Hartmetall hat den Rand einer hohen H?rte, einer guten Verschlei?festigkeit, Korrosionsbest?ndigkeit und eines kleinen W?rmeausdehnungskoeffizienten. Es wird h?ufig bei der Herstellung von Pr?zisionsformen wie optischer Glasumformung, Metallzeichnung sowie verschlei?festen und korrosionsbest?ndigen Teilen verwendet. Hartmetallformen haben nicht nur eine lange Lebensdauer, mehr als das Zehnfache oder sogar das Hundertfache der Lebensdauer von Stahlformen, sondern auch eine sehr hohe Oberfl?chenqualit?t der Produkte. Die Glaslinse und andere Teile des Spritzgusses k?nnen die Anforderungen an die optische Oberfl?chenqualit?t erfüllen.

Hartmetall ist aufgrund seiner schlechten Bearbeitbarkeit typischerweise schwer zu bearbeiten. Schleifen und Erodieren sind zwei der am h?ufigsten verwendeten Bearbeitungsmethoden für Hartmetallwerkzeuge. Mit dem Auftreten von CBN, Diamant und anderen superharten Werkzeugen ist es m?glich, Hartmetall direkt zu schneiden, was immer mehr Aufmerksamkeit erregt. Ausl?ndische Wissenschaftler haben mehr Forschung betrieben. B. bulla et al. Analyse des Einflusses von Bearbeitungsparametern auf das Oberfl?chenprofil von Hartmetall beim Diamantdrehen. Nachdem die optimalen Bearbeitungsparameter ermittelt wurden, wurde der Einfluss der Werkzeuggeometrie auf die Oberfl?chenrauheit und den Werkzeugverschlei? weiter untersucht. N. Suzuki et al. Durchführung von elliptischen Diamant-Ultraschall-Vibrationsdrehversuchen an Hartmetall. Es wurde festgestellt, dass die Oberfl?chenqualit?t des elliptischen Ultraschall-Vibrationsdrehens besser ist als die des normalen Drehens und der Werkzeugverschlei? geringer ist. Durch die Experimente wurden auch die Hartlegierungswerkzeuge wie Mikroprisma und sph?rische Linse mit optischer Oberfl?chenqualit?t bearbeitet.

Es ist ein wichtiges Zeichen, das Herstellungsniveau der nationalen Matrize zu messen, um die pr?zise, komplexe und langlebige Hartmetalldüse herzustellen. Die Mikromahltechnologie bietet die Vorteile einer hohen Bearbeitungseffizienz, einer breiten Palette von Bearbeitungsmaterialien, einer dreidimensionalen komplexen Form, einer hohen Oberfl?chenqualit?t usw. Es eignet sich sehr gut zur Bearbeitung von Mikrowerkzeugen und Mikroteilen aus Hartmetall und hat eine breite Anwendungsperspektive. In diesem Artikel werden diamantbeschichtete Werkzeuge zum Mikromahlen von Hartmetall verwendet. Die Schnittkraft, Oberfl?chenqualit?t und der Werkzeugverschlei? werden analysiert.

Testausrüstung und Versuchsplan für das PDC-Mikromahlen

Es wird die selbstgebaute hochpr?zise Mikromühle verwendet (siehe Abbildung 1). Die Werkzeugmaschine ist speziell für das Mikrofr?sen von Klein- und Mikroteilen konzipiert. Es besteht aus Marmorbett, Vorschubmechanismus, Hochgeschwindigkeits-Luftflotationsspindel, Bewegungssteuerungssystem auf PMAC-Basis usw. Aufgrund des geringen Durchmessers des Mikromahlfr?sers ist es nicht einfach, eine genaue Werkzeugeinstellung zu erzielen. Die Werkzeugmaschine ist mit einem Mikroskopwerkzeug-Einstellsystem ausgestattet, mit dem der Mikromahlprozess auch online überwacht werden kann.

