C∕SiC纤维增强陶瓷材料型面数控加工工艺研究

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1、制造技术研究2012年10月第5期C/SiC纤维增强陶瓷材料型面数控加工工艺研究周大华范海旭王振来（湖北三江航天江北机械工程有限公司，孝感432000）摘要：针对C/SiC纤维增强陶瓷材料的难加工特性以及在产品中运用的结构特点，通过大量的工艺试验，设计了合理可行的C/SiC纤维增强陶瓷材料型面数控加工工艺，并从工艺系统控制、刀具选择、切削参数计算和走刀路径优化等论述了C/SiC纤维增强陶瓷材料的型面加工工艺。关键词：C/SiC陶瓷材料；纤维增强；型面；数控加工NCMachiningTechnologyofC/SiCFiber

2、ReinforcedCeramicMaterialProfileZhouDahuaFanHaixuWangZhenlai（JiangbeiMachineryEngineeringCo.Ltd.,Xiaogan432000）Abstract：Formachiningdifficultyandstructuralcharactericsintheapplication,reasonableandpracticableNCmachiningtechnologyofC/SiCfiberreinforcedceramicmateria

3、lprofileweredesignedthroughalargenumberoftechnologicaltrials.Thetechnologywasfurtherdiscussedfromtheaspectsoftechnologysystemcontrol,cutterselection,cuttingparameters’calculationandtoolpathoptimization.Keywords：C/SiCceramicmaterial；fiberreinforced；profile；NCmachini

4、ng1引言耐高温性能和抗烧蚀性能优异的突出特点。因其材料特点，产品型面精度要求高，对数控加工工艺设计、C/SiC纤维增强陶瓷材料以其优良的物理和化学刀具选择、参数计算和走刀路径等方面皆提出较高要性能，在航空、航天、核动力、石油化工、冶金及现求。代医学等领域得到了广泛的应用。但C/SiC纤维增强陶瓷材料切削性能差，同时加工成本高、加工刀具耐2产品简介用度低、机械加工过程中对原材料损伤大等问题限制了其在工程领域中的广泛应用。某型号空气舵产品外型结构为三维气动型面，近空气舵是高超音速导弹的重要部件，空气舵的气似为一定锥度锥面，最大

5、近似误差0.63mm，见图1。动型面直接影响弹头命中精度，同时，空气舵材料的产品工作过程中受热气流的冲刷，工作温度高，耐高温、抗烧蚀性也是保证弹头再入过程空气舵气动采用C/SiC纤维增强陶瓷材料，密度低，弯曲强度、外形的关键。某型号空气舵采用碳纤维（1K或3K）弯曲模量、剪切强度大，同等温度下导热系数低。编织体增强碳化硅，通过先驱浸渍裂解工艺（PIP）产品前缘和上缘为主要工作面，尺寸精度要求制备的C/SiC纤维增强陶瓷材料，该种新型碳化物陶高，尺寸公差为0.1mm，角度公差为6′；产品工作过瓷材料具有重量轻、强度高、韧性好，

6、抗冲击性能、程中对称型面的形位精度直接影响弹体的偏摆精度，作者简介：周大华（1985-），工程师，机械制造工艺与设备专业；研究方向：机械加工。收稿日期：2012-09-0510制造技术研究航天制造技术因此产品对称度要求较高，为0.1mm；产品表面粗糙维增强陶瓷材料，需从工艺过程、数控加工等多方面度要求高，为Ra3.2mm。控制产品质量。3.1工艺设计分析C/SiC纤维增强陶瓷材料制备过程，纤维编织工艺→引入C/SiC低温浸渍复合（约5次）→引入C/SiC高温浸渍复合（约9次）→达到产品所要求的各种性能，整个工艺过程中低温浸渍

7、对产品尺寸影响较大，高温浸渍对产品力学、烧蚀性能影响较大，对产品尺寸精度影响较小。经过工艺试验后，最终确定图1产品结构图了产品的工艺过程，在高温浸渍复合2次后，C/SiC纤维增强陶瓷材料的切削性能稳定，材料也具有一定3加工难点及质量控制的强度，既不影响工艺系统刚性，又能保证产品质量，见表1。产品为三维气动型面，材料为难加工的C/SiC纤表1C/SiC纤维增强陶瓷材料产品工艺过程工序号工序名称工序控制内容1纤维编织纤维编织成型2低温浸渍引入C/SiC低温浸渍，700～800℃复合（5次）3高温浸渍引入C/SiC高温浸渍，900

8、～1400℃复合（2次）4数控加工保证产品尺寸及形位公差要求5高温浸渍（7次）引入C/SiC高温浸渍，1200～1400℃复合（7次），满足设计要求的性能3.2刀具选择与应用钢类硬质合金刀具和金刚石刀具进行了切削加工试对于陶瓷类材料加工，刀具的选择直接影响着切验，用红外测温仪检测加工后刀具