Upoznati performanse PEEK materijala ojačanih ugljičnim vlaknima i strukturne karakteristike dijelova izrađenih od ovog materijala, analizirati poteškoće u obradi takvih materijala, odabrati polikristalne dijamantske alate i druge alate kao objekte istraživanja te istražiti polikristalne dijamantske alate zasnovane na dizajnu višestrukih uporedni procesni eksperimenti. Primjena dijamantskih alata u obradi plastike ojačane karbonskim vlaknima (PEEK5600CF30) i parametri obrade najčešće korištenih alata.
1 Predgovor
PEEK materijal ojačan karbonskim vlaknima efikasno poboljšava otpornost na habanje i mehanička svojstva materijala nakon dodavanja karbonskih vlakana. To je posebna inženjerska plastika sa odličnim performansama. Među njima, visoka otpornost na habanje i izvanredne mehaničke osobine PEEK5600CF30 materijala čine ga široko korištenim u hermetičkim zaptivkama i dijelovima za pozicioniranje podrške. Veliki problemi su se također pojavili prilikom tokarenja PEEK5600CF30 materijala, poput brzog trošenja alata i niske efikasnosti obrade. Prilikom obrade visoko preciznih dimenzija, vrijednost kompenzacije alata se značajno mijenja, a preciznost obrade nije lako garantirati. PCD (polikristalni dijamant) materijal alata ima prednosti čvrste kombinacije čestica, nije lako slomiti i visoke otpornosti na habanje. Kao alat za okretanje, prednji i zadnji uglovi mogu dostići veliku vrednost, a sila rezanja je mala. Pogodan je za obradu nemetalnih materijala [1- 3].
2 Strukturne karakteristike i pitanja obrade dijelova
Prsten za smanjenje habanja kuke za izbacivanje obrađen u autorskoj jedinici izrađen je od inženjerske plastike PEEK5600CF30 ojačane karbonskim vlaknima. Debljina zida dijela je 1 mm, vrijednost hrapavosti površine unutrašnje rupe i vanjskog kruga Ra je 1,6 μm, a vanjski promjer kruga je 30 ~ 55 mm. , dužina je 1~10 mm, struktura dijela i trodimenzionalni prikaz prikazani su na slici 1 i slici 2.
slika
Slika 1 Prstenasta struktura protiv trenja
Slika 2 Trodimenzionalni prikaz antifrikcionog prstena
Trenutno postoje tri glavna problema sa kojima se suočava obrada PEEK specijalne inženjerske plastike: prvo, upotreba karbidnih alata za obradu, vijek trajanja alata je izuzetno loš; drugo, tačnost dimenzija i hrapavost površine delova se ne mogu efikasno garantovati tokom obrade, a stabilnost kvaliteta je loša; treće, struganje Efikasnost obrade je niska i potrebno je optimizirati parametre rezanja [4, 5].
3 rješenja
3.1 PCD alati za sečenje
Generalni PCD alat se sastoji od tri dijela: metalnog alata, PCD flastera i sloja ljepila. Slika 3 je šematski dijagram tipične PCD lopatice strukture. Metalna matrica od cementnog karbida i PCD flaster su povezani slojem lepka.
slika
Slika 3 PCD alat
Kvaliteta PCD alata uglavnom je određena kvalitetom brušenja PCD zakrpa i kvalitetom materijala PCD zakrpa. Trenutno su najveći domaći proizvođači PCD alata uspjeli postići lokalizaciju i preciznu obradu PCD materijala. Stoga je cijena domaćih PCD reznih alata pala sa nedostižne 1990-ih na u osnovi istu kao visokokvalitetni karbid. Međutim, u poređenju sa uvoznim PCD alatima, domaći PCD alati i dalje imaju neke nedostatke, poput nestabilnog kvaliteta i kratkog veka trajanja. Neki domaći PCD alati za rezanje koriste uvezene materijale. Zbog domaćeg nivoa obrade, njihova tehnologija obrade rubova i dalje zaostaje za stranim zemljama. Prema veličini dijamantskih čestica koje čine materijal, najčešće korišteni PCD materijali dijele se na 20, 30 i 30M razrede. Što je veća veličina čestica, to je veća klasa materijala. Slično veličini čestica cementnog karbida, veće veličine čestica imaju bolju otpornost na habanje i pogodne su za obradu tvrđih materijala.
3.2 Izbor alata
Uzimajući kao ispitni objekt obradu prstena protiv habanja kuke za izbacivanje tipičnog dijela izrađenog od PEEK5600CF30, za obradu su korišteni karbidni alati i PCD alati. Uočena je razlika u habanju i promjenama vrijednosti istrošenosti između njih, te su uspoređeni parametri obrade oba. Materijal sečiva, oprema za obradu i broj obrađenih delova prikazani su u tabeli 1.
Tabela 1 Materijal sečiva, oprema za obradu i broj obrađenih delova
slika
Tokom procesa obrade pločica od cementnog karbida, sklono je habanju kratera, bočnog trošenja i trošenja žljebova na grabljivoj površini. U početnoj fazi trošenja alata, rezna ivica je sklona pucanju zbog ekstruzije karbonskih vlakana; površinski premaz se brzo oštećuje pod trenjem materijala od karbonskih vlakana, a matrica oštrice se brzo troši, uzrokujući dodatno smanjenje čvrstoće ivice i intenziviranje oštećenja rezne ivice; u ozbiljnom stanju U fazi habanja, bočna površina alata je ozbiljno istrošena i oblik luka vrha alata je oštećen (vidi sliku 4), što rezultira smanjenjem točnosti obrade dijelova, ozbiljnim prirubljivanjem i neravninama, i kvalitet površine se ne može garantovati.
slika
Slika 4 Oštećen je oblik luka vrha alata
Vrijednost polumjera luka vrha alata za oštricu prikazanu na slici 4 izmjerena pomoću OLYMPUS elektronskog mikroskopa velike snage je 0.34mm, a polumjer vrha nekorištene oštrice je 0.4mm. Razlika pokazuje da je odstupanje teoretskog položaja vrha alata -0.06mm. Prilikom obrade prema položaju vrha alata izmjerenom prilikom obrade prvog dijela, to znači da je greška konture obrade dijela +0.06mm. Upoređujući sliku tolerancije debljine stijenke dijelova prstena protiv trenja u mm, ova tolerancija je dovoljna da se dijelovi otpadnu.
