Introducer ydeevnen af kulfiberforstærkede PEEK-materialer og de strukturelle egenskaber af dele fremstillet af dette materiale, analyser vanskelighederne ved at behandle sådanne materialer, vælg polykrystallinske diamantværktøjer og andre værktøjer som forskningsobjekter, og udforsk polykrystallinske diamantværktøjer baseret på design af flere komparative proceseksperimenter. Anvendelsen af diamantværktøj til behandling af kulfiberforstærket plast (PEEK5600CF30) og behandlingsparametrene for almindeligt anvendte værktøjer.
1 Forord
Kulfiberforstærket PEEK-materiale forbedrer effektivt materialets slidstyrke og mekaniske egenskaber efter tilsætning af kulfiber. Det er en speciel ingeniørplast med fremragende ydeevne. Blandt dem gør PEEK5600CF30-materialets høje slidstyrke og fremragende mekaniske egenskaber det meget udbredt til lufttæt forsegling og støttepositioneringsdele. Der er også stødt på store problemer ved drejning af PEEK5600CF30-materialer, såsom hurtig værktøjsslid og lav forarbejdningseffektivitet. Ved behandling af højpræcisionsdimensioner ændres værktøjskompensationsværdien meget, og behandlingsnøjagtigheden er ikke let at garantere. PCD (polykrystallinsk diamant) værktøjsmateriale har fordelene ved en tæt partikelkombination, ikke let at bryde og høj slidstyrke. Som drejeværktøj kan for- og bagvinklerne nå en stor værdi, og skærekraften er lille. Den er velegnet til behandling af ikke-metalliske materialer [1- 3].
2 Strukturelle egenskaber og bearbejdningsproblemer for dele
Den slidreducerende ring for udkastningskrogen, der er behandlet af forfatterens enhed, er lavet af kulfiberforstærket ingeniørplast PEEK5600CF30. Vægtykkelsen af delen er 1 mm, overfladeruhedsværdien af det indre hul og den ydre cirkel Ra er 1,6 μm, og den ydre cirkeldiameter er 30 ~ 55 mm. , længden er 1~10 mm, delstrukturen og tredimensionelle visning er vist i figur 1 og figur 2.
billede
Figur 1 Antifriktionsringstruktur
Figur 2 Tredimensionelt billede af antifriktionsringen
Der er i øjeblikket tre store problemer med forarbejdningen af PEEK-special ingeniørplast: For det første brugen af hårdmetalværktøjer til forarbejdning, værktøjets levetid er ekstremt dårlig; for det andet kan delenes dimensionelle nøjagtighed og overfladeruhed ikke garanteres effektivt under behandlingen, og kvalitetsstabiliteten er dårlig; for det tredje, drejning. Bearbejdningseffektiviteten er lav, og skæreparametrene skal optimeres [4, 5].
3 løsninger
3.1 PCD skæreværktøj
Et generelt PCD-værktøj består af tre dele: metalværktøj, PCD-plaster og klæbelag. Figur 3 er et skematisk diagram af en typisk PCD-bladstruktur. Den cementerede carbidmetalmatrix og PCD-plasteret er forbundet med et klæbende lag.
billede
Figur 3 PCD-værktøj
Kvaliteten af PCD-værktøjer bestemmes hovedsageligt af slibekvaliteten af PCD-lapper og materialekvaliteten af PCD-lapper. På nuværende tidspunkt har store indenlandske PCD-værktøjsproducenter været i stand til at opnå lokalisering og præcisionsbehandling af PCD-materialer. Derfor er prisen på indenlandske PCD skærende værktøjer faldet fra at være uopnåelige i 1990'erne til stort set det samme som højkvalitets hårdmetal. Men sammenlignet med importerede PCD-værktøjer har indenlandske PCD-værktøjer stadig nogle mangler, såsom ustabil kvalitet og kort levetid. Nogle indenlandske PCD-skæreværktøjer bruger importerede materialer. På grund af indenlandske forarbejdningsniveauer halter deres kantbehandlingsteknologi stadig bagud i udlandet. I henhold til størrelsen af diamantpartiklerne, der udgør materialet, er almindeligt anvendte PCD-materialer opdelt i 20, 30 og 30M kvaliteter. Jo større partikelstørrelse, jo større materialekvalitet. I lighed med partikelstørrelsen af cementeret hårdmetal har større partikelstørrelser bedre slidstyrke og er velegnede til forarbejdning af hårdere materialer.