Abbildung 1 Mikromahlmaschine

Verwenden Sie einen diamantbeschichteten Mikrofr?ser mit Spiralkante (siehe Abb. 2a). Das Grundmaterial des Fr?sers ist eine Hartlegierung, und eine Diamantfilmschicht wird durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) beschichtet. Der Griffdurchmesser betr?gt 6 mm, der Klingendurchmesser 1 mm, die Klingenl?nge 2 mm, der vordere Winkel des Werkzeugs 2 °, der hintere Winkel 14 ° und der Spiralwinkel 35 °. Der aus der REM-Seitenansicht gemessene Bogenradius γ ε der Werkzeugspitze betr?gt etwa 11 um (siehe Fig. 2b); Der aus der REM-Draufsicht gemessene Bogenradius des Werkzeugkantenbogens & ggr; & bgr; betr?gt etwa 8 & mgr; m (siehe 2C).

(a) (b)

(c)

 Abbildung 2 Diamantbeschichteter Mikromahlfr?ser

Diamantbeschichtete Werkzeuge werden verwendet, um die geraden Nuten unter verschiedenen Bearbeitungsparametern zu fr?sen. Vor dem Test wird die Oberfl?che des Werkstücks poliert, dann am Messger?t befestigt und festgeklemmt, und die Abtastfrequenz betr?gt 20 kHz. Alle Tests werden unter trockenen Schnittbedingungen durchgeführt. In Tabelle 1 finden Sie die Testparameter für das Mikromahlen. Die Spindeldrehzahl n ist auf 20000 U / min festgelegt, die Fr?stiefe AP betr?gt 2 & mgr; m und 4 & mgr; m und die Vorschubgeschwindigkeit jedes Zahns FZ betr?gt 0,3–1,5 & mgr; M. Nach dem Test wurde eine Ultraschallreinigungsmaschine zum Reinigen verwendet das Werkstück. Das Mahr-Oberfl?chenrauheitsmessger?t wurde verwendet, um die bearbeitete Oberfl?chenrauheit und die Mikroprofilkurve entlang der Vorschubrichtung zu messen. Die bearbeitete Oberfl?chenmorphologie und die Werkzeugverschlei?morphologie wurden durch SEM beobachtet.

Testergebnisse und Analyse von PCD Mikromahlen

Das Fr?skraftsignal ist ein wichtiger Parameter zur überwachung des Fr?sprozesses, der den Werkzeugverschlei?status und die Qualit?t der Bearbeitungsoberfl?che in Echtzeit widerspiegeln kann. W?hrend des Fr?sprozesses ?ndert sich die Schnittdicke kontinuierlich, was von Null auf das Maximum ansteigt und dann periodisch mit der Drehung des Fr?sers auf Null abnimmt, was zu dem Wellentrog und der Wellenspitze des Fr?skraftsignals führt. Anhand der Wellenform des Fr?skraftsignals k?nnen wir abnormale Verhaltensweisen wie ungleichm??iges Schneiden und Vibrationen w?hrend des Bearbeitungsprozesses beobachten.

Fig. 3 ist ein Wellenformdiagramm eines durch einen Test gemessenen Fr?skraftsignals, wobei Fx die Hauptschneidkraft ist, Fy die Vorschubkraft ist und Fz die Axialkraft ist. Aus der Wellenform der Fr?skraft ist ersichtlich, dass die Amplitude der Axialkraft Fz in den drei Komponenten des Fr?sprozesses die gr??te ist, weitaus gr??er als die beiden anderen Komponenten, gefolgt von der Hauptschneidkraft Fx und der minimalen Vorschubkraft Fy. Der Grund ist, dass die Fr?stiefe AP beim Mikromahlen sehr klein ist, was weitaus kleiner ist als der Radius des Spitzenbogens γ & epsi; des Mikromahlfr?sers. Nur ein kleiner Teil des Bodens des Spitzenbogens ist tats?chlich am Schneiden beteiligt, was dem Schneiden mit einem kleinen Hauptablenkwinkel entspricht, was zu einer gro?en axialen Fr?skraftkomponente führt.

Bei jeder Umdrehung des Fr?sers nehmen nacheinander zwei symmetrische Schneidkanten am Schneiden teil, was zwei Wellenspitzen in der Fr?skraftsignalperiode zeigt. Aus dem Oszillogramm ist ersichtlich, dass die Amplituden der beiden Spitzen nicht gleich sind und die Amplituden der Periode der ersten H?lfte offensichtlich gr??er als die der zweiten H?lfte sind. Dies zeigt, dass beim tats?chlichen Fr?sprozess die Schnittdicke von zwei Schneidkanten des Doppelzahnfr?sers unterschiedlich ist, eine Schneidkante mehr Materialien aufweist, die andere Schneidkante weniger Materialien aufweist, was zu einem ungleichm??igen Fr?sph?nomen führt. Schweres ungleichm??iges Fr?sen führt zu Schwankungen der Fr?skraft und erh?ht die Vibration w?hrend des Bearbeitungsprozesses, was der Stabilit?t des Mikromahlens nicht f?rderlich ist.

