Introduceer de prestaties van met koolstofvezel versterkte PEEK-materialen en de structurele kenmerken van onderdelen gemaakt van dit materiaal, analyseer de moeilijkheden bij het verwerken van dergelijke materialen, selecteer polykristallijne diamantgereedschappen en andere gereedschappen als onderzoeksobjecten, en verken polykristallijne diamantgereedschappen op basis van het ontwerp van meerdere vergelijkende procesexperimenten. De toepassing van diamantgereedschappen bij het verwerken van koolstofvezelversterkte kunststoffen (PEEK5600CF30) en de verwerkingsparameters van veelgebruikte gereedschappen.
1 Voorwoord
Met koolstofvezel versterkt PEEK-materiaal verbetert effectief de slijtvastheid en mechanische eigenschappen van het materiaal na toevoeging van koolstofvezel. Het is een speciaal technisch plastic met uitstekende prestaties. Onder hen zorgen de hoge slijtvastheid en uitstekende mechanische eigenschappen van PEEK5600CF30-materiaal ervoor dat het op grote schaal wordt gebruikt in luchtdichte afdichtings- en ondersteuningspositioneringsonderdelen. Er zijn ook grote problemen ondervonden bij het draaien van PEEK5600CF30-materialen, zoals snelle slijtage van het gereedschap en een lage verwerkingsefficiëntie. Bij het verwerken van zeer nauwkeurige afmetingen verandert de waarde van de gereedschapscompensatie aanzienlijk en is de verwerkingsnauwkeurigheid niet eenvoudig te garanderen. PCD-gereedschapsmateriaal (polykristallijne diamant) heeft de voordelen van een strakke deeltjescombinatie, niet gemakkelijk te breken en een hoge slijtvastheid. Als draaigereedschap kunnen de voor- en achterhoeken een grote waarde bereiken en is de snijkracht klein. Het is geschikt voor het verwerken van niet-metalen materialen [1- 3].
2 Structurele kenmerken en verwerkingsproblemen van onderdelen
De slijtagereducerende ring van de uitwerphaak, verwerkt door de eenheid van de auteur, is gemaakt van met koolstofvezel versterkt technisch plastic PEEK5600CF30. De wanddikte van het onderdeel is 1 mm, de oppervlakteruwheidswaarde van het binnenste gat en de buitenste cirkel Ra is 1,6 μm en de diameter van de buitenste cirkel is 30 ~ 55 mm. De lengte is 1 ~ 10 mm, de onderdeelstructuur en het driedimensionale aanzicht worden weergegeven in Figuur 1 en Figuur 2.
afbeelding
Figuur 1 Antiwrijvingsringstructuur
Figuur 2 Driedimensionaal aanzicht van de antiwrijvingsring
Er zijn momenteel drie grote problemen bij de verwerking van speciale PEEK-kunststoffen: ten eerste het gebruik van hardmetalen gereedschappen voor de verwerking, de standtijd van het gereedschap is extreem slecht; ten tweede kunnen de maatnauwkeurigheid en oppervlakteruwheid van de onderdelen tijdens de verwerking niet effectief worden gegarandeerd en is de kwaliteitsstabiliteit slecht; ten derde, draaien. De verwerkingsefficiëntie is laag en de snijparameters moeten worden geoptimaliseerd [4, 5].
3 oplossingen
3.1 PCD-snijgereedschappen
Een algemeen PCD-gereedschap bestaat uit drie delen: metalen gereedschap, PCD-pleister en lijmlaag. Figuur 3 is een schematisch diagram van een typische PCD-bladstructuur. De gecementeerde carbide-metaalmatrix en de PCD-patch zijn verbonden door een lijmlaag.
afbeelding
Figuur 3 PCD-tool
De kwaliteit van PCD-gereedschappen wordt voornamelijk bepaald door de slijpkwaliteit van PCD-pleisters en de materiaalkwaliteit van PCD-pleisters. Momenteel zijn grote binnenlandse fabrikanten van PCD-gereedschappen erin geslaagd de lokalisatie en precisieverwerking van PCD-materialen te realiseren. Daarom is de prijs van binnenlandse PCD-snijgereedschappen gedaald van onhaalbaar in de jaren negentig tot vrijwel hetzelfde als die van hoogwaardig hardmetaal. Vergeleken met geïmporteerde PCD-tools vertonen binnenlandse PCD-tools echter nog steeds enkele tekortkomingen, zoals onstabiele kwaliteit en een korte levensduur. Sommige binnenlandse PCD-snijgereedschappen gebruiken geïmporteerde materialen. Vanwege de binnenlandse verwerkingsniveaus blijft hun edge-verwerkingstechnologie nog steeds achter bij het buitenland. Afhankelijk van de grootte van de diamantdeeltjes waaruit het materiaal bestaat, worden veelgebruikte PCD-materialen onderverdeeld in 20-, 30- en 30M-kwaliteiten. Hoe groter de deeltjesgrootte, hoe groter de materiaalkwaliteit. Vergelijkbaar met de deeltjesgrootte van gecementeerd carbide, hebben grotere deeltjes een betere slijtvastheid en zijn ze geschikt voor de verwerking van hardere materialen.
