معرفی عملکرد مواد PEEK تقویت شده با فیبر کربن و ویژگی های ساختاری قطعات ساخته شده از این ماده، تجزیه و تحلیل مشکلات در پردازش چنین مواد، انتخاب ابزارهای الماس پلی کریستالی و سایر ابزارها به عنوان اشیاء تحقیقاتی، و کاوش ابزارهای الماس پلی کریستالی بر اساس طراحی چندگانه آزمایش های فرآیند مقایسه ای کاربرد ابزارهای الماسی در پردازش پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن (PEEK5600CF30) و پارامترهای پردازش ابزارهای رایج.
1 پیشگفتار
مواد PEEK تقویت شده با فیبر کربن به طور موثر مقاومت سایش و خواص مکانیکی مواد را پس از افزودن فیبر کربن بهبود می بخشد. این یک پلاستیک مهندسی خاص با عملکرد عالی است. در میان آنها، مقاومت در برابر سایش بالا و خواص مکانیکی برجسته مواد PEEK5600CF30 باعث شده است که به طور گسترده ای در مهر و موم شدن هوا و قطعات موقعیت پشتیبانی استفاده شود. هنگام چرخاندن مواد PEEK5600CF30 با مشکلات عمده ای مانند سایش سریع ابزار و راندمان پردازش پایین نیز مواجه شده است. هنگام پردازش ابعاد با دقت بالا، مقدار جبران ابزار به شدت تغییر می کند و دقت پردازش را نمی توان به راحتی تضمین کرد. مواد ابزار PCD (الماس پلی کریستالی) دارای مزایای ترکیب ذرات محکم، شکستن آسان و مقاومت در برابر سایش بالا است. به عنوان یک ابزار چرخشی، زاویه جلو و عقب می تواند به مقدار زیادی برسد و نیروی برش کم است. برای پردازش مواد غیرفلزی [1- 3] مناسب است.
2 ویژگی های ساختاری و مسائل پردازش قطعات
حلقه کاهش سایش قلاب پرتابی که توسط واحد نویسنده پردازش شده است از پلاستیک مهندسی تقویت شده با فیبر کربن PEEK5600CF30 ساخته شده است. ضخامت دیواره قطعه 1 میلی متر است، مقدار زبری سطح سوراخ داخلی و دایره بیرونی Ra 1.6μm و قطر دایره بیرونی 30 ~ 55 میلی متر است. طول 1 ~ 10 میلی متر است، ساختار قطعه و نمای سه بعدی در شکل 1 و شکل 2 نشان داده شده است.
تصویر
شکل 1 ساختار حلقه ضد اصطکاک
شکل 2 نمای سه بعدی از حلقه ضد اصطکاک
در حال حاضر سه مشکل عمده برای پردازش پلاستیک های مهندسی ویژه PEEK وجود دارد: اول، استفاده از ابزار کاربید برای پردازش، عمر ابزار بسیار ضعیف است. دوم، دقت ابعادی و زبری سطح قطعات را نمی توان به طور موثر در طول پردازش تضمین کرد، و ثبات کیفیت ضعیف است. سوم، چرخش راندمان پردازش پایین است و پارامترهای برش باید بهینه شوند [4، 5].
3 راه حل
3.1 ابزار برش PCD
یک ابزار PCD عمومی از سه بخش تشکیل شده است: ابزار فلزی، چسب PCD و لایه چسب. شکل 3 یک نمودار شماتیک از ساختار تیغه PCD معمولی است. ماتریس فلزی کاربید سیمانی و پچ PCD توسط یک لایه چسب به هم متصل می شوند.
تصویر
شکل 3 ابزار PCD
کیفیت ابزارهای PCD عمدتاً با کیفیت سنگ زنی تکه های PCD و کیفیت مواد وصله های PCD تعیین می شود. در حال حاضر، تولید کنندگان اصلی ابزار PCD داخلی توانسته اند به محلی سازی و پردازش دقیق مواد PCD دست یابند. بنابراین، قیمت ابزارهای برش PCD داخلی از دست نیافتنی بودن در دهه 1990 به قیمت کاربید با کیفیت بالا کاهش یافته است. با این حال، در مقایسه با ابزارهای PCD وارداتی، ابزارهای PCD داخلی هنوز دارای کاستی هایی مانند کیفیت ناپایدار و عمر کوتاه هستند. برخی از ابزارهای برش PCD داخلی از مواد وارداتی استفاده می کنند. با توجه به سطوح پردازش داخلی، فناوری پردازش لبه آنها هنوز از کشورهای خارجی عقب است. با توجه به اندازه ذرات الماس که مواد را تشکیل می دهند، مواد PCD معمولاً مورد استفاده به گریدهای 20، 30 و 30M تقسیم می شوند. هرچه اندازه ذرات بزرگتر باشد، درجه مواد بزرگتر است. مشابه اندازه ذرات کاربید سیمانی، اندازه ذرات بزرگتر مقاومت سایشی بهتری دارند و برای پردازش مواد سخت تر مناسب هستند.
