Introducera prestandan hos kolfiberförstärkta PEEK-material och de strukturella egenskaperna hos delar tillverkade av detta material, analysera svårigheterna med att bearbeta sådana material, välj polykristallina diamantverktyg och andra verktyg som forskningsobjekt och utforska polykristallina diamantverktyg baserat på designen av flera jämförande processexperiment. Användningen av diamantverktyg vid bearbetning av kolfiberarmerad plast (PEEK5600CF30) och bearbetningsparametrarna för vanliga verktyg.
1 Förord
Kolfiberförstärkt PEEK-material förbättrar effektivt materialets slitstyrka och mekaniska egenskaper efter tillsats av kolfiber. Det är en speciell teknisk plast med utmärkt prestanda. Bland dem gör den höga slitstyrkan och enastående mekaniska egenskaperna hos PEEK5600CF30-materialet att det används ofta i lufttät tätning och stödpositionering av delar. Stora problem har också stött på vid svarvning av PEEK5600CF30-material, såsom snabbt verktygsslitage och låg bearbetningseffektivitet. Vid bearbetning av högprecisionsdimensioner ändras verktygskompensationsvärdet kraftigt, och bearbetningsnoggrannheten är inte lätt att garantera. PCD (polykristallin diamant) verktygsmaterial har fördelarna med en tät partikelkombination, inte lätt att bryta och hög slitstyrka. Som ett svarvverktyg kan de främre och bakre vinklarna nå ett stort värde och skärkraften är liten. Den är lämplig för bearbetning av icke-metalliska material [1- 3].
2 Strukturella egenskaper och bearbetningsfrågor för delar
Utkastningskrokens slitageminskande ring som bearbetas av författarens enhet är gjord av kolfiberförstärkt ingenjörsplast PEEK5600CF30. Väggtjockleken på delen är 1 mm, ytråhetsvärdet för det inre hålet och den yttre cirkeln Ra är 1,6 μm och den yttre cirkeldiametern är 30 ~ 55 mm. , längden är 1~10 mm, delstrukturen och tredimensionell vy visas i figur 1 och figur 2.
bild
Figur 1 Antifriktionsringstruktur
Figur 2 Tredimensionell vy av antifriktionsringen
Det finns för närvarande tre stora problem för bearbetningen av PEEK specialplaster: för det första, användningen av hårdmetallverktyg för bearbetning, verktygets livslängd är extremt dålig; för det andra kan dimensionsnoggrannheten och ytråheten hos delarna inte garanteras effektivt under bearbetningen, och kvalitetsstabiliteten är dålig; tredje, svarvning. Bearbetningseffektiviteten är låg och skärparametrarna måste optimeras [4, 5].
3 lösningar
3.1 PCD skärverktyg
Ett allmänt PCD-verktyg består av tre delar: metallverktyg, PCD-lapp och limskikt. Figur 3 är ett schematiskt diagram av en typisk PCD-bladstruktur. Hårdmetallmatrisen och PCD-lappen är förbundna med ett limskikt.
bild
Figur 3 PCD-verktyg
Kvaliteten på PCD-verktyg bestäms huvudsakligen av slipkvaliteten på PCD-lappar och materialkvaliteten på PCD-lappar. För närvarande har stora inhemska PCD-verktygstillverkare kunnat uppnå lokalisering och precisionsbearbetning av PCD-material. Därför har priset på inhemska PCD-skärverktyg sjunkit från att vara ouppnåeligt på 1990-talet till i princip detsamma som högkvalitativ hårdmetall. Men jämfört med importerade PCD-verktyg har inhemska PCD-verktyg fortfarande vissa brister, såsom instabil kvalitet och kort livslängd. Vissa inhemska PCD-skärverktyg använder importerade material. På grund av inhemska bearbetningsnivåer ligger deras avancerade bearbetningsteknik fortfarande efter utländska länder. Beroende på storleken på diamantpartiklarna som utgör materialet är vanliga PCD-material indelade i 20, 30 och 30M kvaliteter. Ju större partikelstorlek, desto större materialkvalitet. I likhet med partikelstorleken hos hårdmetall har större partikelstorlekar bättre slitstyrka och är lämpliga för bearbetning av hårdare material.
3.2 Val av verktyg
Med bearbetningen av utstötningskrokens antislitring av en typisk del gjord av PEEK5600CF30 som testobjekt, användes hårdmetallverktyg respektive PCD-verktyg för bearbetning. Skillnaden i slitage och slitagevärdeförändringar mellan de två observerades, och bearbetningsparametrarna för de två jämfördes. Bladmaterialet, bearbetningsutrustningen och antalet bearbetade delar visas i tabell 1.
Tabell 1 Bladmaterial, bearbetningsutrustning och antal bearbetade delar
bild
Under bearbetningsprocessen av hårdmetallskär är kraterslitage, flankslitage och spårslitage på spånytan benägna att uppstå. I det inledande skedet av verktygsslitage är skäreggen benägen att spricka på grund av extruderingen av kolfiber; spånytbeläggningen skadas snabbt under friktionen av kolfibermaterialet, och bladmatrisen slits snabbt, vilket gör att eggstyrkan minskar ytterligare och skäreggskadan intensifieras; i allvarligt slitage, är verktygets flankyta allvarligt sliten och bågformen på verktygsspetsen är skadad (se figur 4), vilket resulterar i en minskning av delarnas bearbetningsnoggrannhet, allvarliga flänsar och grader, och ytkvaliteten kan inte garanteras.
bild
Figur 4 Bågformen på verktygsspetsen är skadad
Verktygsspetsbågens radievärde för bladet som visas i figur 4 mätt med ett OLYMPUS-elektronmikroskop med hög effekt är 0,34 mm och spetsradien för det oanvända bladet är 0,4 mm. Skillnaden visar att avvikelsen för den teoretiska verktygsspetsens position är -0,06 mm. Vid bearbetning enligt verktygsspetsens position uppmätt vid bearbetning av den första delen, betyder det att detaljbearbetningskonturfelet är +0.06 mm. Jämför man bilden av väggtjocklekstoleransen för antifriktionsringdelarna i mm, är denna tolerans tillräcklig för att delarna ska skrotas.