3.2 Gereedschapsselectie
Door de verwerking van de antislijtagering van de uitwerphaak van een typisch onderdeel gemaakt van PEEK5600CF30 als testobject te nemen, werden respectievelijk hardmetalen gereedschappen en PCD-gereedschappen gebruikt voor de verwerking. Het verschil in slijtage en veranderingen in de slijtagewaarde tussen de twee werden waargenomen en de verwerkingsparameters van de twee werden vergeleken. Het bladmateriaal, de verwerkingsapparatuur en het aantal verwerkte onderdelen worden weergegeven in Tabel 1.
Tabel 1 Materiaal van het mes, verwerkingsapparatuur en aantal verwerkte onderdelen
afbeelding
Tijdens het bewerkingsproces van hardmetalen wisselplaten kan kraterslijtage, flankslijtage en groefslijtage op het spaanvlak optreden. In de beginfase van gereedschapslijtage is de snijkant gevoelig voor scheuren als gevolg van de extrusie van koolstofvezel; de coating van het harkoppervlak wordt snel beschadigd onder de wrijving van het koolstofvezelmateriaal, en de bladmatrix slijt snel, waardoor de randsterkte verder afneemt en de schade aan de snijrand toeneemt; bij ernstige slijtage In de slijtagefase is het flankoppervlak van het gereedschap ernstig versleten en is de boogvorm van de gereedschapspunt beschadigd (zie figuur 4), wat resulteert in een afname van de bewerkingsnauwkeurigheid van de onderdelen, ernstige flenzen en bramen, en de oppervlaktekwaliteit kan niet worden gegarandeerd.
afbeelding
Figuur 4 De boogvorm van de gereedschapspunt is beschadigd
De boogradiuswaarde van het gereedschapspunt van het in Figuur 4 getoonde blad, gemeten met behulp van een krachtige elektronenmicroscoop van OLYMPUS, is 0.34 mm, en de puntradius van het ongebruikte blad is 0.4 mm. Uit het verschil blijkt dat de afwijking van de theoretische gereedschapspuntpositie -0,06 mm bedraagt. Bij verwerking volgens de positie van de gereedschapspunt gemeten bij de verwerking van het eerste onderdeel, betekent dit dat de contourfout van de verwerking van het onderdeel +0.06 mm is. Als we de afbeelding van de wanddiktetolerantie van de wrijvingsringonderdelen in mm vergelijken, is deze tolerantie voldoende om ervoor te zorgen dat de onderdelen worden gesloopt.
Na het gebruik van PCD-polykristallijne diamantsnijgereedschappen is de gereedschapslijtage effectief verbeterd. Onder dezelfde verwerkingstijd en snijomstandigheden vertoont alleen het snijvlak van het blad een lage mate van slijtage, is de snijkant in principe intact en behoudt de boogvorm van de gereedschapspunt een hoge nauwkeurigheid (zie figuur 5), de nauwkeurigheid van de bewerking van onderdelen is sterk verbeterd.
afbeelding
Afbeelding 5 De boogvorm van de gereedschapspunt zorgt voor een hoge nauwkeurigheid
Figuur 5 laat zien dat de gereedschapspuntboogradius van het blad, gemeten met behulp van een OLYMPUS krachtige elektronenmicroscoop, 0.385 mm bedraagt, en de gereedschapspuntradius van het ongebruikte blad is 0.4 mm. Uit het verschil blijkt dat de afwijking van de theoretische gereedschapspuntpositie -0,015 mm bedraagt. Bij verwerking volgens de positie van de gereedschapspunt gemeten bij de verwerking van het eerste onderdeel, betekent dit dat de contourfout van de verwerking van het onderdeel +0.015 mm is. Als we het beeld van de wanddiktetolerantie van de wrijvingsringonderdelen in mm vergelijken, zijn de onderdelen op dit moment nog steeds gekwalificeerd.