3.2 انتخاب ابزار
با در نظر گرفتن پردازش حلقه ضد سایش قلاب جهشی یک قطعه معمولی ساخته شده از PEEK5600CF30 به عنوان شی آزمایش، ابزار کاربید و ابزار PCD به ترتیب برای پردازش استفاده شدند. تفاوت در تغییرات ارزش سایش و سایش بین این دو مشاهده شد و پارامترهای پردازش این دو مورد مقایسه قرار گرفتند. مواد تیغه، تجهیزات پردازش و تعداد قطعات پردازش شده در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول 1 مواد تیغه، تجهیزات پردازش و تعداد قطعات پردازش شده
تصویر
در طی فرآیند ماشینکاری درجهای کاربید سیمانی، سایش دهانه، سایش پهلوها و سایش شیار روی صفحه چنگک مستعد رخ دادن است. در مرحله اولیه سایش ابزار، لبه برش به دلیل اکستروژن فیبر کربن مستعد ترک خوردن است. پوشش سطح چنگک به سرعت تحت اصطکاک مواد فیبر کربنی آسیب می بیند و ماتریس تیغه به سرعت فرسوده می شود و باعث کاهش بیشتر استحکام لبه و تشدید آسیب لبه برش می شود. در مرحله شدید در مرحله سایش، سطح کناری ابزار به طور جدی ساییده شده و شکل قوس نوک ابزار آسیب دیده است (شکل 4 را ببینید) و در نتیجه دقت ماشینکاری قطعات کاهش مییابد، فلنجها و سوراخهای جدی کاهش مییابد. کیفیت سطح را نمی توان تضمین کرد.
تصویر
شکل 4 شکل قوس نوک ابزار آسیب دیده است
مقدار شعاع قوس نوک ابزار تیغه نشان داده شده در شکل 4 که با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پرقدرت OLYMPUS اندازه گیری شده است، 0.34 میلی متر و شعاع نوک تیغه استفاده نشده 0.4 میلی متر است. تفاوت نشان می دهد که انحراف موقعیت نوک ابزار نظری -0.06 میلی متر است. هنگام پردازش بر اساس موقعیت نوک ابزار اندازه گیری شده در هنگام پردازش قسمت اول، به این معنی است که خطای کانتور پردازش قطعه +0.06 میلی متر است. با مقایسه تصویر تلورانس ضخامت دیواره قطعات رینگ ضد اصطکاک بر حسب میلی متر، این تلورانس برای اسقاط قطعات کافی است.
پس از استفاده از ابزارهای برش الماس پلی کریستالی PCD، سایش ابزار به طور موثر بهبود یافته است. تحت زمان پردازش و شرایط برش یکسان، فقط سطح چنگک تیغه دارای درجه سایش کم است، لبه برش اساساً دست نخورده است و شکل قوس نوک ابزار دقت بالایی را حفظ می کند (شکل 5 را ببینید)، دقت ماشینکاری قطعات بسیار بهبود یافته است.
تصویر
شکل 5 شکل قوس نوک ابزار دقت بالایی را حفظ می کند
شکل 5 نشان می دهد که شعاع قوس نوک ابزار تیغه اندازه گیری شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پرقدرت OLYMPUS برابر با 0.385mm است و شعاع نوک ابزار تیغه استفاده نشده 0.4mm است. این تفاوت نشان می دهد که انحراف موقعیت نوک ابزار نظری -0.015 میلی متر است. هنگام پردازش بر اساس موقعیت نوک ابزار اندازه گیری شده هنگام پردازش قسمت اول، به این معنی است که خطای کانتور پردازش قطعه +0.015 میلی متر است. با مقایسه تصویر تحمل ضخامت دیواره قطعات رینگ ضد اصطکاک بر حسب میلی متر، قطعات هنوز در این زمان واجد شرایط هستند.
