Introduïu el rendiment dels materials PEEK reforçats amb fibra de carboni i les característiques estructurals de les peces fetes d'aquest material, analitzeu les dificultats en el processament d'aquests materials, seleccioneu eines de diamant policristalí i altres eines com a objectes de recerca i exploreu eines de diamant policristalí basades en el disseny de múltiples experiments de processos comparatius. L'aplicació d'eines de diamant en el processament de plàstics reforçats amb fibra de carboni (PEEK5600CF30) i els paràmetres de processament d'eines d'ús habitual.
1 Pròleg
El material PEEK reforçat amb fibra de carboni millora eficaçment la resistència al desgast i les propietats mecàniques del material després d'afegir fibra de carboni. És un plàstic d'enginyeria especial amb un rendiment excel·lent. Entre ells, l'alta resistència al desgast i les excel·lents propietats mecàniques del material PEEK5600CF30 el fan molt utilitzat en peces de segellat hermètic i de posicionament de suport. També s'han trobat problemes importants en tornejar materials PEEK5600CF30, com ara un desgast ràpid de les eines i una baixa eficiència de processament. Quan es processen dimensions d'alta precisió, el valor de compensació de l'eina canvia molt i la precisió del processament no és fàcil de garantir. El material de l'eina PCD (diamant policristal·lí) té els avantatges d'una combinació de partícules ajustada, no és fàcil de trencar i d'alta resistència al desgast. Com a eina de gir, els angles davanter i posterior poden assolir un gran valor i la força de tall és petita. És adequat per processar materials no metàl·lics [1- 3].
2 Característiques estructurals i problemes de processament de les peces
L'anell reductor de desgast del ganxo d'expulsió processat per la unitat de l'autor està fet de plàstic d'enginyeria reforçat amb fibra de carboni PEEK5600CF30. El gruix de la paret de la peça és d'1 mm, el valor de rugositat superficial del forat interior i el cercle exterior Ra és d'1,6 μm i el diàmetre del cercle exterior és de 30 ~ 55 mm. , la longitud és d'1 ~ 10 mm, l'estructura de la part i la vista tridimensional es mostren a la figura 1 i la figura 2.
imatge
Figura 1 Estructura de l'anell antifricció
Figura 2 Vista tridimensional de l'anell antifricció
Actualment, hi ha tres problemes principals als quals s'enfronta el processament de plàstics d'enginyeria especial PEEK: primer, l'ús d'eines de carbur per al processament, la vida útil de l'eina és extremadament pobre; en segon lloc, la precisió dimensional i la rugositat superficial de les peces no es poden garantir eficaçment durant el processament i l'estabilitat de la qualitat és deficient; tercer, tornejat. L'eficiència del processament és baixa i els paràmetres de tall s'han d'optimitzar [4, 5].
3 solucions
3.1 Eines de tall PCD
Una eina PCD general consta de tres parts: eina metàl·lica, pegat PCD i capa adhesiva. La figura 3 és un diagrama esquemàtic d'una estructura típica de fulles de PCD. La matriu metàl·lica de carbur cimentat i el pegat de PCD estan connectats per una capa adhesiva.
imatge
Figura 3 Eina PCD
La qualitat de les eines de PCD està determinada principalment per la qualitat de mòlta dels pegats de PCD i la qualitat del material dels pegats de PCD. Actualment, els principals fabricants nacionals d'eines PCD han estat capaços d'aconseguir la localització i el processament de precisió dels materials PCD. Per tant, el preu de les eines de tall PCD domèstiques ha baixat de ser inabastable als anys noranta a bàsicament el mateix que el carbur de gran qualitat. Tanmateix, en comparació amb les eines PCD importades, les eines PCD domèstiques encara tenen algunes deficiències, com ara una qualitat inestable i una vida útil curta. Algunes eines de tall PCD nacionals utilitzen materials importats. A causa dels nivells de processament nacionals, la seva tecnologia de processament d'avantguarda encara està endarrerida amb els països estrangers. Segons la mida de les partícules de diamant que componen el material, els materials PCD d'ús habitual es divideixen en graus 20, 30 i 30M. Com més gran sigui la mida de la partícula, més gran serà el grau del material. Similar a la mida de partícula del carbur cimentat, les mides de partícules més grans tenen una millor resistència al desgast i són adequades per processar materials més durs.
3.2 Selecció d'eines
Prenent com a objecte de prova el processament de l'anell antidesgast del ganxo d'expulsió d'una peça típica de PEEK5600CF30, es van utilitzar eines de carbur i eines de PCD per al processament respectivament. Es va observar la diferència en els canvis de valor de desgast i desgast entre els dos i es van comparar els paràmetres de processament dels dos. El material de la fulla, l'equip de processament i el nombre de peces processades es mostren a la taula 1.
Taula 1 Material de la fulla, equips de processament i nombre de peces processades
imatge
Durant el procés de mecanitzat d'insercions de carbur cimentat, el desgast del cràter, el desgast dels flancs i el desgast de les ranures a la cara del rastell són propensos a produir-se. En l'etapa inicial de desgast de l'eina, la vora de tall és propensa a trencar-se a causa de l'extrusió de fibra de carboni; el recobriment de la superfície del rastell es fa malbé ràpidament sota la fricció del material de fibra de carboni i la matriu de la fulla es desgasta ràpidament, fent que la força de la vora es redueixi encara més i s'intensifiqui el dany de la vora; En l'etapa de desgast greu, la superfície del flanc de l'eina està seriosament desgastada i la forma d'arc de la punta de l'eina està danyada (vegeu la figura 4), donant lloc a una disminució de la precisió de mecanitzat de les peces, brides greus i rebaves, i la qualitat de la superfície no es pot garantir.
