הציגו את הביצועים של חומרי PEEK מחוזקים בסיבי פחמן ואת המאפיינים המבניים של חלקים העשויים מחומר זה, נתחו את הקשיים בעיבוד חומרים כאלה, בחרו כלי יהלום רב גבישי וכלים אחרים כאובייקטי מחקר, וחקרו כלי יהלומים רב גבישיים המבוססים על תכנון של מספר רב של כלי יהלומים. ניסויי תהליכים השוואתיים. היישום של כלי יהלום בעיבוד פלסטיק מחוזק בסיבי פחמן (PEEK5600CF30) ופרמטרי העיבוד של כלים נפוצים.
1 הקדמה
חומר PEEK מחוזק בסיבי פחמן משפר ביעילות את עמידות הבלאי והתכונות המכניות של החומר לאחר הוספת סיבי פחמן. זהו פלסטיק הנדסי מיוחד עם ביצועים מצוינים. ביניהם, עמידות הבלאי הגבוהה והמאפיינים המכניים הבולטים של חומר PEEK5600CF30 הופכים אותו לשימוש נרחב באיטום אטום ותמיכה בחלקי מיצוב. בעיות עיקריות נתקלו גם בעת הפיכת חומרים PEEK5600CF30, כגון בלאי מהיר של כלי עבודה ויעילות עיבוד נמוכה. בעת עיבוד ממדים בעלי דיוק גבוה, ערך פיצוי הכלי משתנה מאוד, ולא קל להבטיח את דיוק העיבוד. לחומר כלי PCD (polycrystalline diamond) יש את היתרונות של שילוב חלקיקים הדוק, לא קל לשבירה ועמידות בפני שחיקה גבוהה. ככלי מפנה, הזוויות הקדמיות והאחוריות יכולות להגיע לערך גדול וכוח החיתוך קטן. הוא מתאים לעיבוד חומרים שאינם מתכתיים [1- 3].
2 מאפיינים מבניים ובעיות עיבוד של חלקים
הטבעת להפחתת שחיקת וו הפליטה המעובדת על ידי יחידת המחבר עשויה מפלסטיק הנדסי מחוזק בסיבי פחמן PEEK5600CF30. עובי הדופן של החלק הוא 1 מ"מ, ערך החספוס של פני השטח של החור הפנימי והמעגל החיצוני Ra הוא 1.6 מיקרומטר, וקוטר המעגל החיצוני הוא 30 ~ 55 מ"מ. , האורך הוא 1 ~ 10 מ"מ, מבנה החלק והתצוגה התלת מימדית מוצגים באיור 1 ובאיור 2.
תְמוּנָה
איור 1 מבנה טבעת נגד חיכוך
איור 2 תצוגה תלת מימדית של טבעת נגד חיכוך
ישנן כיום שלוש בעיות עיקריות העומדות בפני עיבוד של פלסטיק הנדסי מיוחד של PEEK: ראשית, השימוש בכלי קרביד לעיבוד, חיי הכלי גרועים ביותר; שנית, לא ניתן להבטיח ביעילות את דיוק הממדים וחספוס פני השטח של החלקים במהלך העיבוד, והיציבות האיכותית ירודה; שלישית, סיבוב יעילות העיבוד נמוכה ויש לבצע אופטימיזציה של פרמטרי החיתוך [4, 5].
3 פתרונות
3.1 כלי חיתוך PCD
כלי PCD כללי מורכב משלושה חלקים: כלי מתכת, תיקון PCD ושכבת דבק. איור 3 הוא תרשים סכמטי של מבנה להב PCD טיפוסי. מטריצת מתכת הקרביד המוצקת ותיקון ה-PCD מחוברים באמצעות שכבת דבק.
תְמוּנָה
איור 3 כלי PCD
איכות כלי PCD נקבעת בעיקר על ידי איכות השחזה של תיקוני PCD ואיכות החומר של תיקוני PCD. נכון לעכשיו, יצרני כלי PCD מקומיים גדולים הצליחו להשיג לוקליזציה ועיבוד מדויק של חומרי PCD. לכן, המחיר של כלי חיתוך PCD מקומיים ירד מבלתי ניתן להשגה בשנות ה-90 לזהות בעצם כמו קרביד איכותי. עם זאת, בהשוואה לכלי PCD מיובאים, לכלי PCD מקומיים עדיין יש כמה חסרונות, כגון איכות לא יציבה וחיי שירות קצרים. כמה כלי חיתוך PCD מקומיים משתמשים בחומרים מיובאים. בשל רמות העיבוד המקומיות, טכנולוגיית עיבוד הקצה שלהם עדיין מפגרת אחרי מדינות זרות. בהתאם לגודל חלקיקי היהלום המרכיבים את החומר, חומרי PCD הנפוצים מחולקים לדרגות 20, 30 ו-30M. ככל שגודל החלקיקים גדול יותר, דרגת החומר גדולה יותר. בדומה לגודל החלקיקים של קרביד צמנט, לגדלים גדולים יותר יש עמידות טובה יותר לבלאי והם מתאימים לעיבוד חומרים קשים יותר.
