Ознайомтеся з характеристиками армованих вуглецевим волокном матеріалів PEEK і структурними характеристиками деталей, виготовлених із цього матеріалу, проаналізуйте труднощі обробки таких матеріалів, виберіть полікристалічний алмазний інструмент та інші інструменти як об’єкти дослідження, а також дослідіть полікристалічний алмазний інструмент на основі конструкції кількох порівняльні експерименти процесу. Застосування алмазних інструментів у обробці армованого вуглецевим волокном пластику (PEEK5600CF30) і параметри обробки інструментів, які зазвичай використовуються.
1 Передмова
Армований вуглецевим волокном матеріал PEEK ефективно покращує зносостійкість і механічні властивості матеріалу після додавання вуглецевого волокна. Це спеціальний інженерний пластик з чудовими характеристиками. Серед них висока зносостійкість і видатні механічні властивості матеріалу PEEK5600CF30 роблять його широко використовуваним у герметичних ущільнювальних і опорних частинах позиціонування. Основні проблеми також виникли під час точіння матеріалів PEEK5600CF30, такі як швидкий знос інструменту та низька ефективність обробки. Під час обробки високоточних розмірів значення компенсації інструменту сильно змінюється, і точність обробки нелегко гарантувати. Інструментальний матеріал PCD (полікристалічний алмаз) має переваги щільного поєднання частинок, його нелегко зламати та високу зносостійкість. Як токарний інструмент, передній і задній кути можуть досягати великого значення, а сила різання невелика. Підходить для обробки неметалевих матеріалів [1- 3].
2 Конструктивні характеристики та питання обробки деталей
Знижувальне кільце викидного гака, оброблене авторською установкою, виконано з армованого вуглецевим волокном інженерного пластику PEEK5600CF30. Товщина стінки деталі становить 1 мм, значення шорсткості поверхні внутрішнього отвору та зовнішнього кола Ra становить 1,6 мкм, а діаметр зовнішнього кола становить 30 ~ 55 мм. , довжина становить 1 ~ 10 мм, структура частини та тривимірний вигляд показані на рисунку 1 та малюнку 2.
картина
Рисунок 1 Структура антифрикційного кільця
Рисунок 2 Тривимірне зображення антифрикційного кільця
В даний час існують три основні проблеми, з якими стикається обробка спеціальних інженерних пластмас PEEK: по-перше, використання твердосплавних інструментів для обробки, термін служби інструменту надзвичайно низький; по-друге, точність розмірів і шорсткість поверхні деталей не можуть бути ефективно гарантовані під час обробки, а стабільність якості є поганою; по-третє, токарна обробка Ефективність обробки низька і параметри різання потребують оптимізації [4, 5].
3 рішення
3.1 Ріжучі інструменти PCD
Загальний інструмент PCD складається з трьох частин: металевий інструмент, пластир PCD і клейовий шар. На рисунку 3 показана схема типової конструкції леза PCD. Металева матриця з цементованого карбіду та пластир PCD з’єднані клейовим шаром.
картина
Рисунок 3 Інструмент PCD
Якість інструментів PCD в основному визначається якістю шліфування пластирів PCD і якістю матеріалу пластирів PCD. В даний час основні вітчизняні виробники інструментів PCD змогли досягти локалізації та точної обробки матеріалів PCD. Таким чином, ціна вітчизняних ріжучих інструментів PCD впала з недосяжної в 1990-х роках до практично такої ж, як на високоякісний твердосплавний інструмент. Проте, порівняно з імпортованими інструментами PCD, вітчизняні інструменти PCD все ще мають деякі недоліки, такі як нестабільна якість і короткий термін служби. Деякі вітчизняні ріжучі інструменти PCD використовують імпортні матеріали. Через внутрішній рівень обробки їх технологія обробки краю все ще відстає від закордонних країн. Відповідно до розміру алмазних частинок, які складають матеріал, зазвичай використовувані матеріали PCD поділяються на класи 20, 30 і 30M. Чим більший розмір частинок, тим більший сорт матеріалу. Подібно до розміру частинок цементованого карбіду, більші розміри частинок мають кращу зносостійкість і підходять для обробки більш твердих матеріалів.
3.2 Вибір інструменту
Взявши за об’єкт випробувань обробку протизносного кільця виштовхувального гака типової деталі, виготовленої з PEEK5600CF30, для обробки використовувалися відповідно твердосплавні інструменти та інструменти PCD. Було помічено різницю в зносі та зміни значення зносу між ними, а також порівняно параметри обробки обох. Матеріал леза, обладнання для обробки та кількість оброблених деталей наведені в таблиці 1.
Таблиця 1 Матеріал леза, обладнання для обробки та кількість оброблених деталей
картина
Під час обробки пластин із твердого сплаву може виникати кратерне зношування, зношування бокової поверхні та зношування канавок на передній поверхні. На початковій стадії зношування інструменту ріжуча кромка схильна до розтріскування внаслідок екструзії вуглецевого волокна; покриття передньої поверхні швидко пошкоджується під час тертя матеріалу з вуглецевого волокна, а матриця леза швидко зношується, що призводить до подальшого зниження міцності кромки та посилення пошкодження ріжучої кромки; на стадії сильного зносу бокова поверхня інструменту сильно зношена, а дугоподібна форма наконечника інструменту пошкоджена (див. рис. 4), що призводить до зниження точності обробки деталей, серйозних відбортів і задирок, і якість поверхні не може бути гарантована.