Abbildung 3 Wellenform des Mikromahlkraftsignals

Die Fr?skr?fte unter verschiedenen Mikrofr?sparametern werden w?hrend des ﹣ Tests aufgezeichnet. Der Spitzenwert der Fr?skraft, der der maximalen Schnittdicke im Werkzeugrotationszyklus entspricht, wird als Testergebnis genommen, und die Messergebnisse der X-, Y- und Z-Komponenten sind in Abbildung 4 dargestellt. Bei gleicher Fr?stiefe die Fr?skraft steigt mit der Erh?hung der Vorschubgeschwindigkeit FZ jedes Zahns. Die Hauptschnittkraft Fx und die Vorschubkraft Fy steigen relativ sanft an. Wenn die Fr?stiefe ap = 2 m und 4 m betr?gt, steigt die Hauptschneidkraft Fx von 0,44 N und 0,92 N auf 1,34 N bzw. 2,05 N, und die Vorschubkraft Fy steigt von 1,34 N und der zweiten auf ?Ho " und die"; die axiale Kraft nimmt mit einer gro?en Amplitude zu, von ?Qi“ und ?the“ zu ?the“. In ?hnlicher Weise führt die Erh?hung der Fr?stiefe auch zu einer Erh?hung der Fr?skraft. Die Axialkraft FZ im Dreiwegebauteil ist empfindlich gegenüber den Fr?sparametern. Der Grund dafür ist, dass die Vorschubgeschwindigkeit jedes Zahns FZ beim Mikrofr?sen kleiner ist als der Kantenbogenradius γ β des Mikrofr?sers, der die Kontaktfl?che zwischen der Rückseite der Unterkante des Mikrofr?sers und dem Werkstück bildet relativ gro?, und die Reibungskraft auf der Rückseite macht einen gro?en Anteil an der Fr?skraft aus.

Abb. 4 Kurve der Fr?skraft, die sich mit den Bearbeitungsparametern ?ndert

Oberfl?chenqualit?t von PCD Mikromahlen

Hartmetall ist eine Art hartes spr?des Material. Beim herk?mmlichen Schneiden wird das harte spr?de Material normalerweise in Form eines Spr?dbruchs entfernt, was zu Spr?dbruchfehlern auf der bearbeiteten Oberfl?che führt und die Qualit?t der bearbeiteten Oberfl?che beeintr?chtigt. Die Ergebnisse zeigen, dass, wenn die Bearbeitungsparameter so gesteuert werden, dass die Schnittdicke unter einem bestimmten kritischen Wert liegt, das spr?de Material auch eine plastische Verformung aufweisen kann und die glatte duktile Bearbeitungsoberfl?che erhalten wird, die als duktiles Schneiden bezeichnet wird. 5 zeigt die Oberfl?chenmorphologie und Profilkurve von mikrogemahlenem Hartmetall bei AP = 2 & mgr; m und FZ = 1,2 & mgr; M. Aus der Figur ist ersichtlich, dass die Bearbeitungsoberfl?chenmorphologie haupts?chlich die Reflexion der Werkzeuggeometrie mit klarem Werkzeug ist Markieren Sie die Textur verteilt. Anhand der Konturkurve kann die Vorschubwerkzeugmarkierung der Werkzeugz?hne beobachtet werden, und es liegt fast kein Spr?dbruchfehler vor. Beim Mikromahlen ist die tats?chliche Schnittdicke sehr gering, wodurch das duktile Schneiden von Hartmetall realisiert werden kann. Das Hartmetallmaterial wird im Wege einer plastischen Verformung entfernt, um eine gute Qualit?t der Bearbeitungsoberfl?che zu erhalten.