3.2 בחירת כלי
בהתחשב בעיבוד של טבעת נגד שחיקה של וו הפליטה של חלק טיפוסי עשוי PEEK5600CF30 כאובייקט הבדיקה, נעשה שימוש בכלי קרביד וכלי PCD לעיבוד בהתאמה. נצפו ההבדלים בבלאי ושינויי ערכי הבלאי בין השניים, והושוו פרמטרי העיבוד של השניים. חומר הלהב, ציוד העיבוד ומספר החלקים המעובדים מוצגים בטבלה 1.
טבלה 1 חומר הלהב, ציוד העיבוד ומספר החלקים המעובדים
תְמוּנָה
במהלך תהליך העיבוד של תוספות קרביד צמנט, בלאי מכתש, בלאי פלנקים ובלאי חריצים על פני המגרפה נוטים להתרחש. בשלב הראשוני של בלאי הכלים, קצה החיתוך נוטה להיסדק עקב שחול של סיבי פחמן; ציפוי משטח המגרפה ניזוק במהירות תחת החיכוך של חומר סיבי הפחמן, ומטריצת הלהב נשחקת במהירות, מה שגורם להפחתה נוספת של חוזק הקצה ולנזק הקצה החידש להתעצם; בשלב חמור בשלב הבלאי, משטח הצד של הכלי נשחק בצורה רצינית וצורת הקשת של קצה הכלי פגומה (ראה איור 4), וכתוצאה מכך ירידה בדיוק העיבוד של החלקים, שיבושים חמורים וקמטים, ו לא ניתן להבטיח את איכות פני השטח.
תְמוּנָה
איור 4 צורת הקשת של קצה הכלי פגומה
ערך רדיוס קשת קצה הכלי של הלהב המוצג באיור 4 שנמדד באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים בעל הספק גבוה של OLYMPUS הוא 0.34 מ"מ, ורדיוס הקצה של הלהב שאינו בשימוש הוא 0.4 מ"מ. ההבדל מראה שהסטייה של מיקום קצה הכלי התיאורטי היא -0.06 מ"מ. כאשר מעבדים לפי מיקום קצה הכלי שנמדד בעת עיבוד החלק הראשון, המשמעות היא ששגיאת עיבוד החלק היא +0.06 מ"מ. בהשוואה לתמונה של סבילות עובי הדופן של חלקי הטבעת נגד חיכוך במ"מ, סובלנות זו מספיקה כדי לגרום לגריטה של החלקים.
לאחר שימוש בכלי חיתוך יהלומים פולי גבישי PCD, בלאי הכלים שופר ביעילות. באותם זמן עיבוד ותנאי חיתוך, רק לפני הלהב של הלהב יש דרגת שחיקה נמוכה, קצה החיתוך שלם, וצורת הקשת של קצה הכלי שומרת על דיוק גבוה (ראה איור 5), דיוק העיבוד. חלקים שופרו מאוד.
תְמוּנָה
איור 5 צורת הקשת של קצה הכלי שומרת על דיוק גבוה
איור 5 מראה שרדיוס קשת קצה הכלי של הלהב שנמדד באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים בעל הספק גבוה של OLYMPUS הוא 0.385 מ"מ, ורדיוס קצה הכלי של הלהב שאינו בשימוש הוא 0.4 מ"מ. ההבדל מראה שהסטייה של מיקום קצה הכלי התיאורטי היא -0.015 מ"מ. כאשר מעבדים לפי מיקום קצה הכלי שנמדד בעת עיבוד החלק הראשון, המשמעות היא ששגיאת קווי המתאר של עיבוד החלק היא +0.015 מ"מ. בהשוואה לתמונה של סבילות עובי הדופן של חלקי הטבעת נגד חיכוך במ"מ, החלקים עדיין כשירים בשלב זה.
