頭尺寸及各方向接頭互成的角度，確定經(jīng)濟省材的加工方案，在復(fù)合材料型材上劃線，再沿著劃好的線用電火花切割，從而得到滿足設(shè)計要求的接頭毛坯。電火花加工電源為XMD高頻脈沖電源，加工電壓為60～100V，脈沖寬度為20μs，脈沖間隔為60μs，峰值電流為1.5A，鉬絲直徑為0.15mm，走絲速度為9m/s，工作液為乳化液；(3)將經(jīng)過電火花加工切割出的結(jié)構(gòu)接頭毛坯，通過機械加工如車削、銑削和/或鉆削以達到精度要求。車削和銑削刀具均采用聚晶金剛石刀具。車削速度為300～800m/min，進刀速度為0.2～0.6mm/r。銑削速度為200～1000m/min，進刀速度為0.1～0.4mm/r；(4)根據(jù)接頭形式的不同，在接頭端部鏜孔或加工螺紋，以便與桿件進行連接。鉆削刀具采用聚晶金剛石刀具，鉆削速度為50～200mm/min，進給量為0.05～0.2m/r。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)材料優(yōu)勢本發(fā)明采用鎂基復(fù)合材料作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)接頭的首選材料，是由于它具有低密度、高比強度、高比剛度、優(yōu)良的耐磨、耐熱性能，良好的阻尼性能和電磁屏蔽性能等諸多優(yōu)點；(2)工藝方法和設(shè)備簡單，應(yīng)用范圍廣，可廣泛應(yīng)用于鎂基、鋁基和鈦基復(fù)合材料；(3)本發(fā)明所采用的工藝方法有效地提高了材料的利用率，減少了結(jié)構(gòu)接頭的成本；提高了結(jié)構(gòu)接頭的性能和壽命；減輕了結(jié)構(gòu)件的重量；增加了結(jié)構(gòu)的安全可靠性。采用本發(fā)明的材料和本發(fā)明的加工方法所能達到的主要性能指標(biāo)為密度2.10～2.20g/cm3，彈性模量70～80GPa，抗拉強度350～400MPa，熱膨脹系數(shù)15～20×10-6/K。本發(fā)明采用金屬基復(fù)合材料加工結(jié)構(gòu)接頭，原材料利用率高，接頭性能優(yōu)良。


圖1是用鎂基復(fù)合材料擠壓成的角材結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是利用角材加工的三接頭結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是鎂基復(fù)合材料擠壓成的T型材結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是采用T型材加工三接頭的線切割路線示意圖，圖5是四接頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是五接頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是鎂基復(fù)合材料擠壓成的π型材結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是切割后的π型材結(jié)構(gòu)示意圖，圖9是π型材加工的角座結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
一本實施方式是采用鎂基復(fù)合材料T型材加工三接頭的加工過程(1)采用擠壓鑄造、攪拌鑄造或粉末冶金工藝制備短纖維(氧化鋁、碳纖維、石墨纖維等)、顆粒(氧化鋁顆粒、碳化硅顆粒)或晶須(碳化硅、硼酸鋁晶須)等非連續(xù)增強體增強鎂基復(fù)合材料毛坯?；w合金為AZ91(含8.5～9.3％Al，0.7％Zn，0.23Mn)，ZK60(含8.5～9.3％Al，0.7％Zn，0.23Mn)等各種屬于公知公用技術(shù)的鎂合金牌號，其中增強體的體積分數(shù)為5～40％。鎂基復(fù)合材料的制備方法為金屬基復(fù)合材料的常規(guī)制備方法；(2)將所制備的金屬基復(fù)合材料進行熱擠壓，熱擠壓是在水壓機上進行的，擠壓溫度為350～400℃，保溫時間30～60分鐘，擠壓速度為13～15mm/min，根據(jù)制件大小的不同確定不同的擠壓比，制件越大擠壓比越小，將其擠壓成T型材，參照圖3。
(3)按照所設(shè)計的接頭尺寸及各方向接頭互成的角度，確定經(jīng)濟省材的加工方案，在復(fù)合材料型材上劃線，參照圖4，再沿著劃好的線用電火花切割，從而得到滿足設(shè)計要求的接頭毛坯，參照圖2。切割后的T型材采用同樣的加工方法還可以切割出若干個同樣的三接頭，所以采用T型材加工三接頭是一種經(jīng)濟省材的加工方案。電火花加工電源為XMD高頻脈沖電源，加工電壓為60～100V，脈沖寬度為20μs，脈沖間隔為60μs，峰值電流為1.5A，鉬絲直徑為0.15mm，走絲速度為9m/s，工作液為乳化液。
(4)將經(jīng)過電火花加工切割出的結(jié)構(gòu)接頭毛坯，通過車削、銑削、鉆削等機械加工達到精度要求。車削和銑削刀具均采用聚晶金剛石刀具。車削速度為300～800m/min，進刀速度為0.2～0.6mm/r。銑削速度為200～1000m/min，進刀速度為0.1～0.4mm/r。
