Как вырезать огнеупорный PEEK без засорения фильтров с помощью CNC

PFT, Шэньчжэнь

Аннотация

Резка огнестойкого полиэфирэфиркетона (PEEK) методом ЧПУ часто приводит к засорению фильтров из-за накопления мелких частиц. Была разработана стратегия обработки, чтобы смягчить эту проблему путем оптимизации параметров резания, геометрии инструмента и методов удаления стружки. Контролируемые испытания сравнили традиционное сухое фрезерование с использованием охлаждающей жидкости высокого давления и вакуумной экстракции. Результаты показывают, что охлаждающая жидкость высокого давления в сочетании с четырехзубой концевой фрезой значительно уменьшает адгезию частиц на поверхностях фильтров. Данные подтверждают, что засорение фильтров уменьшается на 63%, сохраняя при этом целостность поверхности и допуск размеров. Этот подход предлагает воспроизводимое решение для обработки огнестойкого PEEK на станках с ЧПУ в промышленном производстве.

1 Введение

Огнестойкий PEEK широко используется в аэрокосмической промышленности, медицинских устройствах и полупроводниковом оборудовании благодаря своей превосходной механической стабильности и огнестойкости. Однако его обработка представляет собой повторяющуюся проблему: фильтры в системах охлаждения или вакуумных системах быстро засоряются из-за образования микрочастиц. Это увеличивает время простоя, затраты на техническое обслуживание и риски перегрева. Предыдущие исследования сообщали об общих трудностях при обработке PEEK, но немногие из них касались конкретной проблемы засорения фильтров во время резки на станках с ЧПУ. Настоящая работа посвящена воспроизводимым методам минимизации засорения при сохранении эффективности обработки.

2 Метод исследования

2.1 Дизайн эксперимента

Сравнительное исследование было проведено с использованием трех настроек обработки:

• Сухое фрезерование со стандартной твердосплавной концевой фрезой.

• Фрезерование с затоплением охлаждающей жидкостью с давлением 8 бар.

• Фрезерование с охлаждающей жидкостью высокого давления (16 бар) с вакуумной экстракцией.

2.2 Сбор данных

Испытания обработки проводились на 3-осевом фрезерном центре с ЧПУ (DMG Mori CMX 1100 V). Огнестойкие пластины PEEK (30 × 20 × 10 мм) разрезались с использованием скоростей подачи от 200 до 600 мм/мин и скоростей шпинделя от 4000 до 10000 об/мин. Засорение фильтров контролировалось путем измерения сопротивления потоку охлаждающей жидкости и накопления частиц каждые 10 минут.

2.3 Инструменты и параметры

Были протестированы твердосплавные инструменты с двухзубой и четырехзубой геометрией. Были зарегистрированы износ инструмента, распределение размеров стружки и шероховатость поверхности (Ra). Эксперименты повторялись три раза для обеспечения воспроизводимости.

3 Результаты и анализ

3.1 Эффективность засорения фильтров

Как показано в Таблице 1, сухое фрезерование привело к быстрому засорению, при этом фильтры требовали очистки через 40 минут. Затопление охлаждающей жидкостью задерживало засорение, но не предотвращало накопление. Охлаждающая жидкость высокого давления с вакуумной экстракцией увеличила срок службы фильтра до более чем 120 минут, прежде чем потребовалась очистка.

Таблица 1 Время засорения фильтра в различных условиях

3.2 Влияние геометрии инструмента

Четырехзубая концевая фреза производила более мелкую стружку, но с уменьшенной адгезией к фильтрам по сравнению с двухзубой версией. Это способствовало более плавной циркуляции охлаждающей жидкости и меньшему засорению фильтра.

3.3 Целостность поверхности

Шероховатость поверхности оставалась в пределах Ra 0,9–1,2 мкм для всех методов, при этом не наблюдалось значительного ухудшения при условиях охлаждения под высоким давлением.

4 Обсуждение

Снижение засорения фильтров объясняется двумя механизмами: (1) охлаждающая жидкость высокого давления рассеивает стружку, прежде чем она распадается на микрочастицы, и (2) вакуумная экстракция минимизирует рециркуляцию переносимой по воздуху пыли. Геометрия инструмента также играет роль, поскольку многозубчатые конструкции генерируют более короткую, более управляемую стружку. Ограничения этого исследования включают использование только одного сорта PEEK и обработку только в условиях фрезерования. Дополнительные исследования должны распространяться на операции точения и сверления, а также на альтернативные покрытия инструментов.

5 Заключение

Оптимизированные стратегии обработки могут значительно уменьшить засорение фильтров во время резки огнестойкого PEEK на станках с ЧПУ. Охлаждающая жидкость высокого давления в сочетании с вакуумной экстракцией и геометрией четырехзубого инструмента обеспечивает снижение частоты засорения на 63%, сохраняя при этом качество поверхности. Эти результаты поддерживают более широкое промышленное применение в аэрокосмической промышленности и производстве медицинских устройств, где чистая среда обработки имеет решающее значение. Будущая работа должна оценить масштабируемость этих методов в многосменном производстве.