באמצעות בדיקה זו ניתן להסיק כי תוספות קרביד אינן מתאימים לסריטה של חומרים PEEK5600CF30, וכלי PCD מתאימים לחריטת חומרים PEEK5600CF30. השימוש בכלי PCD דרגה 20 יכול לענות על הצרכים. כלי הפיכת PCD הגלילי שנבחר בעיבוד בפועל מוצג באיור 6.
תְמוּנָה
איור 6 כלי סיבוב PCD חיצוני
3.3 ניתוח שגיאת דיוק ממדי עיבוד
(1) השפעת כוח חיתוך הכלים על עיבוד טבעות נגד חיכוך. במהלך עיבוד החלקים, אם תוכנית ה-CNC מורכבת על פי הגודל הרגיל של חלקי הטבעת נגד חיכוך, נמצא שלצורת החור הפנימי והעיגול החיצוני לאחר העיבוד יש התחדדות: באורך של 1 0 עד 12 מ"מ, הווריאציה של החור הפנימי של החלק היא 0.04~0.05 מ"מ, והווריאציה של המעגל החיצוני היא 0.01~ 0.03 מ"מ. צורת החור הפנימי והמעגל החיצוני מוצגת באיור 7.
תְמוּנָה
א) מצב תיאורטי של חלקים לאחר עיבוד ב) מצב בפועל של חלקים לאחר עיבוד
איור 7 חור פנימי וצורת עיגול חיצוני
הסיבה מנותחת לכך שלחלק הפה של החלק יש קשיחות נמוכה, והכלי מפנה את מקומו במהלך תהליך החיתוך. לאחר עיבוד וניפוי באגים, מתחדדת החלקים לאחר העיבוד מפוצה בתוכנית CNC כדי להבטיח טוב יותר את דיוק העיבוד. לאחר עיבוד ניסוי של החלקים, יש קשר ישיר בין כמות החיתוך של החור הפנימי לבין האורך הצירי של החלקים. הגודל הצירי גדל והעיוות של הפתח גדל. לאחר פיצוי החרדה במהלך תהליך התכנות, ניתן לשפר ביעילות את דיוק העיבוד של החלקים.
(2) ההשפעה של בלאי הכלים על דיוק הממד ואיכות פני השטח של חלקים. אם ניקח לדוגמא את העיבוד של חלקי טבעת נגד חיכוך, המצב המאומת באתר הוא כדלקמן: לאחר עיבוד 40{{10}} חלקים, עקב בלאי חמור של הכלים, אם זה ממשיך בשימוש, מומלץ לעבד 50 חתיכות בכל פעם. כוונן את ערך פיצוי הכלי והחדד פעם אחת, והתאם את ערך הקוטר ב-0.02 מ"מ בכל פעם. תנאי העיבוד הם: השתמש בכלי מכונת CNC CTX310 כדי לעבד מלאי בר PEEK5600CF30, והכלי הוא כלי לקידוח חור פנימי PCD ביתי. פרמטרי עיבוד: מהירות ציר 1800r/min, קצב הזנה 0.06mm/r, קצבת עיבוד גמר 0.05mm, לא מומלץ להמשיך להשתמש בו לאחר 700 עד 800 חתיכות, ויש להחליף את הכלי. הסיבה לפעולה זו היא שכוח החיתוך גדל עקב בלאי הכלים, אשר בתורו משפיע על דיוק הממד ואיכות פני השטח של החלק. יש להתאים את ערך היסט הכלי ואת תוכנית ה-CNC בזמן כדי להבטיח את שיעור ההסמכה לעיבוד החלק.
3.4 פרמטרי חיתוך
טבלה 2 מציגה את דרגות כלי ה-PCD המומלצות ואת פרמטרי החיתוך המתאימים. תנאים לשימוש בפרמטר זה: כלי העיבוד הוא מחרטת CTX310 CNC, עובי הדופן של החלק גדול או שווה ל-1 מ"מ, וקוטר המעגל החיצוני של העיבוד הוא 30~50 מ"מ. בנוסף, שימו לב שהיצרן של להב ה-PCD המשמש לעיל הוא SECO (Seco), וניתן לכוונן את פרמטרי הכלים של מותגים אחרים על בסיס זה.
טבלה 2 דרגות כלי PCD מומלצות ופרמטרי חיתוך מתאימים
