Introducir el rendimiento de los materiales PEEK reforzados con fibra de carbono y las características estructurales de las piezas fabricadas con este material, analizar las dificultades en el procesamiento de dichos materiales, seleccionar herramientas de diamante policristalino y otras herramientas como objetos de investigación, y explorar herramientas de diamante policristalino basadas en el diseño de múltiples experimentos de procesos comparativos. La aplicación de herramientas de diamante en el procesamiento de plásticos reforzados con fibra de carbono (PEEK5600CF30) y los parámetros de procesamiento de herramientas de uso común.
1 Prefacio
El material PEEK reforzado con fibra de carbono mejora eficazmente la resistencia al desgaste y las propiedades mecánicas del material después de agregar fibra de carbono. Es un plástico de ingeniería especial con excelente rendimiento. Entre ellos, la alta resistencia al desgaste y las excelentes propiedades mecánicas del material PEEK5600CF30 lo hacen ampliamente utilizado en piezas de sellado hermético y posicionamiento de soporte. También se han encontrado problemas importantes al tornear materiales PEEK5600CF30, como el rápido desgaste de las herramientas y la baja eficiencia del procesamiento. Al procesar dimensiones de alta precisión, el valor de compensación de la herramienta cambia mucho y no es fácil garantizar la precisión del procesamiento. El material de herramienta PCD (diamante policristalino) tiene las ventajas de una combinación apretada de partículas, no es fácil de romper y tiene una alta resistencia al desgaste. Como herramienta de torneado, los ángulos delantero y trasero pueden alcanzar un valor grande y la fuerza de corte es pequeña. Es adecuado para procesar materiales no metálicos [1- 3].
2 Características estructurales y problemas de procesamiento de piezas.
El anillo reductor de desgaste del gancho de expulsión procesado por la unidad del autor está hecho de plástico de ingeniería reforzado con fibra de carbono PEEK5600CF30. El espesor de la pared de la pieza es de 1 mm, el valor de rugosidad de la superficie del orificio interior y el círculo exterior Ra es de 1,6 μm y el diámetro del círculo exterior es de 30 ~ 55 mm. , la longitud es de 1 a 10 mm, la estructura de la pieza y la vista tridimensional se muestran en la Figura 1 y la Figura 2.
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Figura 1 Estructura del anillo antifricción
Figura 2 Vista tridimensional del anillo antifricción
Actualmente, existen tres problemas principales al procesar plásticos especiales de ingeniería PEEK: primero, el uso de herramientas de carburo para el procesamiento, la vida útil de la herramienta es extremadamente pobre; en segundo lugar, la precisión dimensional y la rugosidad de la superficie de las piezas no se pueden garantizar eficazmente durante el procesamiento y la estabilidad de la calidad es deficiente; tercero, torneado La eficiencia del procesamiento es baja y los parámetros de corte deben optimizarse [4, 5].
3 soluciones
3.1 herramientas de corte de PCD
Una herramienta de PCD general consta de tres partes: herramienta de metal, parche de PCD y capa adhesiva. La Figura 3 es un diagrama esquemático de una estructura típica de pala de PCD. La matriz metálica de carburo cementado y el parche de PCD están conectados mediante una capa adhesiva.
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Figura 3 herramienta PCD
La calidad de las herramientas de PCD está determinada principalmente por la calidad del rectificado de los parches de PCD y la calidad del material de los parches de PCD. En la actualidad, los principales fabricantes nacionales de herramientas de PCD han podido lograr la localización y el procesamiento de precisión de los materiales de PCD. Por lo tanto, el precio de las herramientas de corte de PCD nacionales ha caído de ser inalcanzable en la década de 1990 a básicamente el mismo que el del carburo de alta calidad. Sin embargo, en comparación con las herramientas PCD importadas, las herramientas PCD nacionales todavía tienen algunas deficiencias, como una calidad inestable y una vida útil corta. Algunas herramientas de corte de PCD nacionales utilizan materiales importados. Debido a los niveles de procesamiento nacional, su tecnología de procesamiento de vanguardia aún está por detrás de la de los países extranjeros. Según el tamaño de las partículas de diamante que componen el material, los materiales PCD de uso común se dividen en grados 20, 30 y 30M. Cuanto mayor sea el tamaño de las partículas, mayor será la calidad del material. De manera similar al tamaño de partícula del carburo cementado, los tamaños de partícula más grandes tienen mejor resistencia al desgaste y son adecuados para procesar materiales más duros.
