一種陶瓷基複合材料螺紋磨削方法及裝置製造方法

2023-05-02 22:12:41 1

一種陶瓷基複合材料螺紋磨削方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，包括安裝在車床刀架側面的支架和安裝在支架頂部的長軸電機，所述長軸電機的輸出軸端部固定連接有磨削砂輪，所述磨削砂輪由碗形鋁合金環和通過環氧樹脂膠粘劑粘接在碗形鋁合金環外圍的陶瓷結合劑金剛石砂輪構成，所述陶瓷結合劑金剛石砂輪的磨削麵為錐面，所述支架的側面上安裝有保險裝置和按鈕開關，所述長軸電機的電源線通過保險裝置和按鈕開關與交流電源連接。另外，本發明還提供了一種利用該裝置進行陶瓷基複合材料螺紋磨削的方法。採用本發明的方法和裝置磨削加工螺紋的效率高，工作的可靠性和安全性高，所加工的螺紋牙型完整、強度高，加工成本低。
【專利說明】一種陶瓷基複合材料螺紋磨削方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及螺紋加工【技術領域】，尤其是涉及一種陶瓷基複合材料螺紋磨削方法及
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]陶瓷基複合材料是隨著航天技術發展而逐漸應用的一種新型高溫材料，具有比強度高、比模量高、耐高溫性能好、熱膨脹小、抗氧化性好等優點。陶瓷基複合材料螺栓常用於該類材料零部件的連接，但是由於它具有高硬度及脆性特性，採用常規的車削、板牙加工，刀具磨損很快，存在螺紋牙型掉渣、崩牙的現象，嚴重影響了連接強度，合格率低。
[0003]申請號為201210249387.5的中國發明專利公開了一種三維針刺碳/碳化矽複合材料螺栓的製備方法，該發明專利主要論述了碳纖維預製體製作、沉積熱解碳界面層、CVI法沉積碳化矽基體、二次沉積碳化矽基體、沉積碳化矽防氧化塗層等化學處理過程，對於螺紋的加工僅指出車床採用金剛石砂輪加工,給出了進給速度0.10mm/min~0.15mm/min等加工參數，但未說明具體加工方法及裝置，且按照所給的進給速度加工效率太低。申請號為201210186721.7的中國發明專利公開了一種碳纖維增強碳化矽複合材料螺釘的製備方法，也是詳細論述了碳纖維預製體處理、毛坯件改性、緻密化及抗氧化處理等化學處理工藝過程，對於螺紋加 工也僅指出採用金剛石砂輪配合螺母進行半成品螺釘加工，未說明具體方法及裝置。
[0004]申請號為97207329.9的中國發明專利公開了一種多功能磨削裝置，其磨頭座安裝在車床的中託板上，磨頭座與底座間依靠導軌副連接，電機和傳動變速機構裝於磨頭座上，主軸部件前端有砂輪安裝部件，採用該裝置可以實現內外圓磨削。但是該裝置安裝前需要拆卸車床的刀架部分，加工準備時間太長，且頻繁拆卸車床刀架會影響車床加工精度。同時由於該裝置有傳動變速機構、導軌副和主軸等部件，裝置外形尺寸大，不適合加工螺栓、螺釘等較小製品的螺紋。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種結構簡單、螺紋磨削加工效率高、工作的可靠性和安全性高的陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置。
[0006]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:包括安裝在車床刀架側面的支架和安裝在支架頂部的長軸電機，所述長軸電機的輸出軸端部固定連接有磨削砂輪，所述磨削砂輪由碗形鋁合金環和通過環氧樹脂膠粘劑粘接在碗形鋁合金環外圍的陶瓷結合劑金剛石砂輪構成，所述陶瓷結合劑金剛石砂輪的磨削麵為錐面，所述支架的側面上安裝有保險裝置和按鈕開關，所述長軸電機的電源線通過保險裝置和按鈕開關與交流電源連接。
[0007]上述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述長軸電機上帶有電機底座，所述長軸電機的功率為60W~100W，轉速為1200r/min~2800r/min。[0008]上述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述支架的形狀為T形，所述支架的小端通過車床刀架螺釘安裝在車床刀架側面，所述支架的大端頂部設置有用於放置所述電機底座的方形沉孔，所述方形沉孔內四個角上各設置有一個第一螺紋孔，所述長軸電機通過穿過所述電機底座並螺紋連接在第一螺紋孔中的連接螺栓安裝在支架的大端頂部，所述支架的大端側面上設置有用於安裝保險裝置的第二螺紋孔和用於安裝按鈕開關的第三螺紋孔。
