แนะนำประสิทธิภาพของวัสดุ PEEK เสริมคาร์บอนไฟเบอร์และลักษณะโครงสร้างของชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุนี้ วิเคราะห์ความยากลำบากในการประมวลผลวัสดุดังกล่าว เลือกเครื่องมือเพชรโพลีคริสตัลไลน์และเครื่องมืออื่นๆ เป็นวัตถุวิจัย และสำรวจเครื่องมือเพชรโพลีคริสตัลไลน์ตามการออกแบบของเครื่องมือเพชรหลายชิ้น การทดลองกระบวนการเปรียบเทียบ การใช้เครื่องมือเพชรในการแปรรูปพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (PEEK5600CF30) และพารามิเตอร์การประมวลผลของเครื่องมือที่ใช้กันทั่วไป
1 คำนำ
วัสดุ PEEK เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ช่วยเพิ่มความต้านทานการสึกหรอและคุณสมบัติทางกลของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพหลังจากเติมคาร์บอนไฟเบอร์ เป็นพลาสติกวิศวกรรมชนิดพิเศษที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยม ความต้านทานการสึกหรอสูงและคุณสมบัติเชิงกลที่โดดเด่นของวัสดุ PEEK5600CF30 ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการปิดผนึกสุญญากาศและรองรับชิ้นส่วนการวางตำแหน่ง ยังประสบปัญหาหลักๆ เมื่อกลึงวัสดุ PEEK5600CF30 เช่น การสึกหรอของเครื่องมืออย่างรวดเร็วและประสิทธิภาพการประมวลผลต่ำ เมื่อประมวลผลขนาดที่มีความแม่นยำสูง ค่าการชดเชยเครื่องมือจะเปลี่ยนแปลงอย่างมาก และรับประกันความแม่นยำในการประมวลผลไม่ได้ง่าย วัสดุเครื่องมือ PCD (เพชรโพลีคริสตัลไลน์) มีข้อดีคือมีอนุภาคผสมกันแน่น ไม่แตกหักง่าย และมีความทนทานต่อการสึกหรอสูง ในฐานะเครื่องมือกลึง มุมด้านหน้าและด้านหลังสามารถเข้าถึงค่าได้มากและมีแรงตัดน้อย เหมาะสำหรับการแปรรูปวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ [1- 3]
2 ลักษณะโครงสร้างและปัญหาการประมวลผลของชิ้นส่วน
แหวนลดการสึกหรอของตะขอดีดตัวที่ประมวลผลโดยหน่วยของผู้เขียนทำจากพลาสติกวิศวกรรมเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ PEEK5600CF30 ความหนาของผนังของชิ้นส่วนคือ 1 มม. ค่าความหยาบผิวของรูด้านในและวงกลมด้านนอก Ra คือ 1.6μm และเส้นผ่านศูนย์กลางวงกลมด้านนอกคือ 30~55 มม. ความยาวคือ 1 ~ 10 มม. โครงสร้างชิ้นส่วนและมุมมองสามมิติแสดงในรูปที่ 1 และรูปที่ 2
รูปภาพ
รูปที่ 1 โครงสร้างวงแหวนต้านการเสียดสี
รูปที่ 2 มุมมองสามมิติของวงแหวนต้านแรงเสียดทาน
ขณะนี้มีปัญหาสำคัญสามประการที่ต้องเผชิญกับการประมวลผลของพลาสติกวิศวกรรมพิเศษ PEEK: ประการแรก การใช้เครื่องมือคาร์ไบด์ในการประมวลผล อายุการใช้งานของเครื่องมือแย่มาก ประการที่สอง ไม่สามารถรับประกันความแม่นยำของมิติและความหยาบผิวของชิ้นส่วนได้อย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการประมวลผล และความเสถียรของคุณภาพไม่ดี ประการที่สาม การกลึง ประสิทธิภาพการประมวลผลต่ำ และจำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์การตัดให้เหมาะสม [4, 5]
