Познакомить с характеристиками материалов ПЭЭК, армированных углеродным волокном, и структурными характеристиками деталей из этого материала, проанализировать трудности обработки таких материалов, выбрать поликристаллические алмазные инструменты и другие инструменты в качестве объектов исследования, изучить поликристаллические алмазные инструменты на основе конструкции множества сравнительные технологические эксперименты. Применение алмазного инструмента при обработке углепластиков (PEEK5600CF30) и параметры обработки обычно используемых инструментов.
1 Предисловие
Усиленный углеродным волокном материал PEEK эффективно улучшает износостойкость и механические свойства материала после добавления углеродного волокна. Это специальный инженерный пластик с отличными характеристиками. Среди них высокая износостойкость и выдающиеся механические свойства материала PEEK5600CF30 делают его широко используемым в герметичных уплотнительных и опорных деталях. При токарной обработке материалов PEEK5600CF30 также возникали серьезные проблемы, такие как быстрый износ инструмента и низкая эффективность обработки. При обработке высокоточных размеров значение компенсации инструмента сильно меняется, и точность обработки гарантировать непросто. Инструментальный материал PCD (поликристаллический алмаз) обладает преимуществами плотного сочетания частиц, его нелегко сломать и он обладает высокой износостойкостью. В токарном инструменте передний и задний углы могут достигать больших значений, а сила резания мала. Подходит для обработки неметаллических материалов [1- 3].
2 Конструктивные характеристики и вопросы обработки деталей
Изнашиваемое кольцо выбрасывающего крюка, обработанное на авторской установке, изготовлено из углепластика PEEK5600CF30. Толщина стенки детали составляет 1 мм, шероховатость поверхности внутреннего отверстия и внешнего круга Ra составляет 1,6 мкм, а диаметр внешнего круга составляет 30–55 мм. Длина составляет 1–10 мм, структура детали и трехмерный вид показаны на рисунках 1 и 2.
картина
Рисунок 1. Конструкция антифрикционного кольца.
Рисунок 2 Трехмерный вид антифрикционного кольца
В настоящее время при обработке специальных конструкционных пластмасс PEEK возникают три основные проблемы: во-первых, использование твердосплавных инструментов для обработки, срок службы инструмента крайне низкий; во-вторых, точность размеров и шероховатость поверхности деталей не могут быть эффективно гарантированы во время обработки, а стабильность качества низкая; в-третьих, токарная обработка. Эффективность обработки низкая и параметры резания требуют оптимизации [4, 5].
3 решения
3.1 Режущие инструменты из PCD
Обычный инструмент PCD состоит из трех частей: металлического инструмента, пластыря PCD и клеевого слоя. На рисунке 3 представлена схема типичной структуры лезвия PCD. Металлическая матрица из цементированного карбида и накладка из PCD соединены клеевым слоем.
картина
Рис. 3. Инструмент PCD
Качество инструментов PCD в основном определяется качеством шлифования заплат PCD и качеством материала заплаток PCD. В настоящее время крупным отечественным производителям инструментов из ПКА удалось добиться локализации и точной обработки материалов ПКА. Таким образом, цена на отечественные режущие инструменты из PCD упала с недостижимой в 1990-х годах до практически такой же, как на высококачественный твердый сплав. Однако по сравнению с импортными инструментами из ПКА отечественные инструменты из ПКА все же имеют некоторые недостатки, такие как нестабильное качество и короткий срок службы. В некоторых отечественных режущих инструментах из ПКА используются импортные материалы. Из-за внутреннего уровня обработки их технология обработки кромок все еще отстает от зарубежных стран. В зависимости от размера алмазных частиц, входящих в состав материала, обычно используемые материалы PCD делятся на марки 20, 30 и 30M. Чем больше размер частиц, тем выше марка материала. Подобно размеру частиц цементированного карбида, частицы большего размера обладают лучшей износостойкостью и подходят для обработки более твердых материалов.
3.2 Выбор инструмента
Принимая в качестве объекта испытаний обработку противоизносного кольца выталкивающего крючка типичной детали из PEEK5600CF30, для обработки использовались твердосплавные инструменты и инструменты из PCD соответственно. Наблюдали разницу в износе и изменениях значений износа между ними и сравнивали параметры обработки этих двух материалов. Материал лопатки, технологическое оборудование и количество обрабатываемых деталей приведены в таблице 1.
Таблица 1. Материал лезвия, технологическое оборудование и количество обрабатываемых деталей
картина
В процессе обработки твердосплавных пластин часто возникает кратерный, боковой и канавочный износ на передней поверхности. На начальном этапе износа инструмента режущая кромка склонна к растрескиванию из-за выдавливания углеродного волокна; покрытие передней поверхности быстро повреждается при трении материала из углеродного волокна, а матрица лезвия быстро изнашивается, что приводит к дальнейшему снижению прочности кромки и усилению повреждения режущей кромки; в тяжелой стадии износа боковая поверхность инструмента серьезно изнашивается и повреждается дугообразная форма вершины инструмента (см. рисунок 4), что приводит к снижению точности обработки деталей, серьезным отбортовкам и заусенцам, а также качество поверхности не может быть гарантировано.