3.2 Værktøjsvalg
Tager behandlingen af udkastningskrogen antislid-ring af en typisk del lavet af PEEK5600CF30 som testobjekt, blev der brugt hårdmetalværktøjer og PCD-værktøjer til forarbejdning. Forskellen i slid og slidværdiændringer mellem de to blev observeret, og behandlingsparametrene for de to blev sammenlignet. Bladmaterialet, forarbejdningsudstyret og antallet af forarbejdede dele er vist i tabel 1.
Tabel 1 Bladmateriale, bearbejdningsudstyr og antal bearbejdede dele
billede
Under bearbejdningsprocessen af hårdmetalskær er der risiko for kraterslid, flankeslid og rilleslid på rivefladen. I den indledende fase af værktøjsslid er skærkanten tilbøjelig til at revne på grund af ekstruderingen af kulfiber; riveoverfladebelægningen beskadiges hurtigt under kulfibermaterialets friktion, og bladmatrixen slides hurtigt, hvilket får kantstyrken til at reducere yderligere, og skærkantskader intensiveres; i alvorlig grad I slidfasen er værktøjets flankeoverflade alvorligt slidt, og værktøjsspidsens bueform er beskadiget (se figur 4), hvilket resulterer i et fald i delenes bearbejdningsnøjagtighed, alvorlige flangedannelser og grater, og overfladekvaliteten kan ikke garanteres.
billede
Figur 4 Værktøjsspidsens bueform er beskadiget
Værktøjsspidsens bueradiusværdi for bladet vist i figur 4 målt ved hjælp af et OLYMPUS-elektronmikroskop med høj effekt er 0,34 mm, og spidsradiusen af det ubrugte blad er 0,4 mm. Forskellen viser, at afvigelsen af den teoretiske værktøjsspidsposition er -0,06 mm. Ved bearbejdning i henhold til værktøjsspidspositionen målt ved bearbejdning af den første del, betyder det, at emnebearbejdningskonturfejlen er +0.06 mm. Sammenlignes billedet af vægtykkelsestolerancen af antifriktionsringdelene i mm, er denne tolerance nok til at få delene til at blive skrottet.
Efter brug af PCD polykrystallinske diamantskæreværktøjer er værktøjsslidningen blevet effektivt forbedret. Under samme bearbejdningstid og skæreforhold er det kun knivens riveflade, der har en lav grad af slid, skærkanten er stort set intakt, og værktøjsspidsens bueform opretholder høj nøjagtighed (se figur 5), bearbejdningsnøjagtigheden dele er blevet væsentligt forbedret.
billede
Figur 5 Værktøjsspidsens bueform bevarer høj nøjagtighed
Figur 5 viser, at værktøjsspidsens bueradius for bladet målt ved hjælp af et OLYMPUS-elektronmikroskop med høj effekt er 0.385 mm, og værktøjsspidsens radius for det ubrugte blad er 0,4 mm. Forskellen viser, at afvigelsen af den teoretiske værktøjsspidsposition er -0.015 mm. Ved bearbejdning i henhold til værktøjsspidspositionen målt ved bearbejdning af den første del, betyder det, at emnebearbejdningskonturfejlen er +0.015 mm. Sammenligner man billedet af vægtykkelsestolerancen for antifriktionsringdelene i mm, er delene stadig kvalificerede på nuværende tidspunkt.