3 โซลูชั่น
3.1 เครื่องมือตัด PCD
เครื่องมือ PCD ทั่วไปประกอบด้วยสามส่วน: เครื่องมือโลหะ แผ่นปะ PCD และชั้นกาว รูปที่ 3 เป็นแผนผังของโครงสร้างเบลด PCD ทั่วไป เมทริกซ์โลหะซีเมนต์คาร์ไบด์และแผ่นปะ PCD เชื่อมต่อกันด้วยชั้นกาว
รูปภาพ
รูปที่ 3 เครื่องมือ PCD
คุณภาพของเครื่องมือ PCD นั้นขึ้นอยู่กับคุณภาพการเจียรของแผ่น PCD และคุณภาพวัสดุของแผ่น PCD เป็นหลัก ปัจจุบัน ผู้ผลิตเครื่องมือ PCD รายใหญ่ในประเทศสามารถแปลวัสดุ PCD เป็นภาษาท้องถิ่นและประมวลผลได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นราคาของเครื่องมือตัด PCD ในประเทศจึงลดลงจากที่ไม่สามารถบรรลุได้ในช่วงทศวรรษ 1990 เหลือเพียงราคาเดียวกับคาร์ไบด์คุณภาพสูง อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องมือ PCD ที่นำเข้า เครื่องมือ PCD ในประเทศยังคงมีข้อบกพร่องบางประการ เช่น คุณภาพที่ไม่เสถียรและอายุการใช้งานสั้น เครื่องมือตัด PCD ในประเทศบางชนิดใช้วัสดุนำเข้า เนื่องจากระดับการประมวลผลในประเทศ เทคโนโลยีการประมวลผลแบบ Edge ของพวกเขายังคงตามหลังต่างประเทศ ตามขนาดของอนุภาคเพชรที่ประกอบเป็นวัสดุ วัสดุ PCD ที่ใช้กันทั่วไปจะแบ่งออกเป็นเกรด 20, 30 และ 30M ยิ่งขนาดอนุภาคใหญ่ขึ้น เกรดวัสดุก็จะยิ่งมากขึ้น เช่นเดียวกับขนาดอนุภาคของซีเมนต์คาร์ไบด์ ขนาดอนุภาคที่ใหญ่กว่าจะมีความทนทานต่อการสึกหรอได้ดีกว่า และเหมาะสำหรับการแปรรูปวัสดุที่แข็งกว่า
3.2 การเลือกเครื่องมือ
นำการประมวลผลวงแหวนป้องกันการสึกหรอของตะขอดีดออกของชิ้นส่วนทั่วไปที่ทำจาก PEEK5600CF30 เป็นวัตถุทดสอบ เครื่องมือคาร์ไบด์และเครื่องมือ PCD ถูกนำมาใช้ในการประมวลผลตามลำดับ สังเกตความแตกต่างในการสึกหรอและค่าการสึกหรอระหว่างทั้งสอง และเปรียบเทียบพารามิเตอร์การประมวลผลของทั้งสอง วัสดุใบมีด อุปกรณ์การประมวลผล และจำนวนชิ้นส่วนที่ผ่านการประมวลผลแสดงไว้ในตารางที่ 1
ตารางที่ 1 วัสดุใบมีด อุปกรณ์การประมวลผล และจำนวนชิ้นส่วนที่ผ่านการประมวลผล
รูปภาพ
ในระหว่างกระบวนการตัดเฉือนเม็ดมีดซีเมนต์คาร์ไบด์ การสึกหรอเป็นหลุม การสึกหรอด้านข้าง และการสึกหรอร่องบนหน้าคายมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นได้ ในระยะแรกของการสึกหรอของเครื่องมือ คมตัดมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวเนื่องจากการอัดขึ้นรูปของคาร์บอนไฟเบอร์ การเคลือบผิวคราดได้รับความเสียหายอย่างรวดเร็วภายใต้แรงเสียดทานของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ และเมทริกซ์ของใบมีดสึกหรออย่างรวดเร็ว ทำให้ความแข็งแรงของขอบลดลงอีก และความเสียหายของคมตัดจะรุนแรงขึ้น รุนแรง ในขั้นตอนการสึกหรอ พื้นผิวด้านข้างของเครื่องมือสึกหรออย่างรุนแรง และรูปร่างส่วนโค้งของปลายเครื่องมือได้รับความเสียหาย (ดูรูปที่ 4) ส่งผลให้ความแม่นยำในการตัดเฉือนของชิ้นส่วนลดลง การจับหน้าแปลนและครีบอย่างรุนแรง และ ไม่สามารถรับประกันคุณภาพพื้นผิวได้