（A） Geometrie der Oberfl?che

(b) Konturkurve

Abbildung 5 bearbeitete Oberfl?chenmorphologie und Profil

Fig. 6 zeigt die Kurve der Oberfl?chenrauheit Ra von Mikrofr?sen von Hartmetall mit Bearbeitungsparametern. Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Ra-Wert der bearbeiteten Oberfl?chenrauheit von Hartmetall aufgrund des duktilen Schneidens beim Mikromahlen sehr gering ist. Die Oberfl?chenrauheit Ra nimmt mit zunehmendem Vorschub pro Zahn AP und Fr?stiefe FZ zu, aber die Auswirkung des Vorschubs pro Zahn auf die Oberfl?chenrauheit ist gr??er als die der Fr?stiefe. Wenn AP = 2 & mgr; m und FZ = 0,3 & mgr; m ist, betr?gt die minimale Oberfl?chenrauheit 0,073 & mgr; m; Wenn AP = 4 & mgr; m und FZ = 1,5 & mgr; m ist, betr?gt die maximale Oberfl?chenrauheit 0,151 & mgr; M.

(b) Kontur

Zahl 6 Form und Umriss der bearbeiteten Oberfl?che

Fig. 6 zeigt die ?nderungskurve der Oberfl?chenrauheit Ra von Mikrofr?sen von Hartmetall mit Bearbeitungsparametern. Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Ra-Wert der bearbeiteten Oberfl?chenrauheit von Hartmetall aufgrund des duktilen Schneidens beim Mikromahlen sehr gering ist. Die Oberfl?chenrauheit Ra nimmt mit zunehmendem Vorschub pro Zahn AP und Fr?stiefe FZ zu, aber die Auswirkung des Vorschubs pro Zahn auf die Oberfl?chenrauheit ist gr??er als die der Fr?stiefe. Wenn AP = 2 & mgr; m und FZ = 0,3 & mgr; m ist, betr?gt die minimale Oberfl?chenrauheit 0,073 & mgr; m; Wenn AP = 4 & mgr; m und FZ = 1,5 & mgr; m ist, betr?gt die maximale Oberfl?chenrauheit 0,151 & mgr; M.

(a) (b)

(c)

Diagramm.7 Mikrogeometrie des Verschlei?es am Schneidwerkzeug

Abbildung 8 Einfluss der Fr?sl?nge auf die Oberfl?chenrauheit

Fig. 8 zeigt die Kurve der Oberfl?chenrauheit, die sich mit dem Mikromahlweg ?ndert. Aus der Figur ist ersichtlich, dass die Oberfl?chenrauheit Ra mit zunehmendem Fr?sweg allm?hlich zunimmt. Wenn der Fr?sabstand 700 m m erreicht, nimmt die Oberfl?chenrauheit stark zu; Wenn der Fr?sabstand 700 mm überschreitet, verlangsamt sich die Zunahme der Oberfl?chenrauheit. Wenn die Fr?sl?nge 1000 mm betr?gt, erreicht die Oberfl?chenrauheit Ra 0,224 & mgr; M. Nach dem Werkzeugverschlei? nimmt nicht nur die Fr?skraft zu, sondern auch die Extrusion und Reibung des Werkstücks wird schwerwiegender, was die M?glichkeit eines Spr?dbruchs von Zement erh?ht Hartmetallmaterialien verursachen Spr?dbruchfehler auf der bearbeiteten Oberfl?che, verschlechtern die bearbeitete Oberfl?chenqualit?t und erh?hen die Oberfl?chenrauheit.

Fazit bisher

(1) Da die Fr?stiefe weit kleiner als der Radius des Spitzenbogens ist, ist nur der Boden des Spitzenbogens tats?chlich am Schneiden beteiligt, was zu einer gro?en axialen Komponente führt. Beim Mikromahlprozess eines diamantbeschichteten Doppelzahnfr?sers tritt ein Ph?nomen des ungleichm??igen Fr?sens auf, und die Fr?skraft nimmt mit zunehmendem Vorschub pro Zahn und Fr?stiefe zu.

(2) Das Mikromahlen ist sehr klein, wodurch ein duktiles Schneiden von Hartmetall realisiert und eine gute Oberfl?chenqualit?t der Bearbeitung erzielt werden kann. Die Oberfl?chenrauheit Ra nimmt mit zunehmendem Vorschub pro Zahn und Fr?stiefe zu.

(3) führt zu ungleichm??igem Verschlei? zweier Schaufeln und starkem Verschlei? der Lagerschaufeln. Die Oberfl?chenrauheit nimmt mit zunehmendem Fr?sweg zu.