一種具有曲面微溝槽結(jié)構(gòu)的飛行體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硬脆性零部件的微細精密制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有曲面微溝槽結(jié)構(gòu)的飛行體及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷、玻璃、硬質(zhì)合金等硬脆性材料被廣泛用于工業(yè)、汽車制造業(yè)和航空航天領(lǐng)域。例如，工業(yè)用微型鉆頭需要加工螺旋微溝槽；在摩擦學領(lǐng)域，發(fā)動機缸套工作表面被加工出微溝槽能夠存儲潤滑油同時產(chǎn)生流體潤滑膜，從而改善缸套與活塞間的潤滑狀況達到降低部件磨損和延長部件使用壽命；在光學應(yīng)用領(lǐng)域，在石英基板表面加工出微米尺度的微溝槽陣列可實現(xiàn)光纖的自適應(yīng)定位，降低光學零部件的封裝成本；在熱傳導(dǎo)領(lǐng)域，在熱管內(nèi)壁加工出槽深250微米的梯形溝槽能通過毛細作用提高熱管的傳熱極限及降低傳熱平均熱阻，從而提升熱管的散熱性能。
[0003]目前，微溝槽功能表面的應(yīng)用逐漸向曲面空間結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。但是，硬脆材料的曲表面精密加工非常困難，常用的激光加工和蝕刻加工尚未能加工大面積且高形狀精度的微結(jié)構(gòu)曲表面。飛行體表面材料要求較硬，具有曲面微溝槽結(jié)構(gòu)的飛行體尚未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種具有氣流導(dǎo)流作用，可以防止湍流，能有效減小飛行體的空氣阻力的具有曲面微溝槽結(jié)構(gòu)的飛行體及其制造方法。
[0005]本發(fā)明利用金剛石砂輪的端面邊角先將圓柱體工件加工出光滑的曲表面，然后利用金剛石砂輪的V形尖端在已加工的光滑曲表面上加工出直微溝槽或螺旋微溝槽結(jié)構(gòu)。該微溝槽結(jié)構(gòu)曲表面的磨削方法不但能夠獲得高質(zhì)量和高精度的曲表面輪廓，而且還可以加工出輪廓清晰，無破損且邊緣整齊的微溝槽結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]一種具有曲面微溝槽結(jié)構(gòu)的飛行體，包括圓柱體和圓錐頭，圓柱體與圓錐頭連成一體；沿著圓錐頭的曲表面軸向截面輪廓間隔均勻分布多條微溝槽，所述微溝槽為V形槽，微溝槽的深度為50?900微米，微溝槽夾角為30?120度；曲表面為拋物面或橢圓面的二維旋轉(zhuǎn)面。
[0008]優(yōu)選地，相鄰兩條微溝槽在圓周方向的分度角度為5?30度。
[0009]所述圓柱體和圓錐頭的材料為陶瓷、玻璃或硬質(zhì)鋼。
[0010]所述的具有曲面微溝槽結(jié)構(gòu)的飛行體的制造方法，包括如下步驟:
[0011]I)將柱狀材料加工成帶有圓錐頭的曲面輪廓的粗糙曲表面的飛行體；
[0012]2)利用細粒度的金剛石砂輪沿曲線磨削路徑對圓錐頭的曲表面進行精磨削加工，將飛行體加工成光滑的曲表面飛行體；所述曲線磨削路徑為拋物線軌跡，方程為z = y2/a，其中z為沿飛行體軸向方向的飛行體頭部的曲表面輪廓的橫坐標值，y為飛行體頭部的曲表面輪廓的縱坐標值；a為常系數(shù)，可以通過待定系數(shù)方法確定；
[0013]3)將V形尖端的金剛石砂輪的軸線方向與工件軸向方向垂直或者傾斜30?60度，在工件軸向的垂直截面上保持飛行體不動，利用V形尖端的金剛石砂輪的V形尖端沿著尖端圓與曲表面輪廓相切的砂輪中心的刀具軌跡在光滑曲表面上加工出一根微溝槽；再將飛行體沿著其圓周方向轉(zhuǎn)動一個分度角度，加工出第二根微溝槽，如此依次在圓錐頭的曲表面加工出具有直微溝槽或者螺旋微溝槽；刀具軌跡與曲線磨削路徑相同。
