大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装及加工方法、使用方法技术

本发明专利技术提供了一种大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装及加工方法和使用方法，解决了大型薄壁陶瓷基复合材料件在加工沉积过程中限位不牢靠、控制精度差等问题。本发明专利技术中加工沉积工装包括两个形状、结构相同的石墨模具，石墨模具上设有多个缝制孔；所述缝制孔分为柱形孔和两段孔，缝制孔中的5％～8％为两段孔，靠近石墨模具型面体外表面一端为锥形孔，远离石墨模具型面体外表面一端为柱形孔；每个锥形孔内可对应放置一个石墨支撑稍，所述石墨支撑稍的尾部为锥形体，位于锥形孔内，形状与锥形孔的形状相适配，石墨支撑稍头部伸出锥形孔的外部，形状为球面体；所述锥形体的锥面线与球面体的球面相切。同时本发明专利技术还提供了上述工装的加工方法和使用方法。工装的加工方法和使用方法。工装的加工方法和使用方法。

【技术实现步骤摘要】
大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装及加工方法、使用方法


[0001]本专利技术涉及一种陶瓷基复合材料件加工沉积工装及加工方法和使用方法，具体涉及一种大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装及加工方法和使用方法。

技术介绍

[0002]在现有技术中，由于陶瓷基复合材料成型工艺技术的限制，材料制备过程易出现变形，尤其针对大尺寸薄壁结构件在化学气象浸渗(CVI)时，由于沉积炉内的温度极高，脱模后继续沉积时会出现高温变形情况，变形发生后，将会导致陶瓷基复合材料件无法进行产品装配，或直接报废。
[0003]在公开号为CN112475648A的中国专利技术专利中，公开了一种陶瓷基复合材料结构件铆焊防变形工装及方法。其技术方案采用石墨工装、石墨螺栓及孔位配合等技术手段防止变形。其缺点是：在多炉次沉积时，重复定位精度差、工装设计笨重、工装使用操作过程繁琐、沉积过程控制精度差、生产制备周期长。
[0004]在公开号为CN112661521A的中国专利技术专利中，公开了一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装及方法，在公开号为CN112645716A的中国专利技术专利中，公开了一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装及方法。上述两项专利公开的技术方案均为带有豁口槽的沉积工装，通过豁口槽对平板复合材料件型面进行限位控制，依然存在限位不牢靠、控制精度差、周转过程平板复合材料件易脱落、工装结构刚性差等诸多不足，无法满足薄壁件制备精度要求。因此，进一步提升陶瓷基复合材料件尤其是大尺寸薄壁复合材料件制备精度具有重要意义。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术目的是解决现有技术存在重复定位精度差、工装设计笨重，工装使用操作过程繁琐、沉积过程控制精度差、生产制备周期长，或者是限位不牢靠、控制精度差、周转过程平板工装易脱落、工装结构刚性差等缺点，而提供一种大型薄壁陶瓷基复合材料件沉积工装及加工方法和使用方法。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一种大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特殊之处在于：
[0008]包括至少一组石墨模具和多个石墨支撑销；
[0009]所述一组石墨模具包括两个形状、结构相同的第一石墨模具和第二石墨模具，每个石墨模具包括支撑体和型面体，型面体的外表面为加工型面，支撑体的上部与型面体的内表面相连接，支撑体的下部底面为平面；
[0010]所述加工型面的形状与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件的型面形状相匹配；
[0011]所述加工型面上均匀设置有多个贯通型面体的缝制孔，缝制孔包括柱形孔和两段孔，其中柱形孔用于在化学气象浸渗时浸渗气体的均匀通过；
[0012]所述缝制孔中的5％
‑
8％为两段孔，两段孔靠近加工型面的一端为锥形孔，远离加工型面表面的一端为柱形孔；所述锥形孔的小端直径与柱形孔的直径一致并连接；所述两段孔均布在加工型面的表面；
[0013]所述锥形孔的锥角角度为60
°‑
120
°
,所述锥形孔的深度为石墨模具型面体壁厚的0.33
‑
0.34；
[0014]所述石墨支撑稍包括石墨支撑稍尾部和石墨支撑稍头部，石墨支撑稍尾部形状为锥形体，与锥形孔的形状相适配，石墨支撑稍头部形状为球面体，所述锥形体的锥面线与球面体的球面相切；
[0015]每个锥形孔用于放置一个石墨支撑稍，所述石墨支撑稍尾部可置于锥形孔内，石墨支撑稍头部可伸出锥形孔的外部。
[0016]进一步地，定义石墨支撑稍头部球面体半径为R、缝制孔中柱形孔的半径为R1、石墨支撑稍头部球面体半径变化量为
△
r，则R、R1、
△
r之间满足以下公式：R＝R1+0.5mm+
△
r；式中0.5mm为经验数值。
[0017]进一步地，所述石墨支撑销头部球面体半径变化量
△
r与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件去除余量
△
t、锥形孔的锥角角度a之间满足计算公式：
△
t＝K
×△
r，其中K为大型薄壁陶瓷基复合材料件型面抬高偏置系数，其取值由锥形孔的锥角角度a、柱形孔的半径R1确定。
[0018]进一步地，所述锥形孔的锥孔角度a分别为60
°
、90
°
、120
°
，所对应的K取值为3、
[0019]进一步地，所述锥形孔的深度为石墨模具型面体壁厚的1/3；所述缝制孔中柱形孔的孔径为Φ4
‑
Φ5mm，孔心距为10
‑
15mm，呈矩形阵列排布。
[0020]同时，本专利技术还提供了一种上述大型薄壁陶瓷基复合材件加工沉积工装的加工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0021]1)加工两个形状、结构相同的第一石墨模具和第二石墨模具毛坯料，每个石墨模具包括支撑体和型面体，型面体的外表面形状与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件的表面相匹配，支撑体的上部与型面体的内表面相连接，支撑体的下部底面为平面，所述型面体上均匀设置有多个贯通型面体的缝制孔，缝制孔为柱形孔，其半径为R1；