Efter att ha använt PCD polykristallina diamantskärverktyg har verktygsslitaget förbättrats effektivt. Under samma bearbetningstid och skärförhållanden har endast spånytan på bladet en låg grad av slitage, skäreggen är i princip intakt och bågformen på verktygsspetsen bibehåller hög noggrannhet (se figur 5), bearbetningsnoggrannheten delar har förbättrats avsevärt.
bild
Figur 5 Bågformen på verktygsspetsen bibehåller hög noggrannhet
Figur 5 visar att verktygsspetsens bågaradie för bladet mätt med ett OLYMPUS-elektronmikroskop med hög effekt är 0.385 mm, och verktygsspetsradien för det oanvända bladet är 0,4 mm. Skillnaden visar att avvikelsen för den teoretiska verktygsspetsens position är -0.015 mm. Vid bearbetning enligt verktygsspetsens position uppmätt vid bearbetning av den första delen betyder det att detaljbearbetningskonturfelet är +0.015 mm. Jämför man bilden av väggtjocklekstoleransen för antifriktionsringdelarna i mm, är delarna fortfarande kvalificerade för närvarande.
Genom detta test kan man dra slutsatsen att hårdmetallskär inte är lämpliga för svarvning av PEEK5600CF30-material, och PCD-verktyg är lämpliga för svarvning av PEEK5600CF30-material. Användningen av klass 20 PCD-verktyg kan tillgodose behoven. Det cylindriska PCD-svarvverktyget som valts i verklig bearbetning visas i figur 6.
bild
Figur 6 Externt PCD-svarvverktyg
3.3 Analys av bearbetningsdimensionell noggrannhetsfel
(1) Verktygets skärkrafts inverkan på bearbetningen av antifriktionsringar. Under bearbetningen av delar, om CNC-programmet kompileras enligt den normala storleken på antifriktionsringdelarna, visar det sig att formen på det inre hålet och den yttre cirkeln efter bearbetning har en avsmalning: på längden 1 0 till 12 mm, Variationen av delens inre hål är 0.04~0,05 mm, och variationen av den yttre cirkeln är 0,01~ 0,03 mm. Formen på det inre hålet och den yttre cirkeln visas i figur 7.
bild
a) Delarnas teoretiska tillstånd efter bearbetning b) Delarnas faktiska tillstånd efter bearbetning
Figur 7 Inre hål och yttre cirkelform
Anledningen analyseras att mundelen av delen har låg styvhet, och verktyget ger vika under skärprocessen. Efter bearbetning och felsökning kompenseras avsmalningen av delarna efter bearbetning i CNC-programmet för att bättre säkerställa bearbetningsnoggrannheten. Efter provbearbetning av delarna finns det ett direkt förhållande mellan skärmängden för det inre hålet och delarnas axiella längd. Den axiella storleken ökar och öppningens deformation ökar. Efter att ha kompenserat avsmalningen under programmeringsprocessen kan delarnas bearbetningsnoggrannhet förbättras effektivt.
(2) Verktygsslitagets inverkan på delarnas dimensionella noggrannhet och ytkvalitet. Om man tar bearbetningen av antifriktionsringdelar som ett exempel, är situationen verifierad på plats följande: efter bearbetning av 40{{10}} stycken, på grund av kraftigt verktygsslitage, om det fortsätter att användas, rekommenderas att bearbeta 50 stycken varje gång. Justera verktygskompensationsvärdet och avsmalnande en gång, och justera diametervärdet med 0,02 mm varje gång. Bearbetningsvillkoren är: använd CTX310 CNC-verktygsmaskin för att bearbeta PEEK5600CF30 stångmaterial, och verktyget är ett inhemskt PCD-borrverktyg för inre hål. Bearbetningsparametrar: spindelhastighet 1800 r/min, matningshastighet 0,06 mm/r, tillåten finbearbetning 0,05 mm, det rekommenderas inte att fortsätta använda det efter 700 till 800 stycken, och verktyget måste bytas. Anledningen till denna operation är att skärkraften ökar på grund av verktygsslitage, vilket i sin tur påverkar detaljens måttnoggrannhet och ytkvalitet. Verktygsoffsetvärdet och CNC-programmet måste justeras i tid för att säkerställa kvalificeringsgraden för detaljbearbetning.
3.4 Skärparametrar
Tabell 2 visar de rekommenderade PCD-verktygskvaliteterna och motsvarande skärparametrar. Villkor för användning av denna parameter: Bearbetningsmaskinen är en CTX310 CNC-svarv, delens väggtjocklek är större än eller lika med 1 mm, och bearbetningens yttre cirkeldiameter är 30 ~ 50 mm. Observera dessutom att tillverkaren av PCD-bladet som används ovan är SECO (Seco), och verktygsparametrarna från andra märken kan finjusteras utifrån detta.
Tabell 2 Rekommenderade PCD-verktygskvaliteter och motsvarande skärparametrar
