Apresentar o desempenho dos materiais PEEK reforçados com fibra de carbono e as características estruturais das peças feitas com este material, analisar as dificuldades no processamento desses materiais, selecionar ferramentas de diamante policristalino e outras ferramentas como objetos de pesquisa e explorar ferramentas de diamante policristalino com base no projeto de múltiplos experimentos comparativos de processos. A aplicação de ferramentas diamantadas no processamento de plásticos reforçados com fibra de carbono (PEEK5600CF30) e os parâmetros de processamento de ferramentas comumente usadas.
1 Prefácio
O material PEEK reforçado com fibra de carbono melhora efetivamente a resistência ao desgaste e as propriedades mecânicas do material após a adição de fibra de carbono. É um plástico de engenharia especial com excelente desempenho. Entre eles, a alta resistência ao desgaste e excelentes propriedades mecânicas do material PEEK5600CF30 o tornam amplamente utilizado em vedação hermética e peças de posicionamento de suporte. Grandes problemas também foram encontrados ao tornear materiais PEEK5600CF30, como desgaste rápido da ferramenta e baixa eficiência de processamento. Ao processar dimensões de alta precisão, o valor de compensação da ferramenta muda muito e a precisão do processamento não é fácil de garantir. O material da ferramenta PCD (diamante policristalino) tem as vantagens de uma combinação compacta de partículas, não é fácil de quebrar e alta resistência ao desgaste. Como ferramenta de torneamento, os ângulos frontal e traseiro podem atingir um valor grande e a força de corte é pequena. É adequado para processar materiais não metálicos [1- 3].
2 Características estruturais e questões de processamento de peças
O anel redutor de desgaste do gancho de ejeção processado pela unidade do autor é feito de plástico de engenharia reforçado com fibra de carbono PEEK5600CF30. A espessura da parede da peça é de 1 mm, o valor da rugosidade da superfície do furo interno e do círculo externo Ra é de 1,6 μm e o diâmetro do círculo externo é de 30 ~ 55 mm. , o comprimento é de 1 ~ 10 mm, a estrutura da peça e a vista tridimensional são mostradas na Figura 1 e na Figura 2.
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Figura 1 Estrutura do anel antifricção
Figura 2 Vista tridimensional do anel antifricção
Existem atualmente três grandes problemas enfrentados no processamento de plásticos especiais de engenharia PEEK: primeiro, o uso de ferramentas de metal duro para processamento, a vida útil da ferramenta é extremamente baixa; em segundo lugar, a precisão dimensional e a rugosidade da superfície das peças não podem ser garantidas de forma eficaz durante o processamento e a estabilidade da qualidade é fraca; terceiro, torneamento A eficiência do processamento é baixa e os parâmetros de corte precisam ser otimizados [4, 5].
3 soluções
3.1 Ferramentas de corte PCD
Uma ferramenta geral de PCD consiste em três partes: ferramenta de metal, remendo de PCD e camada adesiva. A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma estrutura típica de lâmina de PCD. A matriz metálica de metal duro e o remendo PCD são conectados por uma camada adesiva.
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Figura 3 Ferramenta PCD
A qualidade das ferramentas de PCD é determinada principalmente pela qualidade de retificação dos remendos de PCD e pela qualidade do material dos remendos de PCD. Atualmente, os principais fabricantes nacionais de ferramentas de PCD conseguiram obter localização e processamento preciso de materiais de PCD. Portanto, o preço das ferramentas de corte PCD domésticas caiu de inatingível na década de 1990 para basicamente o mesmo que o metal duro de alta qualidade. No entanto, em comparação com as ferramentas de PCD importadas, as ferramentas de PCD nacionais ainda apresentam algumas deficiências, como qualidade instável e vida útil curta. Algumas ferramentas de corte PCD domésticas usam materiais importados. Devido aos níveis de processamento interno, sua tecnologia de processamento de ponta ainda está atrasada em relação aos países estrangeiros. De acordo com o tamanho das partículas de diamante que compõem o material, os materiais PCD comumente usados são divididos em graus 20, 30 e 30M. Quanto maior o tamanho da partícula, maior será o grau do material. Semelhante ao tamanho das partículas do metal duro, partículas maiores têm melhor resistência ao desgaste e são adequadas para processar materiais mais duros.
3.2 Seleção de ferramenta
Tomando o processamento do anel antidesgaste do gancho de ejeção de uma peça típica feita de PEEK5600CF30 como objeto de teste, ferramentas de metal duro e ferramentas de PCD foram usadas para processamento, respectivamente. A diferença no desgaste e nas alterações do valor de desgaste entre os dois foram observadas e os parâmetros de processamento dos dois foram comparados. O material da lâmina, equipamento de processamento e número de peças processadas são mostrados na Tabela 1.
Tabela 1 Material da lâmina, equipamento de processamento e número de peças processadas
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Durante o processo de usinagem de pastilhas de metal duro, é provável que ocorra desgaste de cratera, desgaste de flanco e desgaste de canal na face de saída. No estágio inicial de desgaste da ferramenta, a aresta de corte está sujeita a trincas devido à extrusão da fibra de carbono; o revestimento da superfície inclinada é rapidamente danificado sob o atrito do material de fibra de carbono, e a matriz da lâmina se desgasta rapidamente, fazendo com que a resistência da aresta seja ainda mais reduzida e os danos da aresta de corte se intensifiquem; em severo No estágio de desgaste, a superfície do flanco da ferramenta está seriamente desgastada e o formato do arco da ponta da ferramenta é danificado (veja a Figura 4), resultando em uma diminuição na precisão de usinagem das peças, flanges e rebarbas graves, e a qualidade da superfície não pode ser garantida.
