Presentare le prestazioni dei materiali PEEK rinforzati con fibra di carbonio e le caratteristiche strutturali delle parti realizzate con questo materiale, analizzare le difficoltà nella lavorazione di tali materiali, selezionare utensili diamantati policristallini e altri strumenti come oggetti di ricerca ed esplorare utensili diamantati policristallini basati sulla progettazione di molteplici esperimenti di processo comparativi. L'applicazione degli utensili diamantati nella lavorazione della plastica rinforzata con fibra di carbonio (PEEK5600CF30) e i parametri di lavorazione degli utensili comunemente utilizzati.
1 Prefazione
Il materiale PEEK rinforzato con fibra di carbonio migliora efficacemente la resistenza all'usura e le proprietà meccaniche del materiale dopo l'aggiunta di fibra di carbonio. È una plastica tecnica speciale con prestazioni eccellenti. Tra questi, l'elevata resistenza all'usura e le eccezionali proprietà meccaniche del materiale PEEK5600CF30 lo rendono ampiamente utilizzato nella sigillatura ermetica e nel posizionamento di supporto delle parti. Sono stati riscontrati grossi problemi anche durante la tornitura di materiali PEEK5600CF30, come la rapida usura dell'utensile e la bassa efficienza di lavorazione. Quando si elaborano dimensioni ad alta precisione, il valore di compensazione dell'utensile cambia notevolmente e la precisione dell'elaborazione non è facile da garantire. Il materiale per utensili PCD (diamante policristallino) presenta i vantaggi di una combinazione compatta di particelle, non facile da rompere e un'elevata resistenza all'usura. Come strumento di tornitura, gli angoli anteriore e posteriore possono raggiungere un valore elevato e la forza di taglio è ridotta. È adatto per la lavorazione di materiali non metallici [1- 3].
2 Caratteristiche strutturali e problematiche di lavorazione dei pezzi
L'anello di riduzione dell'usura del gancio di espulsione elaborato dall'unità dell'autore è realizzato in plastica tecnica rinforzata con fibra di carbonio PEEK5600CF30. Lo spessore della parete della parte è 1 mm, il valore di rugosità superficiale del foro interno e del cerchio esterno Ra è 1,6 μm e il diametro del cerchio esterno è 30~55 mm. , la lunghezza è 1~10 mm, la struttura della parte e la vista tridimensionale sono mostrate nella Figura 1 e nella Figura 2.
immagine
Figura 1 Struttura dell'anello antifrizione
Figura 2 Vista tridimensionale dell'anello antifrizione
Attualmente ci sono tre problemi principali che affliggono la lavorazione dei tecnopolimeri speciali PEEK: in primo luogo, l'uso di utensili in metallo duro per la lavorazione, la durata dell'utensile è estremamente scarsa; in secondo luogo, la precisione dimensionale e la ruvidità superficiale delle parti non possono essere garantite in modo efficace durante la lavorazione e la stabilità della qualità è scarsa; terzo, tornitura L'efficienza di lavorazione è bassa e i parametri di taglio devono essere ottimizzati [4, 5].
3 soluzioni
3.1 Utensili da taglio PCD
Uno strumento PCD generale è composto da tre parti: strumento metallico, patch PCD e strato adesivo. La Figura 3 è un diagramma schematico di una tipica struttura di pala PCD. La matrice metallica in carburo cementato e il cerotto in PCD sono collegati da uno strato adesivo.
immagine
Figura 3 Strumento PCD
La qualità degli utensili PCD è determinata principalmente dalla qualità di rettifica dei pezzetti PCD e dalla qualità del materiale dei pezzetti PCD. Allo stato attuale, i principali produttori nazionali di utensili PCD sono stati in grado di ottenere la localizzazione e la lavorazione di precisione dei materiali PCD. Pertanto, il prezzo degli utensili da taglio domestici in PCD è sceso dall'essere irraggiungibile negli anni '90 a sostanzialmente lo stesso del metallo duro di alta qualità. Tuttavia, rispetto agli utensili PCD importati, gli utensili PCD domestici presentano ancora alcuni difetti, come la qualità instabile e la breve durata. Alcuni utensili da taglio domestici in PCD utilizzano materiali importati. A causa dei livelli di lavorazione nazionali, la loro tecnologia di lavorazione dei bordi è ancora in ritardo rispetto ai paesi stranieri. A seconda della dimensione delle particelle di diamante che compongono il materiale, i materiali PCD comunemente utilizzati sono suddivisi in gradi 20, 30 e 30M. Maggiore è la dimensione delle particelle, maggiore è la qualità del materiale. Analogamente alla dimensione delle particelle del metallo duro, le dimensioni delle particelle più grandi hanno una migliore resistenza all'usura e sono adatte per la lavorazione di materiali più duri.