รูปภาพ
รูปที่ 4 รูปร่างส่วนโค้งของปลายเครื่องมือเสียหาย
ค่ารัศมีส่วนโค้งปลายเครื่องมือของใบมีดที่แสดงในรูปที่ 4 วัดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนกำลังสูงของ OLYMPUS คือ 0.34 มม. และรัศมีปลายของใบมีดที่ไม่ได้ใช้คือ 0.4 มม. ความแตกต่างแสดงให้เห็นว่าความเบี่ยงเบนของตำแหน่งปลายเครื่องมือตามทฤษฎีคือ -0.06 มม. เมื่อประมวลผลตามตำแหน่งปลายเครื่องมือที่วัดได้เมื่อประมวลผลชิ้นส่วนแรก หมายความว่าข้อผิดพลาดของรูปร่างในการประมวลผลชิ้นส่วนคือ +0.06 มม. เมื่อเปรียบเทียบรูปภาพความทนทานต่อความหนาของผนังของชิ้นส่วนวงแหวนต้านการเสียดสีเป็นหน่วย มม. ความทนทานนี้เพียงพอที่จะทำให้ชิ้นส่วนเสียหายได้
หลังจากใช้เครื่องมือตัดเพชรโพลีคริสตัลไลน์ PCD การสึกหรอของเครื่องมือได้รับการปรับปรุงอย่างมีประสิทธิภาพ ภายใต้เวลาการประมวลผลและสภาวะการตัดเดียวกัน เฉพาะหน้าคราดของใบมีดเท่านั้นที่มีการสึกหรอในระดับต่ำ โดยพื้นฐานแล้วขอบตัดยังคงสภาพเดิม และรูปทรงส่วนโค้งของปลายเครื่องมือจะรักษาความแม่นยำสูง (ดูรูปที่ 5) ความแม่นยำในการตัดเฉือน ของชิ้นส่วนได้รับการปรับปรุงอย่างมาก
รูปภาพ
รูปที่ 5 รูปร่างส่วนโค้งของปลายเครื่องมือช่วยให้มีความแม่นยำสูง
รูปที่ 5 แสดงให้เห็นว่ารัศมีส่วนโค้งปลายเครื่องมือของใบมีดที่วัดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนกำลังสูงของ OLYMPUS คือ 0.385 มม. และรัศมีปลายเครื่องมือของใบมีดที่ไม่ได้ใช้คือ 0.4 มม. ความแตกต่างแสดงให้เห็นว่าความเบี่ยงเบนของตำแหน่งปลายเครื่องมือตามทฤษฎีคือ -0.015 มม. เมื่อประมวลผลตามตำแหน่งปลายเครื่องมือที่วัดได้เมื่อประมวลผลชิ้นส่วนแรก หมายความว่าข้อผิดพลาดของรูปร่างในการประมวลผลชิ้นส่วนคือ +0.015 มม. เมื่อเปรียบเทียบรูปภาพความทนทานต่อความหนาของผนังของชิ้นส่วนวงแหวนต้านการเสียดสีเป็นหน่วย มม. ชิ้นส่วนต่างๆ ยังคงมีคุณสมบัติครบถ้วนในขณะนี้
ผ่านการทดสอบนี้ สรุปได้ว่าเม็ดมีดคาร์ไบด์ไม่เหมาะสำหรับการกลึงวัสดุ PEEK5600CF30 และเครื่องมือ PCD เหมาะสำหรับการกลึงวัสดุ PEEK5600CF30 การใช้เครื่องมือ PCD เกรด 20 สามารถตอบสนองความต้องการได้ เครื่องมือกลึง PCD ทรงกระบอกที่เลือกในการประมวลผลจริงจะแสดงในรูปที่ 6
รูปภาพ
รูปที่ 6 เครื่องมือกลึง PCD ภายนอก
3.3 การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดความแม่นยำของมิติการประมวลผล
(1) อิทธิพลของแรงตัดเครื่องมือต่อการประมวลผลวงแหวนต้านแรงเสียดทาน ในระหว่างการประมวลผลชิ้นส่วน หากโปรแกรม CNC ถูกรวบรวมตามขนาดปกติของชิ้นส่วนแหวนต้านการเสียดสี พบว่ารูปร่างของรูด้านในและวงกลมด้านนอกหลังจากการประมวลผลมีเรียว: ที่ความยาว 1 0 ถึง 12 มม. ความแปรผันของรูด้านในของชิ้นส่วนคือ 0.04~0.05 มม. และความแปรผันของวงกลมด้านนอกคือ 0.01~ 0.03มม. รูปร่างของรูด้านในและวงกลมด้านนอกแสดงในรูปที่ 7