از طریق این آزمایش می توان نتیجه گرفت که درج های کاربید برای تراشکاری مواد PEEK5600CF30 و ابزارهای PCD برای تراشکاری مواد PEEK5600CF30 مناسب نیستند. استفاده از ابزارهای PCD درجه 20 می تواند پاسخگوی نیازها باشد. ابزار چرخش PCD استوانه ای انتخاب شده در پردازش واقعی در شکل 6 نشان داده شده است.
تصویر
شکل 6 ابزار تراش PCD خارجی
3.3 تجزیه و تحلیل خطای دقت ابعادی پردازش
(1) تأثیر نیروی برش ابزار در پردازش حلقه های ضد اصطکاک. در حین پردازش قطعات، اگر برنامه CNC مطابق با اندازه معمولی قطعات حلقه ضد اصطکاک کامپایل شود، مشخص می شود که شکل سوراخ داخلی و دایره بیرونی پس از پردازش دارای مخروطی است: به طول 1. 0 تا 12 میلی متر، تغییر سوراخ داخلی قطعه 0 است.04~0.05 میلی متر، و تغییر دایره بیرونی 0.01~ است. 0.03 میلی متر شکل سوراخ داخلی و دایره بیرونی در شکل 7 نشان داده شده است.
تصویر
الف) وضعیت نظری قطعات پس از پردازش ب) وضعیت واقعی قطعات پس از پردازش
شکل 7 سوراخ داخلی و شکل دایره بیرونی
دلیل آنالیز این است که قسمت دهانه قطعه دارای سفتی کم است و ابزار در طول فرآیند برش جای خود را می دهد. پس از پردازش و اشکال زدایی، مخروطی قطعات پس از پردازش در برنامه CNC جبران می شود تا از دقت پردازش بهتر اطمینان حاصل شود. پس از ماشینکاری آزمایشی قطعات، رابطه مستقیمی بین میزان برش سوراخ داخلی و طول محوری قطعات وجود دارد. اندازه محوری افزایش می یابد و تغییر شکل روزنه افزایش می یابد. پس از جبران مخروطی در طول فرآیند برنامه ریزی، می توان دقت ماشینکاری قطعات را به طور موثر بهبود بخشید.
(2) تأثیر سایش ابزار بر دقت ابعاد و کیفیت سطح قطعات. با در نظر گرفتن پردازش قطعات حلقه ضد اصطکاک به عنوان مثال، وضعیت تأیید شده در سایت به شرح زیر است: پس از پردازش 4 0{{1{0}} قطعه، به دلیل سایش شدید ابزار، در صورت همچنان استفاده می شود، توصیه می شود هر بار 50 قطعه را پردازش کنید. مقدار جبران ساز و مخروطی را یک بار تنظیم کنید و هر بار مقدار قطر را 0.02 میلی متر تنظیم کنید. شرایط پردازش عبارتند از: برای پردازش استوک میله PEEK5600CF30 از ابزار دستگاه CNC CTX310 استفاده کنید و این ابزار یک ابزار حفاری داخلی PCD داخلی است. پارامترهای پردازش: سرعت اسپیندل 1800r/min، نرخ تغذیه 0.06mm/r، کمک هزینه ماشینکاری تکمیل 0.05mm، ادامه استفاده از آن پس از 700 تا 800 قطعه توصیه نمی شود و ابزار باید تعویض شود. دلیل این عمل افزایش نیروی برش در اثر سایش ابزار است که به نوبه خود بر دقت ابعادی و کیفیت سطح قطعه تاثیر می گذارد. مقدار افست ابزار و برنامه CNC باید به موقع تنظیم شوند تا از نرخ صلاحیت پردازش قطعه اطمینان حاصل شود.
3.4 پارامترهای برش
جدول 2 نمرات ابزار PCD توصیه شده و پارامترهای برش مربوطه را نشان می دهد. شرایط استفاده از این پارامتر: ابزار ماشین پردازش یک تراش CNC CTX310 است، ضخامت دیواره قطعه بزرگتر یا برابر با 1 میلی متر است و قطر دایره بیرونی پردازش 30 ~ 50 میلی متر است. علاوه بر این، لطفاً توجه داشته باشید که سازنده تیغه PCD استفاده شده در بالا SECO (Seco) است و پارامترهای ابزار سایر مارک ها را می توان بر این اساس تنظیم کرد.
جدول 2 نمرات ابزار PCD توصیه شده و پارامترهای برش مربوطه