3.2 Selección de herramientas
Tomando el procesamiento del anillo antidesgaste del gancho de expulsión de una pieza típica hecha de PEEK5600CF30 como objeto de prueba, se utilizaron herramientas de carburo y herramientas de PCD para el procesamiento, respectivamente. Se observó la diferencia en el desgaste y los cambios en el valor de desgaste entre los dos y se compararon los parámetros de procesamiento de los dos. El material de la hoja, el equipo de procesamiento y la cantidad de piezas procesadas se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Material de la hoja, equipo de procesamiento y número de piezas procesadas.
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Durante el proceso de mecanizado de insertos de carburo cementado, es probable que se produzca desgaste en cráteres, desgaste en flanco y desgaste en ranuras en la cara de inclinación. En la etapa inicial de desgaste de la herramienta, el filo es propenso a agrietarse debido a la extrusión de fibra de carbono; el revestimiento de la superficie del corte se daña rápidamente bajo la fricción del material de fibra de carbono y la matriz de la hoja se desgasta rápidamente, lo que hace que la resistencia del borde se reduzca aún más y el daño del borde de corte se intensifique; En la etapa de desgaste severo, la superficie del flanco de la herramienta se desgasta seriamente y la forma de arco de la punta de la herramienta se daña (ver Figura 4), lo que resulta en una disminución en la precisión del mecanizado de las piezas, rebordes y rebabas graves, y No se puede garantizar la calidad de la superficie.
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Figura 4 La forma de arco de la punta de la herramienta está dañada
El valor del radio del arco de la punta de la herramienta de la hoja que se muestra en la Figura 4, medido con un microscopio electrónico de alta potencia OLYMPUS, es 0.34 mm, y el radio de la punta de la hoja no utilizada es 0.4 mm. La diferencia muestra que la desviación de la posición teórica de la punta de la herramienta es -0.06 mm. Cuando se procesa de acuerdo con la posición de la punta de la herramienta medida al procesar la primera pieza, significa que el error de contorno del procesamiento de la pieza es +0.06 mm. Comparando la imagen de la tolerancia del espesor de la pared de las piezas del anillo antifricción en mm, esta tolerancia es suficiente para provocar el desguace de las piezas.
Después de utilizar herramientas de corte de diamante policristalino PCD, el desgaste de la herramienta se ha mejorado efectivamente. Bajo el mismo tiempo de procesamiento y condiciones de corte, solo la cara de inclinación de la hoja tiene un bajo grado de desgaste, el filo está básicamente intacto y la forma de arco de la punta de la herramienta mantiene una alta precisión (consulte la Figura 5), la precisión del mecanizado de piezas se ha mejorado mucho.
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Figura 5 La forma de arco de la punta de la herramienta mantiene una alta precisión
La Figura 5 muestra que el radio del arco de la punta de la herramienta de la hoja medido usando un microscopio electrónico de alta potencia OLYMPUS es 0.385 mm, y el radio de la punta de la herramienta de la hoja no utilizada es 0.4 mm. La diferencia muestra que la desviación de la posición teórica de la punta de la herramienta es -0.015 mm. Cuando se procesa de acuerdo con la posición de la punta de la herramienta medida al procesar la primera pieza, significa que el error de contorno del procesamiento de la pieza es +0.015 mm. Comparando la imagen de la tolerancia del espesor de pared de las piezas del anillo antifricción en mm, las piezas todavía están calificadas en este momento.