imatge
Figura 4 La forma d'arc de la punta de l'eina està danyada
El valor del radi d'arc de la punta de l'eina de la fulla que es mostra a la figura 4 mesurat amb un microscopi electrònic d'alta potència OLYMPUS és de 0,34 mm, i el radi de la punta de la fulla no utilitzada és de 0,4 mm. La diferència mostra que la desviació de la posició teòrica de la punta de l'eina és de -0,06 mm. Quan es processa segons la posició de la punta de l'eina mesurada en processar la primera part, vol dir que l'error de contorn de processament de la peça és de +0,06 mm. Comparant la imatge de la tolerància del gruix de la paret de les peces de l'anell antifricció en mm, aquesta tolerància és suficient per fer que les peces es desballinin.
Després d'utilitzar eines de tall de diamant policristalí PCD, el desgast de l'eina s'ha millorat eficaçment. Amb el mateix temps de processament i condicions de tall, només la cara de rasclet de la fulla té un baix grau de desgast, la vora de tall està bàsicament intacta i la forma d'arc de la punta de l'eina manté una alta precisió (vegeu la figura 5), la precisió de mecanitzat de peces s'ha millorat molt.
imatge
Figura 5 La forma d'arc de la punta de l'eina manté una alta precisió
La figura 5 mostra que el radi d'arc de la punta de l'eina de la fulla mesurat amb un microscopi electrònic d'alta potència OLYMPUS és de 0,385 mm i el radi de la punta de l'eina de la fulla no utilitzada és de 0,4 mm. La diferència mostra que la desviació de la posició teòrica de la punta de l'eina és de -0,015 mm. Quan es processa segons la posició de la punta de l'eina mesurada en processar la primera part, vol dir que l'error de contorn de processament de la peça és de +0,015 mm. Comparant la imatge de la tolerància del gruix de la paret de les peces de l'anell antifricció en mm, les peces encara estan qualificades en aquest moment.
Mitjançant aquesta prova, es pot concloure que les insercions de carbur no són adequades per tornejar materials PEEK5600CF30 i les eines PCD són adequades per tornejar materials PEEK5600CF30. L'ús d'eines PCD de grau 20 pot satisfer les necessitats. L'eina de tornejat PCD cilíndrica seleccionada en el processament real es mostra a la figura 6.
imatge
Figura 6 Eina de tornejat PCD externa
3.3 Anàlisi de l'error de precisió dimensional del processament
(1) La influència de la força de tall de l'eina en el processament dels anells antifricció. Durant el processament de peces, si el programa CNC es compila d'acord amb la mida normal de les peces de l'anell antifricció, es constata que la forma del forat interior i el cercle exterior després del processament tenen una conicitat: a la longitud d'1 0 a 12 mm, la variació del forat interior de la peça és de 0.04~0,05 mm i la variació del cercle exterior és de 0,01~ 0,03 mm. La forma del forat interior i del cercle exterior es mostra a la figura 7.
imatge
a) Estat teòric de les peces després del processament b) Estat real de les peces després del processament
Figura 7 Forat interior i forma de cercle exterior
S'analitza la raó que la part de la boca de la peça té una rigidesa baixa, i l'eina cedeix durant el procés de tall. Després del processament i depuració, la conicitat de les peces després del processament es compensa al programa CNC per garantir millor la precisió del processament. Després del mecanitzat de prova de les peces, hi ha una relació directa entre la quantitat de tall del forat interior i la longitud axial de les peces. La mida axial augmenta i la deformació de l'orifici augmenta. Després de compensar la conicitat durant el procés de programació, es pot millorar eficaçment la precisió de mecanitzat de les peces.
(2) L'impacte del desgast de l'eina en la precisió dimensional i la qualitat superficial de les peces. Prenent com a exemple el processament de peces d'anells antifricció, la situació verificada in situ és la següent: després de processar 40{{10}} peces, a causa del desgast greu de l'eina, si continua utilitzant-se, es recomana processar 50 peces cada vegada. Ajusteu el valor de compensació de l'eina i la reducció una vegada, i ajusteu el valor del diàmetre en 0,02 mm cada vegada. Les condicions de processament són: utilitzeu la màquina-eina CNC CTX310 per processar l'estoc de barres PEEK5600CF30, i l'eina és una eina de forat interior PCD domèstica. Paràmetres de processament: velocitat de l'eix 1800r/min, velocitat d'alimentació 0,06 mm/r, marge de mecanitzat d'acabat 0,05 mm, no es recomana continuar utilitzant-lo després de 700 a 800 peces i s'ha de canviar l'eina. El motiu d'aquesta operació és que la força de tall augmenta a causa del desgast de l'eina, que al seu torn afecta la precisió dimensional i la qualitat superficial de la peça. El valor de compensació de l'eina i el programa CNC s'han d'ajustar a temps per garantir la taxa de qualificació de processament de peces.
3.4 Paràmetres de tall
La taula 2 mostra els graus d'eina PCD recomanats i els paràmetres de tall corresponents. Condicions per a l'ús d'aquest paràmetre: la màquina-eina de processament és un torn CNC CTX310, el gruix de la paret de la peça és superior o igual a 1 mm i el diàmetre del cercle exterior de processament és de 30 ~ 50 mm. A més, tingueu en compte que el fabricant de la fulla PCD utilitzada anteriorment és SECO (Seco), i els paràmetres de l'eina d'altres marques es poden ajustar sobre aquesta base.
Taula 2 Graus d'eines PCD recomanats i paràmetres de tall corresponents