[0009]上述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述方形沉孔的深度為3mm ?6mm ο
[0010]上述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述長軸電機的輸出軸上設置有用於對磨削砂輪進行定位的定位軸肩，所述長軸電機的輸出軸端部設置有外螺紋，所述磨削砂輪通過螺紋連接在長軸電機輸出軸端部的外螺紋上的緊固螺母固定連接在長軸電機的輸出軸端部。
[0011]上述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述陶瓷結合劑金剛石砂輪(2-1)濃度為150%?175%，陶瓷結合劑金剛石砂輪(2-1)金剛石粒度為230/270。
[0012]上述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述陶瓷結合劑金剛石砂輪的磨削麵的錐角為57°?60°。
[0013]本發明還提供了一種實現方便、所加工的螺紋牙型完整、強度高、加工成本低的採用該裝置進行陶瓷基複合材料螺紋磨削的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟:
[0014]步驟一、將所述陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置放置在車床刀架側面；
[0015]步驟二、調整所述陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置在車床刀架側面的放置位置，使得長軸電機的輸出軸與車床主軸平行後，採用車床刀架螺釘將所述陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置固定在車床刀架側面；
[0016]步驟三、將待加工的陶瓷基複合材料螺栓毛坯件夾持在車床卡盤上並找正；
[0017]步驟四、根據待磨削加工的螺紋螺距調整好車床手柄的位置後，打開車床的切削液開關，車床按照給定加工參數在所述陶瓷基複合材料螺栓毛坯件上進行螺紋磨削加工，所述加工參數包括車床主軸轉速和螺紋磨削深度。
[0018]上述的方法，其特徵在於:步驟四中所述螺紋螺距為1mm?3.5mm。
[0019]上述的方法，其特徵在於:步驟四所述車床主軸轉速為60r/min?92r/min,所述螺紋磨削深度為0.05mm?0.1mm。
[0020]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0021]1、本發明的裝置結構簡單，外形尺寸小，在車床刀架上的安裝調整方便，且直接安裝在車床刀架上後就能夠實現螺紋磨削加工，不會影響車床性能，能夠有效地提供螺紋磨削加工效率。
[0022]2、本發明裝置中通過設置保險裝置，能夠實現長軸電機的過載保護，提高了本發明工作的可靠性和安全性。
[0023]3、本發明裝置中陶瓷結合劑金剛石砂輪的磨削麵為錐面，錐角為57°?60°，能夠保證所加工的陶瓷基複合材料螺紋牙型完整。
[0024]4、本發明每個磨削砂輪可以加工約40件螺栓，且修整後磨削砂輪可以繼續使用，降低了加工成本。[0025]5、本發明所加工的螺栓的拉伸強度能夠達到256MPa，剪切強度能夠達到124MPa，較現有技術中的方法加工的同類材料螺栓強度有大幅調高。
[0026]綜上所述，本發明實現方便，螺紋磨削加工效率高，工作的可靠性和安全性高，所加工的螺紋牙型完整、強度高，加工成本低。
[0027]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發明的結構示意圖。
[0029]圖2為本發明磨削砂輪的結構示意圖。
[0030]圖3為本發明支架的結構示意圖。
[0031]圖4為本發明定位軸肩和外螺紋在長軸電機輸出軸上的設置示意圖。
[0032]附圖標記說明:
[0033]1 一緊固螺母；2—磨削砂輪；2-1—陶瓷結合劑金剛石砂輪；
[0034]2-2一碗形招合金環；3—支架；3-1—方形沉孔；
[0035]3-2一第一螺紋孔； 3-3—第二螺紋孔；3-4—第二螺紋孔；
[0036]4 一長軸電機；4-1—定位軸肩； 4-2—外螺紋；
[0037]5—保險裝置；6—按鈕開關；7—連接螺栓；
[0038]8一車床刀架；9一交流電源。
【具體實施方式】