3.2 Selezione dello strumento
Prendendo come oggetto di prova la lavorazione dell'anello antiusura del gancio di espulsione di un tipico pezzo in PEEK5600CF30, per la lavorazione sono stati utilizzati rispettivamente utensili in metallo duro e utensili PCD. È stata osservata la differenza nell'usura e nelle variazioni del valore di usura tra i due e sono stati confrontati i parametri di lavorazione dei due. Il materiale della lama, l'attrezzatura di lavorazione e il numero di parti lavorate sono mostrati nella Tabella 1.
Tabella 1 Materiale della lama, attrezzatura di lavorazione e numero di parti lavorate
immagine
Durante il processo di lavorazione degli inserti in metallo duro, è probabile che si verifichino usura a cratere, usura sul fianco e usura della scanalatura sulla superficie di spoglia. Nella fase iniziale di usura dell'utensile, il tagliente è soggetto a fessurazioni dovute all'estrusione della fibra di carbonio; il rivestimento della superficie del rastrello viene rapidamente danneggiato sotto l'attrito del materiale in fibra di carbonio e la matrice della lama si usura rapidamente, provocando un'ulteriore riduzione della resistenza del tagliente e un'intensificazione del danno del tagliente; in grave Nella fase di usura, la superficie del fianco dell'utensile è seriamente usurata e la forma ad arco della punta dell'utensile è danneggiata (vedere Figura 4), con conseguente diminuzione della precisione di lavorazione delle parti, gravi flangiature e bave, e la qualità della superficie non può essere garantita.
immagine
Figura 4 La forma ad arco della punta dell'utensile è danneggiata
Il valore del raggio dell'arco della punta dell'utensile della lama mostrato nella Figura 4 misurato utilizzando un microscopio elettronico ad alta potenza OLYMPUS è 0,34 mm e il raggio della punta della lama non utilizzata è 0,4 mm. La differenza mostra che la deviazione della posizione teorica della punta dell'utensile è -0,06 mm. Quando si lavora in base alla posizione della punta dell'utensile misurata durante la lavorazione della prima parte, significa che l'errore del contorno di lavorazione della parte è +0.06mm. Confrontando l'immagine della tolleranza dello spessore delle pareti delle parti dell'anello antifrizione in mm, questa tolleranza è sufficiente a causare la rottamazione delle parti.
Dopo aver utilizzato utensili da taglio in diamante policristallino PCD, l'usura dell'utensile è stata effettivamente migliorata. A parità di tempo di lavorazione e condizioni di taglio, solo la superficie di spoglia della lama presenta un basso grado di usura, il tagliente è sostanzialmente intatto e la forma ad arco della punta dell'utensile mantiene un'elevata precisione (vedere Figura 5), la precisione di lavorazione delle parti è stato notevolmente migliorato.
immagine
Figura 5 La forma ad arco della punta dell'utensile mantiene un'elevata precisione
La Figura 5 mostra che il raggio dell'arco della punta dell'utensile della lama misurato utilizzando un microscopio elettronico ad alta potenza OLYMPUS è 0,385 mm e il raggio della punta dell'utensile della lama non utilizzata è 0,4 mm. La differenza mostra che la deviazione della posizione teorica della punta dell'utensile è -0,015 mm. Quando si lavora in base alla posizione della punta dell'utensile misurata durante la lavorazione della prima parte, significa che l'errore del contorno di lavorazione della parte è +0.015mm. Confrontando l'immagine della tolleranza dello spessore della parete delle parti dell'anello antifrizione in mm, le parti sono ancora qualificate in questo momento.