Gennem denne test kan det konkluderes, at hårdmetalskær ikke er egnede til drejning af PEEK5600CF30-materialer, og PCD-værktøjer er velegnede til drejning af PEEK5600CF30-materialer. Brugen af grad 20 PCD-værktøjer kan opfylde behovene. Det cylindriske PCD-drejeværktøj, der er valgt i den faktiske bearbejdning, er vist i figur 6.
billede
Figur 6 Eksternt PCD-drejeværktøj
3.3 Analyse af bearbejdningsdimensionelle nøjagtighedsfejl
(1) Værktøjets skærekrafts indflydelse på behandlingen af antifriktionsringe. Under behandlingen af dele, hvis CNC-programmet er kompileret i overensstemmelse med den normale størrelse af antifriktionsringdelene, viser det sig, at formen af det indre hul og den ydre cirkel efter forarbejdning har en tilspidsning: på længden af 1 0 til 12 mm. Variationen af delens indre hul er 0.04~0.05 mm, og variationen af den ydre cirkel er 0.01~ 0,03 mm. Formen af det indre hul og den ydre cirkel er vist i figur 7.
billede
a) Teoretisk tilstand af dele efter forarbejdning b) Faktisk tilstand af dele efter forarbejdning
Figur 7 Indre hul og ydre cirkelform
Årsagen er analyseret, at munddelen af delen har lav stivhed, og værktøjet giver efter under skæreprocessen. Efter bearbejdning og fejlretning kompenseres delenes tilspidsning efter bearbejdning i CNC-programmet for bedre at sikre behandlingsnøjagtigheden. Efter prøvebearbejdning af delene er der et direkte forhold mellem skæremængden af det indre hul og delenes aksiale længde. Den aksiale størrelse øges, og deformationen af åbningen øges. Efter at have kompenseret tilspidsningen under programmeringsprocessen, kan delenes bearbejdningsnøjagtighed forbedres effektivt.
(2) Virkningen af værktøjsslid på delenes dimensionelle nøjagtighed og overfladekvalitet. Tager vi behandlingen af antifriktionsringdele som et eksempel, er situationen verificeret på stedet som følger: efter bearbejdning af 40{{10}} stykker på grund af kraftigt slid på værktøjet, hvis det fortsætter med at blive brugt, anbefales det at behandle 50 stk hver gang. Juster værktøjskompensationsværdien og tilspidsning én gang, og juster diameterværdien med 0,02 mm hver gang. Forarbejdningsbetingelserne er: brug CTX310 CNC-værktøjsmaskine til at behandle PEEK5600CF30-stangbeholdning, og værktøjet er et indenlandsk PCD-boreværktøj til indvendigt hul. Bearbejdningsparametre: spindelhastighed 1800 r/min, tilspænding 0,06 mm/r, efterbearbejdningstillæg 0,05 mm, det anbefales ikke at fortsætte med at bruge det efter 700 til 800 stykker, og værktøjet skal skiftes. Årsagen til denne operation er, at skærekraften øges på grund af værktøjsslid, hvilket igen påvirker delens dimensionelle nøjagtighed og overfladekvalitet. Værktøjsforskydningsværdien og CNC-programmet skal justeres i tide for at sikre kvalifikationsgraden for delbearbejdning.
3.4 Skæreparametre
Tabel 2 viser de anbefalede PCD-værktøjskvaliteter og tilsvarende skæreparametre. Betingelser for brugen af denne parameter: Bearbejdningsmaskinen er en CTX310 CNC drejebænk, delens vægtykkelse er større end eller lig med 1 mm, og behandlingens ydre cirkeldiameter er 30 ~ 50 mm. Derudover skal du være opmærksom på, at producenten af PCD-bladet anvendt ovenfor er SECO (Seco), og værktøjsparametrene fra andre mærker kan finjusteres på dette grundlag.
Tabel 2 Anbefalede PCD-værktøjskvaliteter og tilsvarende skæreparametre