Uit deze test kan worden geconcludeerd dat hardmetalen wisselplaten niet geschikt zijn voor het draaien van PEEK5600CF30-materialen, en dat PCD-gereedschappen geschikt zijn voor het draaien van PEEK5600CF30-materialen. Het gebruik van PCD-tools van klasse 20 kan aan de behoeften voldoen. Het cilindrische PCD-draaigereedschap dat tijdens de daadwerkelijke verwerking is geselecteerd, wordt weergegeven in Figuur 6.
afbeelding
Figuur 6 Extern PCD-draaigereedschap
3.3 Analyse van de verwerkingsmaatnauwkeurigheidsfout
(1) De invloed van de snijkracht van het gereedschap op de verwerking van antiwrijvingsringen. Als tijdens de verwerking van onderdelen het CNC-programma wordt samengesteld volgens de normale grootte van de antiwrijvingsringonderdelen, blijkt dat de vorm van het binnenste gat en de buitenste cirkel na verwerking taps toelopen: over de lengte van 1 0 tot 12 mm, de variatie van het binnenste gat van het onderdeel is 0.04~0.05 mm, en de variatie van de buitenste cirkel is 0,01~ 0,03 mm. De vorm van het binnenste gat en de buitenste cirkel wordt weergegeven in Figuur 7.
afbeelding
a) Theoretische staat van onderdelen na bewerking. b) Werkelijke staat van onderdelen na bewerking
Figuur 7 Vorm van binnengat en buitencirkel
De reden wordt geanalyseerd dat het mondgedeelte van het onderdeel een lage stijfheid heeft en dat het gereedschap bezwijkt tijdens het snijproces. Na verwerking en debuggen wordt de conus van de onderdelen na verwerking gecompenseerd in het CNC-programma om de verwerkingsnauwkeurigheid beter te garanderen. Na proefbewerking van de onderdelen is er een directe relatie tussen de snijhoeveelheid van het binnengat en de axiale lengte van de onderdelen. De axiale afmeting neemt toe en de vervorming van de opening neemt toe. Na het compenseren van de conus tijdens het programmeerproces kan de bewerkingsnauwkeurigheid van de onderdelen effectief worden verbeterd.
(2) De impact van gereedschapslijtage op de maatnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit van onderdelen. Als we de verwerking van onderdelen van de wrijvingsring als voorbeeld nemen, is de ter plaatse geverifieerde situatie als volgt: na verwerking van 40{{10}} stukken, als gevolg van ernstige gereedschapsslijtage, als deze Als het product nog steeds wordt gebruikt, wordt aanbevolen om elke keer 50 stuks te verwerken. Pas de gereedschapscompensatiewaarde aan en taps toe, en pas de diameterwaarde elke keer met 0,02 mm aan. De verwerkingsomstandigheden zijn: gebruik CTX310 CNC-werktuigmachine om PEEK5600CF30-stafmateriaal te verwerken, en het gereedschap is een huishoudelijk PCD-binnengatboorgereedschap. Verwerkingsparameters: spiltoerental 1800 omw/min, voedingssnelheid 0,06 mm/omw, nabewerkingstoeslag 0,05 mm, het wordt niet aanbevolen om het na 700 tot 800 stuks te blijven gebruiken en het gereedschap moet worden vervangen. De reden voor deze bewerking is dat de snijkracht toeneemt als gevolg van gereedschapsslijtage, wat op zijn beurt de maatnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit van het onderdeel beïnvloedt. De gereedschapscorrectiewaarde en het CNC-programma moeten op tijd worden aangepast om het kwalificatiepercentage voor de verwerking van onderdelen te garanderen.
3.4 Snijparameters
Tabel 2 toont de aanbevolen PCD-gereedschapskwaliteiten en bijbehorende snijparameters. Voorwaarden voor het gebruik van deze parameter: De bewerkingsmachine is een CTX310 CNC-draaibank, de wanddikte van het onderdeel is groter dan of gelijk aan 1 mm en de buitendiameter van de bewerkingscirkel is 30 ~ 50 mm. Houd er bovendien rekening mee dat de fabrikant van het hierboven gebruikte PCD-blad SECO (Seco) is en dat de gereedschapsparameters van andere merken op deze basis kunnen worden verfijnd.
Tabel 2 Aanbevolen PCD-gereedschapskwaliteiten en bijbehorende snijparameters