(5)根據(jù)接頭形式的不同，在接頭端部鏜孔或加工螺紋，以便與桿件進行連接。鉆削刀具采用聚晶金剛石刀具，鉆削速度為50～200mm/min，進給量為0.05～0.2m/r。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同之處在于，對鎂基復(fù)合材料毛坯進行熱擠壓時的擠壓溫度為350℃，保溫時間30分鐘，擠壓速度為13mm/min，將其擠壓成角材，參照圖1。然后經(jīng)電火花切割等工序得到三接頭毛坯，參照圖2。在三接頭端部加工三角形螺紋，以便與桿件進行螺紋連接。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同之處在于，它是將鎂基復(fù)合材料毛坯擠壓成角材后，加工成四接頭，角材結(jié)構(gòu)見圖1，四接頭結(jié)構(gòu)見圖5。本實施方式在熱擠壓中所采用的具體參數(shù)為擠壓溫度為360～370℃，保溫時間35～40分鐘，擠壓速度為13.2～13.8mm/min。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
三不同之處在于，它是利用角材加工五接頭的過程，五接頭結(jié)構(gòu)見圖6。本實施方式在熱擠壓中所采用的具體參數(shù)為擠壓溫度為380～390℃，保溫時間50～55分鐘，擠壓速度為14～14.5mm/min。
具體實施方式
五本實施方式與前述具體實施方式
不同之處在于，首先將鎂基復(fù)合材料毛坯熱擠壓成π型材，π型材結(jié)構(gòu)見圖7，然后再加工角座的過程，角座結(jié)構(gòu)見圖9。將鎂基復(fù)合材料毛坯擠壓成π型材，然后經(jīng)電火花線切割，切割后結(jié)構(gòu)見圖8；最后鏜孔，即得角座，本實施方式在熱擠壓中所采用的具體參數(shù)為擠壓溫度為400℃，保溫時間60分鐘，擠壓速度為15mm/min。
本發(fā)明方法不僅適用于對鎂基復(fù)合材料毛坯的加工，同樣適用于對鋁基、鈦基復(fù)合材料毛坯的加工，只是具體操作時的工藝參數(shù)需作適當(dāng)調(diào)整，所以對鋁基、鈦基復(fù)合材料毛坯的加工適用本方法仍在本專利的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種鎂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法，其特征在于對鎂基復(fù)合材料毛坯采用熱擠壓方法得到角材、T形材或π型材，所述熱擠壓的具體參數(shù)為擠壓溫度350～400℃，保溫時間30～60分鐘，擠壓速度13～15mm/min；然后經(jīng)過電火花加工切割出接頭毛坯，再對接頭毛坯進行機械加工，即得結(jié)構(gòu)接頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法，其特征在于所述機械加工為車削、銑削和/或鉆削。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法，其特征在于在接頭端部鏜孔或加工螺紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法，其特征在于所述螺紋為三角形螺紋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的鎂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法，其特征在于電火花加工時的電源為XMD高頻脈沖電源，加工電壓為60～100V，脈沖寬度為20μs，脈沖間隔為60μs，峰值電流為1.5A，鉬絲直徑為0.15mm，走絲速度為9m/s，工作液為乳化液。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法，其特征在于采用聚晶金剛石刀具，車削速度為300～800m/min，進刀速度為0.2～0.6mm/r；銑削速度為200～1000m/min，進刀速度為0.1～0.4mm/r；鉆削速度為50～200mm/min，進給量為0.05～0.2m/r。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種新材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法，特別涉及鎂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)接頭的加工方法?，F(xiàn)有的鑄造成型法和塑性擠壓脹形法等結(jié)構(gòu)接頭加工技術(shù)，均不適用于鎂基復(fù)合材料。本發(fā)明對鎂基復(fù)合材料毛坯，采用熱擠壓工藝得到角材、T形材或π型材；然后采用經(jīng)濟省材的加工方案，經(jīng)過電火花加工切割出接頭毛坯；對接頭毛坯通過優(yōu)化的車削、銑削、鉆削等工藝，達到結(jié)構(gòu)接頭的精度要求，加工成各種性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)接頭。本發(fā)明工藝方法和設(shè)備簡單，它有效地提高了材料的利用率，減少了結(jié)構(gòu)接頭的成本；提高了結(jié)構(gòu)接頭的性能和壽命；減輕了結(jié)構(gòu)件的重量；增加了結(jié)構(gòu)的安全可靠性；解決了鎂基復(fù)合材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)接頭，用現(xiàn)有的加工工藝技術(shù)所無法解決的制造與加工難題。
文檔編號B23P23/00GK1557605SQ20041001352
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者吳昆 , 鄭明毅, 王春艷, 吳 昆 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)