[0039]如圖1和圖2所示，本發明的陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，包括安裝在車床刀架8側面的支架3和安裝在支架3頂部的長軸電機4，所述長軸電機4的輸出軸端部固定連接有磨削砂輪2，所述磨削砂輪2由碗形鋁合金環2-2和通過環氧樹脂膠粘劑粘接在碗形鋁合金環2-2外圍的陶瓷結合劑金剛石砂輪2-1構成，所述陶瓷結合劑金剛石砂輪2-1的磨削麵為錐面，所述支架3的側面上安裝有保險裝置5和按鈕開關6，所述長軸電機4的電源線通過保險裝置5和按鈕開關6與交流電源9連接。
[0040]本實施例中，所述長軸電機4上帶有電機底座，所述長軸電機4的功率為60W~100W,轉速為1200r/min~2800r/min。優選地，所述長軸電機4的功率為60W，轉速為1400r/mino
[0041]結合圖3，本實施例中，所述支架3的形狀為T形，所述支架3的小端通過車床刀架螺釘安裝在車床刀架8側面，所述支架3的大端頂部設置有用於放置所述電機底座的方形沉孔3-1，所述方 形沉孔3-1內四個角上各設置有一個第一螺紋孔3-2，所述長軸電機4通過穿過所述電機底座並螺紋連接在第一螺紋孔3-2中的連接螺栓7安裝在支架3的大端頂部，所述支架3的大端側面上設置有用於安裝保險裝置5的第二螺紋孔3-3和用於安裝按鈕開關6的第三螺紋孔3-4。所述方形沉孔3-1的深度為3mm~6mm。優選地，所述方形沉孔3-1的深度為4mm。所述第一螺紋孔3_2為M10螺紋孔，所述第二螺紋孔3_3和第三螺紋孔3-4均為M4螺紋孔。
[0042]結合圖4，本實施例中，所述長軸電機4的輸出軸上設置有用於對磨削砂輪2進行定位的定位軸肩4-1，所述長軸電機4的輸出軸端部設置有外螺紋4-2，所述磨削砂輪2通過螺紋連接在長軸電機4輸出軸端部的外螺紋4-2上的緊固螺母1固定連接在長軸電機4的輸出軸端部。
[0043]本實施例中，所述陶瓷結合劑金剛石砂輪2-1金剛石粒度為230/270，陶瓷結合劑金剛石砂輪2-1濃度為150%?175%。優選地，所述陶瓷結合劑金剛石砂輪2-1金剛石粒度為265，陶瓷結合劑金剛石砂輪2-1濃度為175%。
[0044]本實施例中，所述陶瓷結合劑金剛石砂輪2-1的磨削麵的錐角為57°?60°。優選地，所述陶瓷結合劑金剛石砂輪2-1的磨削麵的錐角為58°。
[0045]本實施例以製備三維七向編織C/C-SiC陶瓷基複合材料的M10螺栓為例，材料密度為1.95g/cm3，待磨削加工的螺紋長度為30_，所採用的車床為C616型普通車床。
[0046]本發明的陶瓷基複合材料螺紋磨削方法，包括以下步驟:
[0047]步驟一、將所述陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置放置在車床刀架8側面；
[0048]步驟二、調整所述陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置在車床刀架8側面的放置位置，使得長軸電機4的輸出軸與車床主軸平行後，採用車床刀架螺釘將所述陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置固定在車床刀架8側面；本實施例中，採用百分表檢測長軸電機4的輸出軸與車床主軸的平行度，當檢測到的長軸電機4的輸出軸與車床主軸的平行度小於等於0.02mm後，判斷為長軸電機4的輸出軸與車床主軸平行；
[0049]步驟三、將待加工的陶瓷基複合材料螺栓毛坯件夾持在車床卡盤上並找正；本實施例中，待加工的陶瓷基複合材料螺栓毛坯件為杆形三維七向編織C/C-SiC陶瓷基複合材料；
[0050]步驟四、根據待磨削加工的螺紋螺距調整好車床手柄的位置後，打開車床的切削液開關，車床按照給定加工參數在所述陶瓷基複合材料螺栓毛坯件上進行螺紋磨削加工，所述加工參數包括車床主軸轉速和螺紋磨削深度。
[0051]本實施例中，步驟四中所述螺紋螺距為1mm?3.5mm。步驟四所述車床主軸轉速為60r/min?92r/min,所述螺紋磨削深度為0.05mm?0.1mm。優選地,步驟四中所述螺紋螺距為1.5mm,步驟四所述車床主軸轉速為75r/min,所述螺紋磨削深度為0.08mm。
[0052]本發明的陶瓷基複合材料螺紋磨削方法及裝置磨削加工長度為30mm、螺紋螺距為
1.5mm的三維七向編織C/C-SiC陶瓷基複合材料的M10螺栓的時間僅5min，每個磨削砂輪2可以加工約40件螺栓，且修整後磨削砂輪2可以繼續使用，所加工的螺栓牙型完好，拉伸強度能夠達到256MPa，剪切強度能夠達到124MPa，較現有技術中的方法加工的同類材料螺檢效率和強度均有大幅調聞。