картина
Рисунок 4. Дугообразная форма кончика инструмента повреждена.
Значение радиуса дуги кончика лезвия, показанное на рисунке 4, измеренное с помощью мощного электронного микроскопа OLYMPUS, составляет 0,34 мм, а радиус кончика неиспользованного лезвия составляет 0,4 мм. Разница показывает, что отклонение теоретического положения кончика инструмента составляет -0,06 мм. При обработке в соответствии с положением кончика инструмента, измеренным при обработке первой детали, это означает, что ошибка контура обработки детали составляет +0,06 мм. Сравнивая картину допуска толщины стенки деталей антифрикционного кольца в мм, этого допуска достаточно, чтобы привести к сдаче деталей в лом.
После использования режущих инструментов из поликристаллического алмаза PCD износ инструмента значительно улучшился. При одинаковом времени обработки и условиях резания только передняя поверхность лезвия имеет низкую степень износа, режущая кромка практически не повреждена, а форма дуги кончика инструмента сохраняет высокую точность (см. Рисунок 5), точность обработки деталей было значительно улучшено.
картина
Рисунок 5. Дугообразная форма кончика инструмента обеспечивает высокую точность.
На рисунке 5 показано, что радиус дуги острия лезвия, измеренный с помощью мощного электронного микроскопа OLYMPUS, составляет 0,385 мм, а радиус острия неиспользованного лезвия составляет 0,4 мм. Разница показывает, что отклонение теоретического положения кончика инструмента составляет -0,015 мм. При обработке в соответствии с положением кончика инструмента, измеренным при обработке первой детали, это означает, что ошибка контура обработки детали составляет +0,015 мм. Сравнивая изображение допуска на толщину стенок деталей антифрикционного кольца в мм, можно сделать вывод, что на данный момент детали все еще аттестованы.
По результатам этого испытания можно сделать вывод, что твердосплавные пластины не подходят для точения материалов PEEK5600CF30, а инструменты из поликристаллического алмаза подходят для точения материалов PEEK5600CF30. Использование инструментов PCD класса 20 может удовлетворить эти потребности. Цилиндрический токарный инструмент из PCD, выбранный для фактической обработки, показан на рисунке 6.
картина
Рисунок 6. Внешний токарный инструмент PCD
3.3 Анализ погрешности точности обработки
(1) Влияние силы резания инструмента на обработку антифрикционных колец. При обработке деталей, если программа ЧПУ составлена по нормальному размеру детали антифрикционного кольца, обнаруживается, что форма внутреннего отверстия и наружного круга после обработки имеют конусность: на длине 1 0 до 12 мм. Отклонение внутреннего отверстия детали составляет 0.04~0.05 мм, а отклонение внешнего круга составляет 0,01~. 0,03 мм. Форма внутреннего отверстия и внешнего круга показана на рисунке 7.
картина
а) Теоретическое состояние деталей после обработки б) Фактическое состояние деталей после обработки
Рисунок 7. Форма внутреннего отверстия и внешнего круга.
Анализируется причина того, что устьевая часть детали имеет низкую жесткость, и инструмент поддается в процессе резания. После обработки и отладки конусность деталей после обработки компенсируется в программе ЧПУ, чтобы лучше обеспечить точность обработки. После пробной обработки деталей существует прямая зависимость между величиной резания внутреннего отверстия и осевой длиной деталей. Осевой размер увеличивается и деформация отверстия увеличивается. После компенсации конусности в процессе программирования точность обработки деталей может быть эффективно повышена.
(2) Влияние износа инструмента на точность размеров и качество поверхности деталей. На примере обработки деталей антифрикционных колец ситуация, проверенная на месте, следующая: после обработки 40{{10}} деталей из-за сильного износа инструмента, если он продолжает использоваться, рекомендуется каждый раз обрабатывать 50 штук. Отрегулируйте значение компенсации инструмента и конус один раз и каждый раз регулируйте значение диаметра на 0,02 мм. Условия обработки: используйте станок с ЧПУ CTX310 для обработки прутка PEEK5600CF30, этот инструмент представляет собой отечественный инструмент для растачивания внутренних отверстий PCD. Параметры обработки: скорость шпинделя 1800 об/мин, скорость подачи 0,06 мм/об, припуск на чистовую обработку 0,05 мм, не рекомендуется продолжать использовать после 700–800 деталей, инструмент необходимо заменить. Причина данной операции в том, что сила резания увеличивается из-за износа инструмента, что, в свою очередь, влияет на точность размеров и качество поверхности детали. Значение коррекции инструмента и программа ЧПУ должны быть скорректированы вовремя, чтобы обеспечить скорость квалификации обработки детали.
3.4 Параметры резки
В Таблице 2 показаны рекомендуемые марки инструмента PCD и соответствующие параметры резания. Условия использования этого параметра: обрабатывающий станок представляет собой токарный станок с ЧПУ CTX310, толщина стенки детали больше или равна 1 мм, а диаметр внешнего круга обработки составляет 30–50 мм. Кроме того, обратите внимание, что производителем используемого выше лезвия PCD является SECO (Секо), и на этой основе возможна тонкая настройка параметров инструмента других марок.
Таблица 2. Рекомендуемые марки инструмента PCD и соответствующие параметры резания
