Πώς να κόψετε πυρόσπιτο PEEK χωρίς να φράγετε τα φίλτρα με CNC

PFT, Shenzhen

Περίληψη

Η κοπή πυράντοχου πολυαιθέρακετόνης (PEEK) με μηχανική κατεργασία CNC συχνά οδηγεί σε φράξιμο φίλτρων λόγω συσσώρευσης λεπτών σωματιδίων. Αναπτύχθηκε μια στρατηγική μηχανικής κατεργασίας για την άμβλυνση αυτού του ζητήματος με τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων κοπής, της γεωμετρίας των εργαλείων και των μεθόδων απομάκρυνσης των γρεζιών. Ελεγχόμενες δοκιμές συνέκριναν την παραδοσιακή ξηρή φρεζάρισμα με ψυκτικό υψηλής πίεσης και εξαγωγή με υποβοήθηση κενού. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το ψυκτικό υψηλής πίεσης σε συνδυασμό με ένα φρέζα τεσσάρων αυλακώσεων μειώνει σημαντικά την προσκόλληση σωματιδίων στις επιφάνειες των φίλτρων. Τα δεδομένα επιβεβαιώνουν ότι το φράξιμο των φίλτρων μειώνεται κατά 63% διατηρώντας παράλληλα την ακεραιότητα της επιφάνειας και την ανοχή διαστάσεων. Αυτή η προσέγγιση προσφέρει μια αναπαραγώγιμη λύση για τη μηχανική κατεργασία CNC πυράντοχου PEEK στη βιομηχανική παραγωγή.

1 Εισαγωγή

Το πυράντοχο PEEK χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδιαστημική, στις ιατρικές συσκευές και στον εξοπλισμό ημιαγωγών λόγω της εξαιρετικής μηχανικής σταθερότητας και της αντοχής του στη φλόγα. Ωστόσο, η μηχανική κατεργασία του παρουσιάζει μια επαναλαμβανόμενη πρόκληση: τα φίλτρα στα συστήματα ψυκτικού υγρού ή κενού φράζουν γρήγορα λόγω της δημιουργίας μικροσωματιδίων. Αυτό αυξάνει τον χρόνο διακοπής λειτουργίας, το κόστος συντήρησης και τους κινδύνους υπερθέρμανσης. Προηγούμενες μελέτες έχουν αναφέρει γενικές δυσκολίες στη μηχανική κατεργασία του PEEK, αλλά λίγες έχουν αντιμετωπίσει το συγκεκριμένο πρόβλημα του φραξίματος των φίλτρων κατά την κοπή CNC. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται σε αναπαραγώγιμες μεθόδους για την ελαχιστοποίηση του φραξίματος διατηρώντας παράλληλα την απόδοση της μηχανικής κατεργασίας.

2 Μέθοδος Έρευνας

2.1 Πειραματικός Σχεδιασμός

Διεξήχθη μια συγκριτική μελέτη χρησιμοποιώντας τρεις ρυθμίσεις μηχανικής κατεργασίας:

• Ξηρό φρεζάρισμα με ένα τυπικό φρέζα καρβιδίου.

• Φρεζάρισμα με ψυκτικό υγρό πλημμύρας με πίεση 8 bar.

• Φρεζάρισμα με ψυκτικό υγρό υψηλής πίεσης (16 bar) με εξαγωγή με υποβοήθηση κενού.

2.2 Συλλογή Δεδομένων

Οι δοκιμές μηχανικής κατεργασίας πραγματοποιήθηκαν σε ένα κέντρο φρεζαρίσματος CNC 3 αξόνων (DMG Mori CMX 1100 V). Πλάκες πυράντοχου PEEK (30 × 20 × 10 mm) κόπηκαν χρησιμοποιώντας ρυθμούς τροφοδοσίας από 200 έως 600 mm/min και ταχύτητες ατράκτου από 4.000 έως 10.000 rpm. Το φράξιμο των φίλτρων παρακολουθήθηκε με τη μέτρηση της αντίστασης ροής του ψυκτικού υγρού και της συσσώρευσης σωματιδίων κάθε 10 λεπτά.