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Figura 4 O formato do arco da ponta da ferramenta está danificado
O valor do raio do arco da ponta da ferramenta da lâmina mostrado na Figura 4, medido usando um microscópio eletrônico de alta potência OLYMPUS, é de 0,34 mm, e o raio da ponta da lâmina não utilizada é de 0,4 mm. A diferença mostra que o desvio da posição teórica da ponta da ferramenta é de -0,06 mm. Ao processar de acordo com a posição da ponta da ferramenta medida ao processar a primeira peça, isso significa que o erro de contorno de processamento da peça é de +0,06 mm. Comparando a imagem da tolerância de espessura da parede das peças do anel antifricção em mm, essa tolerância é suficiente para fazer com que as peças sejam sucateadas.
Depois de usar ferramentas de corte de diamante policristalino PCD, o desgaste da ferramenta foi efetivamente melhorado. Sob o mesmo tempo de processamento e condições de corte, apenas a face de saída da lâmina apresenta um baixo grau de desgaste, a aresta de corte está basicamente intacta e o formato do arco da ponta da ferramenta mantém alta precisão (ver Figura 5), a precisão de usinagem de peças foi muito melhorado.
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Figura 5 O formato do arco da ponta da ferramenta mantém alta precisão
A Figura 5 mostra que o raio do arco da ponta da ferramenta da lâmina medido usando um microscópio eletrônico de alta potência OLYMPUS é de 0,385 mm, e o raio da ponta da ferramenta da lâmina não utilizada é de 0,4 mm. A diferença mostra que o desvio da posição teórica da ponta da ferramenta é de -0,015 mm. Ao processar de acordo com a posição da ponta da ferramenta medida ao processar a primeira peça, significa que o erro de contorno de processamento da peça é de +0,015mm. Comparando a imagem da tolerância da espessura da parede das peças do anel antifricção em mm, as peças ainda estão qualificadas neste momento.
Através deste teste, pode-se concluir que as pastilhas de metal duro não são adequadas para tornear materiais PEEK5600CF30 e as ferramentas PCD são adequadas para tornear materiais PEEK5600CF30. O uso de ferramentas PCD grau 20 pode atender às necessidades. A ferramenta de torneamento PCD cilíndrico selecionada no processamento real é mostrada na Figura 6.
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Figura 6 Ferramenta externa de torneamento PCD
3.3 Análise do erro de precisão dimensional do processamento
(1) A influência da força de corte da ferramenta no processamento de anéis antifricção. Durante o processamento das peças, se o programa CNC for compilado de acordo com o tamanho normal das peças do anel antifricção, verifica-se que o formato do furo interno e do círculo externo após o processamento apresenta uma conicidade: no comprimento de 1 0 a 12 mm, a variação do furo interno da peça é 0.04~0,05mm, e a variação do círculo externo é 0,01~ 0,03 mm. A forma do furo interno e do círculo externo é mostrada na Figura 7.
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a) Estado teórico das peças após processamento b) Estado real das peças após processamento
Figura 7 Orifício interno e formato de círculo externo
O motivo analisado é que a boca da peça apresenta baixa rigidez e a ferramenta cede durante o processo de corte. Após o processamento e depuração, a conicidade das peças após o processamento é compensada no programa CNC para melhor garantir a precisão do processamento. Após a usinagem experimental das peças, existe uma relação direta entre a quantidade de corte do furo interno e o comprimento axial das peças. O tamanho axial aumenta e a deformação do orifício aumenta. Depois de compensar a conicidade durante o processo de programação, a precisão de usinagem das peças pode ser efetivamente melhorada.
(2) O impacto do desgaste da ferramenta na precisão dimensional e na qualidade superficial das peças. Tomando como exemplo o processamento de peças de anéis antifricção, a situação verificada em obra é a seguinte: após o processamento de 40{{10}} peças, devido ao desgaste severo da ferramenta, se continua a ser usado, recomenda-se processar 50 peças de cada vez. Ajuste o valor de compensação da ferramenta e afunilamento uma vez e ajuste o valor do diâmetro em 0,02 mm a cada vez. As condições de processamento são: usar a máquina-ferramenta CNC CTX310 para processar barra PEEK5600CF30, e a ferramenta é uma ferramenta doméstica de mandrilamento de furo interno PCD. Parâmetros de processamento: velocidade do fuso 1800r/min, avanço 0,06mm/r, tolerância de usinagem de acabamento 0,05mm, não é recomendado continuar usando após 700 a 800 peças, e a ferramenta deve ser trocada. A razão para esta operação é que a força de corte aumenta devido ao desgaste da ferramenta, o que por sua vez afeta a precisão dimensional e a qualidade superficial da peça. O valor do deslocamento da ferramenta e o programa CNC devem ser ajustados a tempo para garantir a taxa de qualificação do processamento da peça.
3.4 Parâmetros de corte
A Tabela 2 mostra as classes de ferramentas de PCD recomendadas e os parâmetros de corte correspondentes. Condições para a utilização deste parâmetro: A máquina-ferramenta de processamento é um torno CNC CTX310, a espessura da parede da peça é maior ou igual a 1 mm e o diâmetro do círculo externo de processamento é de 30 ~ 50 mm. Além disso, observe que o fabricante da lâmina PCD usada acima é SECO (Seco), e os parâmetros da ferramenta de outras marcas podem ser ajustados com base nisso.
Tabela 2 Classes de ferramentas PCD recomendadas e parâmetros de corte correspondentes