Nakon upotrebe PCD polikristalnih dijamantskih alata za rezanje, habanje alata je efektivno poboljšano. Pod istim vremenom obrade i uslovima rezanja, samo prednja strana sečiva ima nizak stepen habanja, rezna ivica je u osnovi netaknuta, a oblik luka vrha alata održava visoku tačnost (vidi sliku 5), tačnost obrade dijelova je znatno poboljšan.
slika
Slika 5. Oblik luka vrha alata održava visoku preciznost
Slika 5 pokazuje da je polumjer luka vrha alata oštrice mjeren pomoću OLYMPUS elektronskog mikroskopa velike snage 0.385 mm, a polumjer vrha alata neiskorištenog sečiva je 0.4 mm. Razlika pokazuje da je odstupanje teoretskog položaja vrha alata -0.015 mm. Prilikom obrade prema položaju vrha alata izmjerenom prilikom obrade prvog dijela, to znači da je greška konture obrade dijela +0.015 mm. Upoređujući sliku tolerancije debljine stijenke dijelova prstena protiv trenja u mm, dijelovi su još uvijek kvalificirani u ovom trenutku.
Ovim ispitivanjem se može zaključiti da karbidni umetci nisu pogodni za struganje PEEK5600CF30 materijala, a PCD alati su pogodni za struganje PEEK5600CF30 materijala. Upotreba PCD alata razreda 20 može zadovoljiti potrebe. Cilindrični PCD alat za struganje odabran u stvarnoj obradi prikazan je na slici 6.
slika
Slika 6 Eksterni PCD alat za struganje
3.3 Analiza greške dimenzionalne tačnosti obrade
(1) Utjecaj sile rezanja alata na obradu antifrikcionih prstenova. Prilikom obrade delova, ako se CNC program sastavlja prema normalnoj veličini delova prstena protiv trenja, nađe se da oblik unutrašnje rupe i spoljašnjeg kruga nakon obrade imaju konus: na dužini od 1 0 do 12 mm, varijacija unutrašnje rupe dijela je 0.04~0.05 mm, a varijacija vanjskog kruga je 0,01~ 0,03 mm. Oblik unutrašnje rupe i vanjskog kruga prikazan je na slici 7.
slika
a) Teoretsko stanje dijelova nakon obrade b) Stvarno stanje dijelova nakon obrade
Slika 7 Unutrašnja rupa i oblik spoljašnjeg kruga
Analizira se razlog što usni dio dijela ima malu krutost, a alat popušta u procesu rezanja. Nakon obrade i otklanjanja grešaka, konus dijelova nakon obrade se kompenzira u CNC programu kako bi se bolje osigurala točnost obrade. Nakon probne obrade dijelova, postoji direktna veza između količine rezanja unutrašnje rupe i aksijalne dužine dijelova. Aksijalna veličina se povećava i deformacija otvora se povećava. Nakon kompenzacije konusa tokom procesa programiranja, preciznost obrade delova može se efikasno poboljšati.
(2) Uticaj trošenja alata na točnost dimenzija i kvalitet površine dijelova. Uzimajući za primjer obradu dijelova antifrikcionih prstenova, situacija provjerena na licu mjesta je sljedeća: nakon obrade 40{{10}} komada, zbog jakog habanja alata, ako se nastavlja se koristiti, preporučuje se svaki put obraditi 50 komada. Podesite vrednost kompenzacije alata i konus jednom, i podesite vrednost prečnika za 0,02 mm svaki put. Uslovi obrade su: koristiti CTX310 CNC mašinu za obradu PEEK5600CF30 šipke, a alat je domaći PCD alat za bušenje unutrašnjih rupa. Parametri obrade: brzina vretena 1800r/min, pomak 0,06mm/r, dodatak za završnu obradu 0,05mm, ne preporučuje se nastavak upotrebe nakon 700 do 800 komada, a alat se mora mijenjati. Razlog za ovu operaciju je što se sila rezanja povećava zbog trošenja alata, što zauzvrat utječe na točnost dimenzija i kvalitetu površine dijela. Vrijednost pomaka alata i CNC program moraju se prilagoditi na vrijeme kako bi se osigurala stopa kvalifikacije obrade dijela.
3.4 Parametri rezanja
Tabela 2 prikazuje preporučene ocjene PCD alata i odgovarajuće parametre rezanja. Uvjeti za korištenje ovog parametra: Alat za obradu je CTX310 CNC strug, debljina zida dijela je veća ili jednaka 1 mm, a vanjski promjer kruga obrade je 30 ~ 50 mm. Osim toga, imajte na umu da je proizvođač gornje korištene PCD oštrice SECO (Seco), a parametri alata drugih marki mogu se fino podesiti na osnovu toga.
Tabela 2 Preporučene PCD klase alata i odgovarajući parametri rezanja
