一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法与流程

本发明涉及航空航天、车辆、船舶等领域用；特别涉及光学微晶玻璃铣削，具体为一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法。

背景技术：

1、玻璃陶瓷即光学微晶玻璃，兼具玻璃的成型性与陶瓷的耐温性，热膨胀系数低，是空间反射镜坯、激光核聚变装置镜坯及光学基板的重要材料。此类零件在满足刚度要求的前提下需要尽可能减轻重量，通常需在玻璃陶瓷坯体上铣削成型减重镂空结构，通过在镂空单元内去除材料提高镂空率，镂空单元之间以筋格连接以保证玻璃陶瓷坯体的整体刚度。镂空率越高，零件的轻量化效果越好。

2、然而，现有的铣削加工方式所能达到的镂空率较低。镂空单元之间由筋格连接，筋格与腔壁构成薄层结构，镂空率越高，材料的去除量越大，留下的薄层结构越薄、越弱；在对高镂空率的镂空单元进行分层铣削时，薄层结构在切削力的作用下容易崩坏，具体表现为筋格根部及腔口边缘的脆性崩边、筋格侧壁在切削力作用下的让刀变形，崩边与让刀误差限制了镂空率的进一步提高，且崩边产生的损伤需依赖后续工序去除，增加了加工难度。因此，如何在高镂空率条件下保证薄层结构在铣削过程中的完整性，是玻璃陶瓷减重镂空加工中亟待解决的技术问题。

3、因此，提供了一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法。

技术实现思路

1、为解决背景技术中提到的问题，本发明通过以下技术方案予以实现：一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，包括以下步骤：

2、s1、在玻璃陶瓷坯体上规划各镂空单元的布局、各镂空单元的分层铣削刀路以及铣削面；

3、s2、将熔融态的包覆介质浇注于玻璃陶瓷坯体的底面及周侧，使玻璃陶瓷坯体除铣削面之外被包覆介质整体包覆，冷却凝固后对包覆介质进行整平，使包覆介质不高于玻璃陶瓷坯体的铣削面；所述包覆介质由熔点不低于100℃的蜡基材料、占包覆介质总质量8%-15%的定形骨架以及占包覆介质总质量3%-8%的导热填料熔融共混制成，所述导热填料为膨胀石墨；

4、s3、按照预规划的分层铣削刀路对当前镂空单元进行分层铣削；铣削过程中，由红外测温仪实时采集当前镂空单元内存在的补浇介质外露表面温度或玻璃陶瓷坯体的铣削面外露表面温度中的至少一项；当所采集的温度达到温控阈值时，提高低温微量润滑的供给强度并降低进给速度，使补浇介质的温度保持在补浇介质熔点以下10℃-30℃，并使包覆介质的温度保持在包覆介质熔点以下；所述温控阈值低于补浇介质的熔点；

5、s4、当前镂空单元每完成一层材料去除后，末层除外，向该镂空单元内补浇熔融态的补浇介质；所述补浇介质的熔点低于包覆介质的熔点20℃-40℃，补浇介质的浇注温度高于补浇介质的熔点且低于包覆介质的熔点；补浇后，补浇介质的液面高于镂空单元当前已加工底面0.3mm-1.0mm；

6、s5、当前镂空单元铣削至设计深度后转向下一镂空单元，重复步骤s3-s4；待全部镂空单元完成后，整体加热至不低于定形骨架熔点的温度，使包覆介质与补浇介质熔出，清洗玻璃陶瓷坯体表面，进行酸洗处理，去除玻璃陶瓷坯体表面亚表面损伤层。

7、本发明具有以下有益效果：

8、1、本发明采用由熔点不低于100℃的蜡基材料、定形骨架与导热填料熔融共混制成的包覆介质，并使包覆介质的浇注温度不低于定形骨架熔点、补浇介质的熔点低于包覆介质的熔点。包覆介质在浇注时处于完全熔融态，冷却凝固后对玻璃陶瓷坯体形成低模量缓冲支撑，降低刚性介质在脆性玻璃陶瓷坯体表面产生接触应力集中的风险。