2.3 Εργαλεία και Παράμετροι

Δοκιμάστηκαν εργαλεία καρβιδίου με γεωμετρίες δύο και τεσσάρων αυλακώσεων. Καταγράφηκαν η φθορά των εργαλείων, η κατανομή του μεγέθους των γρεζιών και η τραχύτητα της επιφάνειας (Ra). Τα πειράματα επαναλήφθηκαν τρεις φορές για να διασφαλιστεί η αναπαραγωγιμότητα.

3 Αποτελέσματα και Ανάλυση

3.1 Απόδοση φραξίματος φίλτρων

Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1, το ξηρό φρεζάρισμα οδήγησε σε ταχύ φράξιμο, με τα φίλτρα να απαιτούν καθαρισμό μετά από 40 λεπτά. Το ψυκτικό υγρό πλημμύρας καθυστέρησε το φράξιμο, αλλά δεν απέτρεψε τη συσσώρευση. Το ψυκτικό υγρό υψηλής πίεσης με εξαγωγή με υποβοήθηση κενού παρέτεινε τη διάρκεια ζωής του φίλτρου σε πάνω από 120 λεπτά πριν από την ανάγκη καθαρισμού.

Πίνακας 1 Χρόνος φραξίματος φίλτρων υπό διαφορετικές συνθήκες

3.2 Επιδράσεις Γεωμετρίας Εργαλείων

Το φρέζα τεσσάρων αυλακώσεων παρήγαγε λεπτότερα γρέζια, αλλά με μειωμένη προσκόλληση στα φίλτρα σε σύγκριση με την έκδοση δύο αυλακώσεων. Αυτό συνέβαλε σε ομαλότερη κυκλοφορία ψυκτικού υγρού και λιγότερη απόφραξη φίλτρων.

3.3 Ακεραιότητα Επιφάνειας

Η τραχύτητα της επιφάνειας παρέμεινε εντός Ra 0,9–1,2 µm για όλες τις μεθόδους, χωρίς σημαντική επιδείνωση που να παρατηρείται υπό συνθήκες ψυκτικού υγρού υψηλής πίεσης.

4 Συζήτηση

Η μείωση του φραξίματος των φίλτρων αποδίδεται σε δύο μηχανισμούς: (1) το ψυκτικό υγρό υψηλής πίεσης διασκορπίζει τα γρέζια πριν θρυμματιστούν σε μικροσωματίδια και (2) η εξαγωγή κενού ελαχιστοποιεί την ανακυκλοφορία της σκόνης που μεταφέρεται στον αέρα. Η γεωμετρία του εργαλείου παίζει επίσης ρόλο, καθώς τα σχέδια πολλαπλών αυλακώσεων δημιουργούν μικρότερα, πιο διαχειρίσιμα γρέζια. Οι περιορισμοί αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν τη χρήση μιας μόνο ποιότητας PEEK και τη μηχανική κατεργασία μόνο υπό συνθήκες φρεζαρίσματος. Πρόσθετη έρευνα θα πρέπει να επεκταθεί σε λειτουργίες τόρνευσης και διάτρησης, καθώς και σε εναλλακτικές επιστρώσεις εργαλείων.

5 Συμπέρασμα

Οι βελτιστοποιημένες στρατηγικές μηχανικής κατεργασίας μπορούν να μειώσουν σημαντικά το φράξιμο των φίλτρων κατά την κοπή CNC του πυράντοχου PEEK. Το ψυκτικό υγρό υψηλής πίεσης σε συνδυασμό με την εξαγωγή κενού και τη γεωμετρία εργαλείων τεσσάρων αυλακώσεων παρέχει μείωση 63% στη συχνότητα φραξίματος διατηρώντας παράλληλα την ποιότητα της επιφάνειας. Αυτά τα ευρήματα υποστηρίζουν ευρύτερη βιομηχανική εφαρμογή στην αεροδιαστημική και την κατασκευή ιατρικών συσκευών, όπου τα καθαρά περιβάλλοντα μηχανικής κατεργασίας είναι κρίσιμα. Η μελλοντική εργασία θα πρέπει να αξιολογήσει την επεκτασιμότητα αυτών των μεθόδων στην παραγωγή πολλαπλών βαρδιών.