[0014]優(yōu)選地，所述將柱狀材料加工成帶有圓錐頭的曲面輪廓的粗糙曲表面的飛行體通過如下方法實現(xiàn):將柱狀材料固定在三爪研磨器，使柱狀材料軸向方向與砂輪軸線方向一致，在工件軸向的垂直截面上，利用粗粒度的金剛石砂輪的圓環(huán)端面邊角采用軸向分層進給的磨削路徑對陶瓷進行粗磨削加工，將柱狀材料的毛坯輪廓加工成帶有圓錐頭的曲面輪廓，得到粗糙曲表面的飛行體；所述磨削路徑是沿柱狀材料軸向方向按設(shè)定的數(shù)控直線往復(fù)路徑分層進給的往返折線。
[0015]所述粗粒度的金剛石砂輪由金剛石磨料和青銅結(jié)合劑組成，金剛石磨料粒度為60?200目；加工中，粗粒度的金剛石砂輪的轉(zhuǎn)速為2000?5000轉(zhuǎn)/分；成型加工的進給深度為10?50微米/每行程，進給速度為3?30毫米/分。
[0016]所述細粒度的金剛石砂輪由金剛石磨料和樹脂結(jié)合劑組成，金剛石磨料粒度為1500?4000目；所述V形尖端的金剛石砂輪由金剛石磨料和青銅結(jié)合劑組成，金剛石磨料粒度為240?1500目，V尖端角度為30?90°。
[0017]加工中，所述細粒度的金剛石砂輪的進給深度為I?10微米/每行程，進給速度為I?5毫米/分；所述V形尖端的金剛石砂輪的進給深度為3?50微米/每行程，進給速度為2?20毫米/分。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0019](I)本發(fā)明微溝槽結(jié)構(gòu)被制造到飛行體曲表面上，可以產(chǎn)生新的功能，實現(xiàn)減阻和隱形。所制造出的微溝槽結(jié)構(gòu)具有氣流導(dǎo)流作用，可以防止湍流，能有效減小飛行體的空氣阻力，提高飛行穩(wěn)定性，增強雷達散射能力。
[0020](2)本發(fā)明利用微細修整后的V形尖端的金剛石砂輪可以在光滑的曲表面制造出微溝槽結(jié)構(gòu)；與激光、刻蝕加工相比，微溝槽底部輪廓更加光滑，微溝槽形狀更加清晰，且無破損。
[0021](3)本發(fā)明制造方法與普通的車削加工方式相比，采用精密成型磨削方法可以將工件加工出光滑的曲表面，表面質(zhì)量好，形狀精度高。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明圓錐頭的曲表面輪廓成型粗加工示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明圓錐頭的曲表面輪廓成型精加工示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明圓錐頭的曲表面加工直微溝槽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為實施例2圓錐頭的曲表面加工螺旋微溝槽示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但是本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表示的范圍。
[0027]一種具有曲面微溝槽結(jié)構(gòu)的飛行體，包括圓柱體和圓錐頭，圓柱體與圓錐頭連成一體；沿著圓錐頭的曲表面軸向截面輪廓均勻分布微溝槽，微溝槽為V形槽，微溝槽的深度為50?900微米，微溝槽夾角為30?120度，微溝槽在圓周方向的分度角度為5?30度；曲表面為拋物面或橢圓面的二維旋轉(zhuǎn)面。
[0028]一種具有曲面微溝槽結(jié)構(gòu)的飛行體的制造方法，包括如下步驟:
[0029]I)將柱狀材料(如圓柱體陶瓷棒)固定在三爪研磨器并隨之旋轉(zhuǎn)，粗粒度的金剛石砂輪2固定在砂輪軸上；如圖1所示，首先，使柱狀材料軸向方向與砂輪軸線方向一致，在工件軸向的垂直截面上，利用粗粒度的金剛石砂輪2的圓環(huán)端面邊角6采用軸向分層進給的磨削路徑5對陶瓷進行粗磨削加工，將飛行體從圓柱體結(jié)構(gòu)的毛坯輪廓4加工成帶有圓錐頭的曲面輪廓3，得到粗糙曲表面的飛行體I。磨削路徑5是沿陶瓷棒軸向方向按設(shè)定的數(shù)控直線往復(fù)路徑分層進給的往返折線。
[0030]2)如圖2所示，利用細粒度的金剛石砂輪7沿曲線磨削路徑8對成型曲面進行精磨削加工，從而將飛行體I加工成光滑的曲表面飛行體；曲線磨削路徑8為拋物線軌跡，方程為z = y2/a，其中z為沿飛行體軸向方向的飛行體頭部的曲表面輪廓的橫坐標值，y為飛行體頭部的曲表面輪廓的縱坐標值；a為常系數(shù)，可以通過待定系數(shù)方法確定。
[0031]3)如圖3所示，將砂輪軸線方向與工件軸向方向垂直或者傾斜30?60度，在工件軸向的垂直截面上保持飛行體不動，利用微細修整成V形尖端的金剛石砂輪9的V形尖端10沿著尖端圓與曲表面輪廓相切的砂輪中心的刀具軌跡11在光滑曲表面3上加工出一根微溝槽12 ;微溝槽12為V形溝槽，其V溝槽深度為50?900微米，溝槽夾角為30?120度，再將飛行體沿著其圓周方向轉(zhuǎn)動一個分度角度(5?30度)，加工出第二根微溝槽，如此依次將飛行體I加工出具有直微溝槽或者螺旋微溝槽結(jié)構(gòu)曲表面的飛行體。刀具軌跡11與曲線磨削路徑8相同。
[0032]所述飛行體I是微晶玻璃陶瓷，也可為玻璃、硅、硬質(zhì)鋼等硬脆性材料。所述粗粒度的金剛石砂輪2由金剛石磨料和青銅結(jié)合劑組成，金剛石磨料粒度為60?200目；所述細粒度的金剛石砂輪7由金剛石磨料和樹脂結(jié)合劑組成，金剛石磨料粒度為1500?4000目形尖端的金剛石砂輪9由金剛石磨料和青銅結(jié)合劑組成，金剛石磨料粒度為240?1500目，V尖端角度為30?90°。
[0033]在飛行體輪廓成型加工過程中，金剛石砂輪行走軌跡為拋物線或圓錐線軌跡，粗粒度的金剛石砂輪2轉(zhuǎn)速為2000?5000轉(zhuǎn)/分；粗加工成型階段進給深度為10?50微米/每行程，進給速度為3?30毫米/分；精加工成型階段，細粒度的金剛石砂輪7進給深度為I?10微米/每行程，進給速度為I?5毫米/分；在飛行體微溝槽加工過程中，V形尖端的金剛石砂輪9的轉(zhuǎn)速為2000?5000轉(zhuǎn)/分，進給深度為3?50微米/每行程，進給速度為2?20毫米/分。
[0034]通過精密曲面磨削和V尖端微細磨削相結(jié)合的方法可以將陶瓷加工成高精度的具有微溝槽結(jié)構(gòu)的光滑曲表面，加工精度可以控制在0.5%以內(nèi)。
[0035]實施例1
[0036]采用CNC精密磨床(SMRART B818)加工陶瓷棒，將圓柱形陶瓷棒固定在米其林三爪研磨器(MCL - 550)上并隨之旋轉(zhuǎn)，飛行體旋轉(zhuǎn)速度η = 500轉(zhuǎn)/分，金剛石砂輪固定在砂輪軸上。加工飛行體I的粗粒度的金剛石砂輪2的直徑為160毫米、厚度為10毫米，由金剛石磨料和青銅結(jié)合劑組成，金剛石磨料粒度為120目；加工光滑曲面飛行體的細粒度的金剛石砂輪7的直徑為150毫米、厚度為4毫米，由金剛石磨料和樹脂結(jié)合劑組成，金剛石磨料粒度為3000目；加工具有微溝槽結(jié)構(gòu)的光滑曲面飛行體的V尖端的金剛石砂輪9的直徑為160毫米，厚度為4毫米，V尖端角度為60度，由金剛石磨料和青銅結(jié)合劑組成，金剛石磨料粒度為600目。加工后的飛行體總長度為70毫米，外圍直徑為30毫米，飛行體曲面輪廓軸向長度為32毫米。陶瓷材料為微晶玻璃陶瓷。