[0022]2)在第一石墨模具和第二石墨模具型面体的缝制孔中选取5
‑
8％，在靠近型面体外表面的一端加工锥形孔，锥形孔的锥角角度a为60
°‑
120
°
，锥形孔小端直径与柱形孔的直径一致，锥形孔同与之连接的柱形孔一起构成两段孔，即得到第一石墨模具和第二石墨模具；
[0023]3)加工石墨支撑销
[0024]3.1)确定石墨支撑销头部球面体的半径R，球面体的半径R需满足使石墨支撑稍的头部伸出锥形孔外部；
[0025]3.2)根据石墨支撑销头部球面体的半径R、锥形孔的锥角角度a，加工出多个头部为球面体、尾部为锥形体的石墨支撑销，即完成大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的加工。
[0026]进一步地，所述步骤3.1)具体为：
[0027]3.1.1)根据公式
△
t＝K
×△
r确定
△
r的数值，其中K取值分别为3、所对应的锥形孔的锥孔角度a分别为60
°
、90
°
、120
°
；
[0028]3.1.2)根据公式R＝R1+0.5mm+
△
r，分别确定石墨支撑销头部球面体的半径R。
[0029]同时，本专利技术还提供了一种上述大型薄壁陶瓷基复合材件加工沉积工装的使用方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0030]1)将待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件A侧表面和B侧表面进行打磨、抛光、清理、清洗及烘干；其中A侧表面和B侧表面分别为待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件的下表面和上表面；
[0031]2)以第一石墨模具为加工工装，将待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件的A侧表面放置于第一石墨模具型面体的外表面上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特征在于：包括至少一组石墨模具(20)和多个石墨支撑销；所述一组石墨模具(20)包括两个形状、结构相同的第一石墨模具和第二石墨模具，每个石墨模具包括支撑体(203)和型面体(202)，型面体(202)的外表面为加工型面，支撑体(203)的上部与型面体(202)的内表面相连接，支撑体(203)的下部底面为平面；所述加工型面的形状与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)的型面形状相匹配；所述加工型面上均匀设置有多个贯通型面体(202)的缝制孔(200)，缝制孔(200)包括柱形孔和两段孔，其中柱形孔用于在化学气象浸渗时浸渗气体的均匀通过；所述缝制孔(200)中的5％
‑
8％为两段孔，两段孔靠近加工型面的一端为锥形孔(201)，远离加工型面表面的一端为柱形孔；所述锥形孔(201)的小端直径与柱形孔的直径一致并连接；所述两段孔均布在加工型面的表面；所述锥形孔(201)的锥角角度为60
°‑
120
°
,所述锥形孔(201)的深度为石墨模具(20)型面体(202)壁厚的0.33
‑
0.34；所述石墨支撑稍(21)包括石墨支撑稍尾部和石墨支撑稍头部(210)，石墨支撑稍尾部形状为锥形体，与锥形孔(201)的形状相适配，石墨支撑稍头部(210)形状为球面体，所述锥形体的锥面线与球面体的球面相切；每个锥形孔(201)用于放置一个石墨支撑稍(21)，所述石墨支撑稍尾部可置于锥形孔(201)内，石墨支撑稍头部(210)可伸出锥形孔(201)的外部。2.根据权利要求1所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特征在于：定义石墨支撑稍头部(210)球面体半径为R、缝制孔(200)中柱形孔的半径为R1、石墨支撑稍头部(210)球面体半径变化量为
△
r，则R、R1、
△
r之间满足以下公式：R＝R1+0.5mm+
△
r；式中0.5mm为经验数值。3.根据权利要求2所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特征在于：所述石墨支撑销头部(210)球面体半径变化量
△
r与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)去除余量
△
t、锥形孔(201)的锥角角度a之间满足计算公式：
△
t＝K
×△
r，其中K为大型薄壁陶瓷基复合材料件型面抬高偏置系数，其取值由锥形孔(201)的锥角角度a、柱形孔的半径R1确定。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特征在于：所述锥形孔(201)的锥孔角度a分别为60
°
、90
°
、120
°
，所对应的K取值为3、5.根据权利要求1所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装，其特征在于：所述锥形孔(201)的深度为石墨模具(20)型面体(202)壁厚的1/3；所述缝制孔(200)中柱形孔的孔径为Φ4
‑
Φ5mm，孔心距为10
‑
15mm，呈矩形阵列排布。6.一种权利要求1
‑
5任一所述的大型薄壁陶瓷基复合材料件加工沉积工装的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：1)加工两个形状、结构相同的第一石墨模具毛坯料和第二石墨模具毛坯料，每个石墨模具毛坯料均包括支撑体(203)和型面体(202)，型面体(202)的外表面形状与待加工大型薄壁陶瓷基复合材料件(1)的表面相匹配，支撑体(203)的上部与型面体(202)的内表面相
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少博，宋海龙，康志杰，马文科，李仁意，张建平，王鹏，付志强，吴亚明，许建锋，
申请(专利权)人：西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：