รูปภาพ
ก) สภาพทางทฤษฎีของชิ้นส่วนหลังการประมวลผล ข) สภาพจริงของชิ้นส่วนหลังการประมวลผล
รูปที่ 7 รูด้านในและรูปร่างวงกลมด้านนอก
วิเคราะห์เหตุผลว่าส่วนปากของชิ้นส่วนมีความแข็งแกร่งต่ำ และเครื่องมือหลุดออกในระหว่างกระบวนการตัด หลังจากการประมวลผลและการดีบัก ความเรียวของชิ้นส่วนหลังการประมวลผลจะได้รับการชดเชยในโปรแกรม CNC เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำในการประมวลผลได้ดียิ่งขึ้น หลังจากทดลองตัดเฉือนชิ้นส่วนแล้ว จะมีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างจำนวนการตัดของรูด้านในกับความยาวแกนของชิ้นส่วน ขนาดแกนเพิ่มขึ้นและการเสียรูปของออริฟิสเพิ่มขึ้น หลังจากการชดเชยเทเปอร์ในระหว่างกระบวนการตั้งโปรแกรม ความแม่นยำในการขึ้นรูปชิ้นส่วนจะดีขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ
(2) ผลกระทบของการสึกหรอของเครื่องมือต่อความแม่นยำของมิติและคุณภาพพื้นผิวของชิ้นส่วน ยกตัวอย่างการประมวลผลชิ้นส่วนแหวนต้านการเสียดสี สถานการณ์ที่ได้รับการตรวจสอบที่ไซต์งานจะเป็นดังนี้: หลังจากประมวลผลชิ้นส่วน 40{{10}} ชิ้น เนื่องจากเครื่องมือสึกหรออย่างรุนแรง หาก ยังคงใช้ต่อไปแนะนำให้แปรรูปครั้งละ 50 ชิ้น ปรับค่าการชดเชยเครื่องมือและเรียวหนึ่งครั้ง และปรับค่าเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.02 มม. ในแต่ละครั้ง เงื่อนไขการประมวลผลคือ: ใช้เครื่องมือกล CNC CTX310 ในการประมวลผลสต็อกแท่ง PEEK5600CF30 และเครื่องมือดังกล่าวเป็นเครื่องมือคว้านรูใน PCD ในประเทศ พารามิเตอร์การประมวลผล: ความเร็วแกนหมุน 1800r/min อัตราการป้อน 0.06มม./r ค่าเผื่อการตัดเฉือนขั้นสุดท้าย 0.05มม. ไม่แนะนำให้ใช้ต่อไปหลังจาก 700 ถึง 800 ชิ้น และต้องเปลี่ยนเครื่องมือ เหตุผลในการดำเนินการนี้คือแรงตัดเพิ่มขึ้นเนื่องจากการสึกหรอของเครื่องมือ ซึ่งจะส่งผลต่อความแม่นยำของมิติและคุณภาพพื้นผิวของชิ้นส่วน ค่าออฟเซ็ตเครื่องมือและโปรแกรม CNC จะต้องได้รับการปรับให้ทันเวลาเพื่อให้แน่ใจว่าอัตราคุณสมบัติการประมวลผลชิ้นส่วน
3.4 พารามิเตอร์การตัด
ตารางที่ 2 แสดงเกรดเครื่องมือ PCD ที่แนะนำและพารามิเตอร์การตัดที่สอดคล้องกัน เงื่อนไขการใช้พารามิเตอร์นี้: เครื่องมือเครื่องจักรในการประมวลผลคือเครื่องกลึง CNC CTX310 ความหนาของผนังของชิ้นส่วนมากกว่าหรือเท่ากับ 1 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางวงกลมด้านนอกในการประมวลผลคือ 30~50 มม. นอกจากนี้ โปรดทราบว่าผู้ผลิตใบมีด PCD ที่ใช้ข้างต้นคือ SECO (Seco) และพารามิเตอร์เครื่องมือของแบรนด์อื่นๆ สามารถปรับแต่งแบบละเอียดได้บนพื้นฐานนี้
ตารางที่ 2 เกรดเครื่องมือ PCD ที่แนะนำและพารามิเตอร์การตัดที่สอดคล้องกัน