картина
Рисунок 4 Дугоподібна форма наконечника інструменту пошкоджена
Значення радіуса дуги кінчика леза, показаного на малюнку 4, виміряне за допомогою потужного електронного мікроскопа OLYMPUS становить 0.34 мм, а радіус кінчика невикористаного леза становить 0.4 мм. Різниця показує, що відхилення теоретичного положення вістря інструмента становить -0.06 мм. Під час обробки відповідно до положення вершини інструмента, виміряного під час обробки першої деталі, це означає, що похибка контуру обробки деталі становить +0.06 мм. Порівнюючи малюнок допуску товщини стінки деталей антифрикційного кільця в мм, цього допуску достатньо, щоб деталі були списані.
Після використання полікристалічних алмазних ріжучих інструментів PCD знос інструменту був значно покращений. За однакового часу обробки та умов різання лише передня поверхня леза має низький ступінь зносу, ріжуча кромка практично не пошкоджена, а дугоподібна форма кінчика інструмента підтримує високу точність (див. рис. 5), точність обробки частин було значно покращено.
картина
Рисунок 5 Дугоподібна форма наконечника інструмента забезпечує високу точність
На малюнку 5 показано, що радіус дуги інструмента леза, виміряний за допомогою потужного електронного мікроскопа OLYMPUS, становить 0.385 мм, а радіус вершини інструмента невикористаного леза становить 0.4 мм. Різниця показує, що відхилення теоретичного положення вістря інструменту становить -0.015 мм. Під час обробки відповідно до положення вершини інструмента, виміряного під час обробки першої деталі, це означає, що похибка контуру обробки деталі становить +0.015 мм. Порівнюючи картину допуску товщини стінок деталей антифрикційного кільця в мм, деталі все ще кваліфіковані на даний момент.
За допомогою цього тесту можна зробити висновок, що твердосплавні пластини не підходять для точіння матеріалів PEEK5600CF30, а інструменти PCD підходять для точіння матеріалів PEEK5600CF30. Використання інструментів класу 20 PCD може задовольнити потреби. Циліндричний токарний інструмент PCD, вибраний під час фактичної обробки, показаний на малюнку 6.
картина
Рисунок 6 Зовнішній токарний інструмент PCD
3.3 Аналіз похибки точності обробки розмірів
(1) Вплив сили різання інструменту на обробку антифрикційних кілець. Під час обробки деталей, якщо програма ЧПК складена відповідно до нормального розміру деталей антифрикційного кільця, виявляється, що форма внутрішнього отвору та зовнішнього кола після обробки мають конусність: на довжині 1 Від 0 до 12 мм, зміна внутрішнього отвору деталі становить 0.04~0.05 мм, а зміна зовнішнього кола становить 0,01~ 0,03 мм. Форма внутрішнього отвору та зовнішнього кола показана на малюнку 7.
картина
а) Теоретичний стан деталей після обробки б) Фактичний стан деталей після обробки
Рисунок 7 Форма внутрішнього отвору та зовнішнього кола
Проаналізовано причину того, що ротова частина деталі має низьку жорсткість, і інструмент проступає в процесі різання. Після обробки та налагодження конусність деталей після обробки компенсується в програмі ЧПК, щоб краще забезпечити точність обробки. Після пробної обробки деталей існує пряма залежність між величиною різання внутрішнього отвору та осьовою довжиною деталей. Збільшується осьовий розмір і збільшується деформація отвору. Після компенсації конусності під час процесу програмування точність обробки деталей може бути ефективно покращена.
(2) Вплив зносу інструменту на точність розмірів і якість поверхні деталей. Взявши як приклад обробку деталей антифрикційних кілець, ситуація, перевірена на місці, така: після обробки 40{{10}} частин, через сильний знос інструменту, якщо продовжує використовуватися, рекомендується щоразу обробляти 50 шт. Відрегулюйте значення компенсації інструменту та конусність один раз, а також коригуйте значення діаметра на 0,02 мм кожного разу. Умови обробки такі: використовуйте верстат CTX310 з ЧПК для обробки прутка PEEK5600CF30, і інструмент є вітчизняним інструментом для розточування внутрішніх отворів PCD. Параметри обробки: швидкість обертання шпинделя 1800 об/хв, швидкість подачі 0,06 мм/об, припуск на чистову обробку 0,05 мм, не рекомендується продовжувати його використання після 700-800 деталей, а інструмент потрібно змінити. Причина цієї операції полягає в тому, що сила різання збільшується через знос інструменту, що, у свою чергу, впливає на точність розмірів і якість поверхні деталі. Значення корекції інструменту та програму ЧПК необхідно вчасно налаштувати, щоб забезпечити рівень кваліфікації обробки деталей.
3.4 Параметри різання
У таблиці 2 наведено рекомендовані марки інструменту PCD та відповідні параметри різання. Умови для використання цього параметра: обробний верстат — токарний верстат CTX310 з ЧПК, товщина стінки деталі більше або дорівнює 1 мм, а діаметр зовнішнього кола обробки — 30~50 мм. Крім того, зверніть увагу, що виробник леза PCD, який використовується вище, - SECO (Seco), і параметри інструменту інших брендів можуть бути налаштовані на цій основі.
Таблиця 2. Рекомендовані марки інструменту PCD та відповідні параметри різання
