航天用SiCp/Al复合材料卫星输出轴精密磨削工艺研究

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航天用SiCp/Al(铝基碳化硅)复合材料以其抗冲击、抗疲劳、抗断裂强等优异性能,被广泛应用于航空航天、军工、汽车制造、精密仪器等领域。但其机械加工性能差,刀具磨损严重,表面加工质量难以保证,烧伤、崩边、开裂、潜在裂纹等加工缺陷时有发生,限制了该材料的进一步应用。  本文针对航天用40%体积分数SiCp/Al复合材料卫星输出轴关键圆柱面磨削加工难题,开展精密超精密加工的研究工作,主要解决了卫星输出轴ELID精密磨削过程中表面缺陷多、表面精度低等问题,优化了卫星输出轴ELID精密的工艺参数,形成专用工艺装置和工艺规范,并设计研发了一台SiCp/Al复合材料专用磨削机床,解决制约航天型号研制生产的共性瓶颈技术难题,对提升我国航天科技水平具有一定意义。主要完成了如下工作:  首先,探究了SiCp/Al复合材料传统磨削特征并分析了可能产生的加工缺陷,为SiCp/Al复合材料ELID精密磨削提供参考。建立了SiCp/Al复合材料磨削模型,并探究了影响磨削过程中磨粒切入深度和工件表面粗糙度最大高度值的关键因素;同时建立了滚动磨粒磨削力模型,研究了在SiCp/Al复合材料ELID精密磨削过程中影响磨削力大小的关键因素并总结出了磨削力理论公式,同时采用ANASYS对其进行仿真验证,得到的仿真结果与理论公式相一致,验证了磨削力理论公式的准确性。  其次,建立了航天用SiCp/Al复合材料卫星输出轴ELID精密磨削专用工艺平台并结合理论研究及实验研究基础,采用单因素实验的方法研究了不同修整参数对SiCp/Al复合材料ELID精密磨削专用超硬磨粒砂轮电火花修整表面形貌的影响规律,得到了砂轮电火花修整的最优工艺参数组合并进行了实验验证。  然后,结合针对航天用SiCp/Al复合材料卫星输出轴ELID精密磨削开展的理论分析和实验研究,采用正交实验得到了航天用SiCp/Al复合材料卫星输出轴ELID精密磨削综合的最优工艺参数组合并进行了工艺实验,得到了满足航天要求的标准卫星输出轴加工样件  最后,采用ELID精密磨削技术与模块化立式磨床结构设计相结合的方法,设计出一台航天用SiCp/Al复合材料ELID精密磨削专用机床,满足在一次装卡中对卫星输出轴关键圆柱面的精密磨削加工,从而保证零件的尺寸精度、位置精度和表面精度,本文主要介绍专机的设计思路、结构和磨削加工过程。
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