-0.55
Распечатать материал
Особенности обработки керамических материалов на станке с ЧПУ
| Автор: В.В. БУСЛАЕВА, магистрант; Н.В. ГЕРАСИМОВ, магистрант П.В. ДЕМЕШКО, магистрант; Р.С. ПРОСКУРИН, магистрант (НГТУ, г. Новосибирск); Буслаева В.В. - 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: nika9400@inbox.ru |
Введение
В настоящие время в машиностроении возникла потребность в конструкционных материалах, которые наряду с низкой плотностью обладают высокими эксплуатационными свойствами, что сложно реализовать при использовании традиционных металлических материалов. КМ привлекают к себе повышенное внимание, т.к. обладают высокой твердостью, прочностью на сжатие, износостойкостью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и низкой плотностью. Но они не работают в условиях изгибных, растягивающих и ударных нагрузок [1]. Изделия из керамических материалов широко распространены не только в машиностроении, а также в приборостроении, медицине, радиотехнике и т.д.
Основной метод получения заготовок из КМ - прессование с последующим спеканием. Из-за высокой твердости после спекания, обработка изделий возможна только шлифованием. Простые поверхности изделия обрабатывают алмазными шлифовальными кругами, производят доводку алмазными пастами [2]. Но для получения изделий со сложным профилем данные методы обработки не пригодны, поэтому предлагается для таких деталей проводить фрезерную черновую обработку "сырой" либо слегка "подспечённой" керамики на станках с ЧПУ.
Методика экспериментального исследования
Для проведения экспериментальных исследований использовалось оборудование фирмы Roland MDX 540S (Япония) станок с ЧПУ (рис.1) и программное обеспечение Powermill 2016. В таблице 1 представлены режимы, использованные при обработке керамики. В качестве режущего инструмента применялись концевая твердосплавная фреза 6 мм и перовое сверло 8мм.
| Рис. 1. Станок с ЧПУ Roland MDX 540S |
Таблица 1
Режимы резания
| Геометрический элемент | N, об/мин | V, мм/мин | S, мм |
| Плоскость | 8000 | 360 | 0,3 |
| Отверстие | 400 | 10 | - |
Результаты и обсуждение
В результате проведенных экспериментов были определены вопросы, связанные с обработкой керамических материалов.
- Особенности крепления керамических заготовок в приспособление Для зажима заготовки не требуется большого усилия зажима т.к. "сырая" или "подспеченная" керамика находится в состоянии, когда нет сильных взаимосвязей между частицами, поэтому не требуется больших сил чтобы разделить их в процессе обработки.
- Износ инструмента
Это может привести к изменению структурного состояния материала. Структурные изменения могут сказаться на механических свойствах изделия.
В процессе обработки в зоне резания материал удаляется в виде абразивных частиц, которые налипают на инструмент и на обрабатываемую деталь, что негативно влияет на износ инструмента. Для предотвращения трения абразивных частиц об режущие кромки инструмента, следует постоянно удалять частицы из зоны обработки в процессе резания.
- Обработка отверстий
При обработке отверстий фрезой происходит выдавливание "донышка" материала (рис.2,а), что приводит к зарождению трещин, появлению больших сколов и разрушению заготовки и как следствие порче последней. При обработке перовым сверлом на кромках отверстия возникают незначительные сколы (рис.2,б).
| a | б |
| Рис. 2. Дефекты при обработке отверстий: а - сколы и разрушения после фрезерования; б - незначительные сколы после сверления | |
- Схема обработки
Траектория "смещать все" характеризуется врезанием инструмента в центре заготовки. Обработка происходит по эквидистанте. Такой способ негативно влияет на инструмент (трёхсторонняя схема резания), приводит к большому количеству сколов на поверхности заготовки, что ухудшает качество поверхности (рис. 3, а).
При использовании траектории "растр" обработка происходит ступенчато, что в корне ухудшает качество поверхности и приводит к большому количеству сколов на кромках детали в процессе врезания инструмента (рис. 3, б). Траектория "смещать модель" характеризуется тем, что врезание инструмента происходит с наружного контура и постепенно углубляется в центр по эквидистанте (рис. 4, в). Для уменьшения количества сколов и выбоин необходимо использовать попутную схему фрезерования.
| a | б | в |
| Рис. 3. Траектории движения инструмента: а - траектория "смещать все"; б - траектория "растр"; в - траектория "смещать модель" | ||
Качество поверхности также зависит от того какой частью работает концевая фреза. При обработке торцевой частью на поверхности видны выбоины (рис. 4, а), тогда как при работе цилиндрической частью поверхность не имеет видимых дефектов (рис. 4, б).
| a | б |
| Рис. 4. Качество поверхности после обработки: а - обработка цилиндрической частью фрезы; б - обработка торцевой частью фрезы | |
Выводы
Механическую обработку КМ нужно проводить в "сыром" или "подспеченном" состоянии с учетом усадки и припуска под шлифование, если эта операция необходима. При фрезеровании наиболее качественная поверхность получается при обработке цилиндрической частью фрезы. Для уменьшения дефектов при обработке необходимо использовать траекторию "смещать модель" и попутную схему фрезерования. Обработку отверстий следует производить при помощи сверления перовым сверлом.
Список литературы
1. Панова И.М. Особенности конструирования изделий из керамических материалов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2013. - № 4 (45). - С. 45-50.
2. Механическая обработка деталей из керамики и ситалов / В.А. Хрульков, В.А. Тародей, А.Я. Головань, Ю.М. Буки. - Саратов: Изд-во Саратов. ун-та, 1975. - 352 с.
Актуальные проблемы в машиностроении. Том 4. № 1. 2017 Инновационные технологии в машиностроении
515