A través de esta prueba, se puede concluir que las plaquitas de carburo no son adecuadas para tornear materiales PEEK5600CF30 y las herramientas PCD son adecuadas para tornear materiales PEEK5600CF30. El uso de herramientas PCD de grado 20 puede satisfacer las necesidades. La herramienta de torneado cilíndrico PCD seleccionada en el procesamiento real se muestra en la Figura 6.
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Figura 6 Herramienta de torneado PCD externo
3.3 Análisis del error de precisión dimensional del procesamiento
(1) La influencia de la fuerza de corte de la herramienta en el procesamiento de anillos antifricción. Durante el procesamiento de piezas, si el programa CNC se compila de acuerdo con el tamaño normal de las piezas del anillo antifricción, se encuentra que la forma del orificio interior y el círculo exterior después del procesamiento tienen una forma cónica: en la longitud de 1 0 a 12 mm, la variación del orificio interior de la pieza es 0.04~0.05 mm, y la variación del círculo exterior es 0,01~ 0,03 mm. La forma del orificio interior y del círculo exterior se muestra en la Figura 7.
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a) Estado teórico de las piezas después del procesamiento b) Estado real de las piezas después del procesamiento
Figura 7 Agujero interior y forma de círculo exterior.
Se analiza el motivo de que la boca de la pieza tiene poca rigidez y la herramienta cede durante el proceso de corte. Después del procesamiento y la depuración, la conicidad de las piezas después del procesamiento se compensa en el programa CNC para garantizar mejor la precisión del procesamiento. Después del mecanizado de prueba de las piezas, existe una relación directa entre la cantidad de corte del orificio interior y la longitud axial de las piezas. El tamaño axial aumenta y aumenta la deformación del orificio. Después de compensar la conicidad durante el proceso de programación, se puede mejorar efectivamente la precisión del mecanizado de las piezas.
(2) El impacto del desgaste de las herramientas en la precisión dimensional y la calidad de la superficie de las piezas. Tomando como ejemplo el procesamiento de piezas de anillos antifricción, la situación verificada en sitio es la siguiente: después de procesar 40{{10}} piezas, debido a un desgaste severo de la herramienta, si Si continúa utilizándose, se recomienda procesar 50 piezas cada vez. Ajuste el valor de compensación de la herramienta y el cono una vez, y ajuste el valor del diámetro en 0,02 mm cada vez. Las condiciones de procesamiento son: utilizar una máquina herramienta CNC CTX310 para procesar barras de PEEK5600CF30, y la herramienta es una herramienta doméstica de perforación de orificios internos de PCD. Parámetros de procesamiento: velocidad del husillo 1800 r/min, velocidad de avance 0,06 mm/r, margen de mecanizado de acabado 0,05 mm, no se recomienda continuar usándolo después de 700 a 800 piezas y se debe cambiar la herramienta. El motivo de esta operación es que la fuerza de corte aumenta debido al desgaste de la herramienta, lo que a su vez afecta la precisión dimensional y la calidad superficial de la pieza. El valor de compensación de la herramienta y el programa CNC deben ajustarse a tiempo para garantizar la tasa de calificación del procesamiento de piezas.
3.4 Parámetros de corte
La Tabla 2 muestra los grados de herramientas PCD recomendados y los parámetros de corte correspondientes. Condiciones para el uso de este parámetro: La máquina herramienta de procesamiento es un torno CNC CTX310, el espesor de la pared de la pieza es mayor o igual a 1 mm y el diámetro del círculo exterior de procesamiento es de 30 ~ 50 mm. Además, tenga en cuenta que el fabricante de la hoja PCD utilizada anteriormente es SECO (Seco) y los parámetros de herramientas de otras marcas se pueden ajustar sobre esta base.
Tabla 2 Grados de herramientas PCD recomendados y parámetros de corte correspondientes