9、2、在分层铣削过程中，由红外测温仪实时采集温度，当所采集的温度达到温控阈值时，提高低温微量润滑的供给强度并降低进给速度，使补浇介质的温度保持在补浇介质熔点以下10℃-30℃、包覆介质的温度保持在包覆介质熔点以下，从而包覆介质与补浇介质在切削过程中保持固态，降低软化流失风险；同时，导热填料提高包覆介质的热导率，缓解包覆介质内部的热积聚。

10、3、每完成一层材料去除后（除末层外）向镂空单元内补浇熔融态的补浇介质，使补浇介质的液面高于镂空单元当前已加工底面，镂空单元内的薄层结构在每层切削时均处于被支撑状态，逐层补浇补偿凝固收缩，降低支撑与腔壁脱离的风险，从而降低筋格根部及腔口边缘的崩边和筋格侧壁的让刀变形，有利于提高镂空率。

11、4、结合以单齿切削周期为窗口计算的崩边前兆信号的分级联动调控，能够在崩边形成前及时调整进给速度与低温微量润滑供给强度。包覆介质与补浇介质经整体加热熔出后回收率高，介质消耗量低。

12、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

1.一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，其特征在于，所述定形骨架为高密度聚乙烯，所述补浇介质为熔点低于所述包覆介质熔点的蜡基材料。

3.根据权利要求2所述的一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，其特征在于，所述补浇介质由石蜡、微晶蜡与聚乙烯蜡中的至少两种共混制成；所述补浇介质的浇注温度高于补浇介质的熔点15℃-25℃。

4.根据权利要求1所述的一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，其特征在于，所述蜡基材料为费托蜡与聚乙烯蜡中的至少一种，所述费托蜡的熔点为100℃-120℃，所述聚乙烯蜡的熔点为100℃-140℃。

5.根据权利要求1所述的一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，其特征在于，步骤s2中，浇注前在玻璃陶瓷坯体表面涂覆脱模隔离层并干燥成膜，所述脱模隔离层为聚乙烯醇水溶液经交联处理后干燥形成的膜层，厚度为5μm-20μm。

6.根据权利要求1所述的一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，其特征在于，步骤s3中，所述低温微量润滑的冷气温度为-30℃-0℃，耗油量为0.03l/h-0.4l/h；所述温控阈值等于补浇介质熔点减去10℃-20℃。

7.根据权利要求1所述的一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，其特征在于，步骤s3中，分层铣削叠加超声振动，超声振动频率为20khz-40khz，振幅为3μm-8μm；粗铣层单层切深为0.3mm-0.6mm，末层精铣切深不大于0.03mm。

8.根据权利要求1所述的一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，其特征在于，步骤s3中，还由声发射传感器实时采集铣削声发射信号，以单齿切削周期为窗口计算崩边前兆信号，所述崩边前兆信号为窗口内声发射rms信号的平均值与峰值之比；发生崩边前兆时，突发的声发射事件使峰值增大而平均值变化缓慢，崩边前兆信号随之下降；当崩边前兆信号低于预设分级阈值时，联动提高低温微量润滑的供给强度并降低进给速度。

9.根据权利要求8所述的一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，其特征在于，所述分级阈值包括第一阈值与第二阈值，第一阈值为0.60，第二阈值为0.45；崩边前兆信号低于第一阈值时，低温微量润滑的供给强度提高20%、进给速度降低20%；崩边前兆信号低于第二阈值时，低温微量润滑的供给强度提高40%、进给速度降低40%、后续层的切深降低30%。

10.根据权利要求1所述的一种玻璃陶瓷减重镂空精密铣削成型方法，其特征在于，步骤s5中，所述酸洗处理采用由体积分数为2%-5%的氢氟酸、0.5%-2%的硝酸、0.2%-1%的盐酸、0.2%-1%的硫酸与余量纯水配制的混酸，在19℃-26℃下去除玻璃陶瓷坯体表面1μm-5μm深度的亚表面损伤层。