超高温陶瓷不同型面加工方法的研究

姜 涛，韩文波，李红卫，伏金娟（.北京星航机电装备有限公司，北京00074；.哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨5000；.北京市电加工研究所，北京009）

超高温陶瓷不同型面加工方法的研究

姜 涛1，韩文波2，李红卫1，伏金娟3
（1.北京星航机电装备有限公司，北京100074；2.哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001；3.北京市电加工研究所，北京100191）

针对超高温陶瓷材料及构件中一些典型型面的加工方法进行了研究，分别列举了深孔、螺纹及异形曲面等典型型面的加工方法和加工工艺，为超高温陶瓷的后续应用提供了技术保障。

型面加工；超高温陶瓷；加工工艺；电火花加工

超高温陶瓷材料具有特殊的优良性能，可广泛应用于高速、高温、腐蚀性介质等金属材料无法满足要求的特殊场合，但由于其硬度高、脆性大、耐磨性好，很难实现高精度、高效率和高可靠性的加工，从而限制了它的应用和发展[1-2]。国内外学者对常用陶瓷材料的加工技术进行了研究，但对一些典型型面的加工报道不多。由于不同陶瓷的加工方法和设备各有其特点[3-4]，故在加工超高温陶瓷材料时应根据材料种类、工件形状及精度、成本、效率等因素选择合适的加工方法。

1 超高温陶瓷材料典型型面加工方法

1.1 超高温陶瓷深孔加工

对于超高温陶瓷结构中的深孔加工而言，受加工方法的限制，对于直径不大于0.5 mm的孔和深孔，目前可行的加工方法为磨削加工；对于孔深不大（<5 m m）的孔，也可采用电火花加工方法进行加工。图1是在超高温陶瓷板上采用电火花加工的11个直径0.4 m m的小孔。

图1 均布的11个直径0.4 mm的小孔

1.2 超高温陶瓷曲面加工

对于超高温陶瓷结构中的曲面加工而言，受加工方法的限制，目前可行的加工方法为具有多轴自由度的磨削加工，相关设备有雕刻机、数控加工中心等。如Carvers PMS-ATC-G型雕刻机（图2）、哈斯HS-2RP型数控加工中心（图3），其加工参数均为：主轴转速28 000 r/min，加工深度0.015 mm。图4是加工超高温陶瓷带双曲面的回旋管。

图2 Carvers PMS_ATC_G型雕刻机

图3 HS-2RP型数控加工中心

图4 带双曲面的回旋管

1.3 超高温陶瓷内外螺纹加工

对于超高温陶瓷结构中的螺纹加工而言，受加工方法的限制，目前可行的加工方法为磨削加工和电火花共轭回转加工。磨削加工具有成本低、速度快、效率高的特点，但磨削过程中会对个别螺纹面造成损伤，从而影响螺纹的质量和精度。电火花共轭回转加工则是目前加工超高温陶瓷螺纹的最优方法。图5是电火花共轭回转加工的带外螺纹的杆件。图6是磨削加工的带内螺纹的管件。

图5 带外螺纹的杆件

图6 带内螺纹的管件

1.4 超高温陶瓷精密电加工

基于超高温陶瓷材料良好的导电性，使精密电火花加工成为极其重要的加工方法。与机械加工方法相比，精密电火花加工对陶瓷材料的损伤最小，且加工精度和加工效率都适中，加工质量特别好。实验证明精密电火花加工适合曲面、深孔、螺纹、槽等各种复杂型面的加工。为保证加工精度，加工时可分为粗加工和精加工以提高加工效率。精密电火花加工超高温陶瓷样件见图7。

图7 精密电加工超高温陶瓷样件照片

2 结束语

本文对超高温陶瓷材料及构件中的一些典型型面（如深孔、螺纹及异形曲面）的加工方法和工艺进行了研究，为超高温陶瓷材料的加工应用提供了技术保障。目前，我国自行研制的精密电火花成形机床对超高温陶瓷材料的加工具有较强的适应性，能满足各种型面的精密加工。超高温陶瓷材料的精密与超精密加工，还需致力于新型加工技术和设备的研究与开发，学习和借鉴国外在陶瓷加工方面的先进技术与成功经验。

[1] 熊金松，王玺堂.ZrB2在无机非金属材料中的应用现状[J].武汉科技大学学报，2006，29（3）：229-232.

[2] 邓晓军，谢征芳.硼化锆基超高温陶瓷研究进展[J].现代化工，2012，32（7）：20-23.

[3] 薛建勋.工程陶瓷切削加工技术研究 [J].中国陶瓷，2012，48（7）：54-56.

[4] 刘新民，柯宏发.电火花加工技术在陶瓷加工中的应用[J].机械制造，1997（10）：19-21.

Study on Machining Method of Ultra High Temperature Ceramic with Different Types Surface

Jiang Tao1，Han Wenbo2，Li Hongwei1，Fu Jinjuan3
（1.Beijing Xinghang Mechanicl-electrical Equipment Co.,Ltd，Beijing 100074，China；2.School of Astronautics，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China；3.Beijing Institute of Electro-machining，Beijing 100191，China）

For some typical surface structures of ultra high temperature ceramics materials and components，the processing methods are studied，respectively enumerating processing method and processing techniques of the deep hole，thread，special-shaped surface and some other typical surfaces，which providing the technical support for the subsequent application of ultra high temperature ceramics.

surface structures processing；ultra high temperature ceramics；processing techniques；EDM

TG661

A

1009－279X（2016）05－0064-02

2016-06-16

姜涛，男，1982年生，高级工程师。