[0053]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:包括安裝在車床刀架(8)側面的支架(3 )和安裝在支架(3 )頂部的長軸電機(4 )，所述長軸電機(4 )的輸出軸端部固定連接有磨削砂輪(2 )，所述磨削砂輪(2 )由碗形鋁合金環(2-2 )和通過環氧樹脂膠粘劑粘接在碗形鋁合金環(2-2)外圍的陶瓷結合劑金剛石砂輪(2-1)構成，所述陶瓷結合劑金剛石砂輪(2-1)的磨削麵為錐面，所述支架(3)的側面上安裝有保險裝置(5)和按鈕開關(6)，所述長軸電機(4)的電源線通過保險裝置(5 )和按鈕開關(6 )與交流電源(9 )連接。
2.按照權利要求1所述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述長軸電機(4)上帶有電機底座，所述長軸電機(4)的功率為60W~100W，轉速為1200r/min~2800r/min。
3.按照權利要求2所述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述支架(3)的形狀為T形，所述支架(3)的小端通過車床刀架螺釘安裝在車床刀架(8)側面，所述支架(3 )的大端頂部設置有用於放置所述電機底座的方形沉孔(3-1)，所述方形沉孔(3-1)內四個角上各設置有一個第一螺紋孔(3-2)，所述長軸電機(4)通過穿過所述電機底座並螺紋連接在第一螺紋孔(3-2)中的連接螺栓(7)安裝在支架(3)的大端頂部，所述支架(3)的大端側面上設置有用於安裝保險裝置(5)的第二螺紋孔(3-3)和用於安裝按鈕開關(6)的第三螺紋孔(3-4)。
4.按照權利要求3所述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述方形沉孔(3-1)的深度為3_~6_。
5.按照權利要求1所述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述長軸電機(4)的輸出軸上設置有用於對磨削砂輪(2)進行定位的定位軸肩(4-1)，所述長軸電機(4)的輸出軸端部設置有外螺紋(4-2)，所述磨削砂輪(2)通過螺紋連接在長軸電機(4)輸出軸端部的外螺紋(4-2)上的緊固螺母(1)固定連接在長軸電機(4)的輸出軸端部。
6.按照權利要求1所述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述陶瓷結合劑金剛石砂輪(2-1)濃度為150%~175%，陶瓷結合劑金剛石砂輪(2-1)金剛石粒度為230/270。
7.按照權利要求1所述的一種陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置，其特徵在於:所述陶瓷結合劑金剛石砂輪(2-1)的磨削麵的錐角為57°~60°。
8.一種採用如權利要求1至7中任一權利要求所述裝置進行陶瓷基複合材料螺紋磨削的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟:步驟一、將所述陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置放置在車床刀架(8)側面；步驟二、調整所述陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置在車床刀架(8)側面的放置位置，使得長軸電機(4)的輸出軸與車床主軸平行後，採用車床刀架螺釘將所述陶瓷基複合材料螺紋磨削裝置固定在車床刀架(8)側面；步驟三、將待加工的陶瓷基複合材料螺栓毛坯件夾持在車床卡盤上並找正；步驟四、根據待磨削加工的螺紋螺距調整好車床手柄的位置後，打開車床的切削液開關，車床按照給定加工參數在所述陶瓷基複合材料螺栓毛坯件上進行螺紋磨削加工，所述加工參數包括車床主軸轉速和螺紋磨削深度。
9.按照權利要求8所述的方法，其特徵在於:步驟四中所述螺紋螺距為1mm~3.5mm。
10.按照權利要求8所述的方法，其特徵在於:步驟四所述車床主軸轉速為60r/min~92r/min，所述螺紋磨削深度為 0.05mm~0.1mm。
【文檔編號】B23G1/44GK103639542SQ201310731161
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月23日 優先權日:2013年12月23日
【發明者】張波, 耿永強, 劉小建, 崔紅, 王春民, 夏豔, 宋麥麗, 王勁松 申請人:西安航天複合材料研究所