Attraverso questo test si può concludere che gli inserti in metallo duro non sono adatti per la tornitura di materiali PEEK5600CF30 e che gli utensili PCD sono adatti per la tornitura di materiali PEEK5600CF30. L'uso di utensili PCD di grado 20 può soddisfare le esigenze. L'utensile di tornitura cilindrico PCD selezionato nella lavorazione effettiva è mostrato nella Figura 6.
immagine
Figura 6 Utensile di tornitura PCD esterno
3.3 Analisi dell'errore di precisione dimensionale della lavorazione
(1) Influenza della forza di taglio dell'utensile sulla lavorazione degli anelli antifrizione. Durante la lavorazione delle parti, se il programma CNC viene compilato in base alla dimensione normale delle parti dell'anello antifrizione, si riscontra che la forma del foro interno e del cerchio esterno dopo la lavorazione hanno una rastremazione: sulla lunghezza di 1 da 0 a 12 mm, la variazione del foro interno della parte è 0.04~0,05 mm e la variazione del cerchio esterno è 0,01~ 0,03 mm. La forma del foro interno e del cerchio esterno è mostrata nella Figura 7.
immagine
a) Stato teorico dei pezzi dopo la lavorazione b) Stato reale dei pezzi dopo la lavorazione
Figura 7 Foro interno e forma del cerchio esterno
Viene analizzato il motivo per cui la parte di imboccatura del pezzo ha una bassa rigidità e l'utensile cede durante il processo di taglio. Dopo l'elaborazione e il debug, la rastremazione delle parti dopo l'elaborazione viene compensata nel programma CNC per garantire meglio la precisione dell'elaborazione. Dopo la lavorazione di prova delle parti, esiste una relazione diretta tra la quantità di taglio del foro interno e la lunghezza assiale delle parti. La dimensione assiale aumenta e la deformazione dell'orifizio aumenta. Dopo aver compensato la conicità durante il processo di programmazione, la precisione di lavorazione delle parti può essere effettivamente migliorata.
(2) L'impatto dell'usura dell'utensile sulla precisione dimensionale e sulla qualità della superficie delle parti. Prendendo come esempio la lavorazione di particolari di anelli antifrizione, la situazione verificata in cantiere è la seguente: dopo aver lavorato 40{{10}} pezzi, a causa della forte usura dell'utensile, se continua ad essere utilizzato, si consiglia di lavorare 50 pezzi ogni volta. Regolare il valore di compensazione e la conicità dell'utensile una volta e regolare ogni volta il valore del diametro di 0,02 mm. Le condizioni di lavorazione sono: utilizzare la macchina utensile CNC CTX310 per lavorare la barra PEEK5600CF30 e l'utensile è un utensile per alesatura di fori interni PCD domestico. Parametri di elaborazione: velocità del mandrino 1800 giri/min, velocità di avanzamento 0,06 mm/giro, sovrametallo di finitura 0,05 mm, non è consigliabile continuare a utilizzarlo dopo 700-800 pezzi e l'utensile deve essere cambiato. Il motivo di questa operazione è che la forza di taglio aumenta a causa dell'usura dell'utensile, che a sua volta influisce sulla precisione dimensionale e sulla qualità della superficie del pezzo. Il valore di offset dell'utensile e il programma CNC devono essere adattati in tempo per garantire il tasso di qualificazione della lavorazione della parte.
3.4 Parametri di taglio
La tabella 2 mostra i gradi di utensili PCD consigliati e i corrispondenti parametri di taglio. Condizioni per l'utilizzo di questo parametro: la macchina utensile di lavorazione è un tornio CNC CTX310, lo spessore della parete della parte è maggiore o uguale a 1 mm e il diametro del cerchio esterno di lavorazione è 30~50 mm. Inoltre, tenere presente che il produttore della lama PCD utilizzata sopra è SECO (Seco) e su questa base è possibile ottimizzare i parametri degli utensili di altre marche.
Tabella 2 Gradi di utensili PCD consigliati e parametri di taglio corrispondenti
