Способы получения деталей из пластмасс в твердом состоянии

Большое число деталей в машиностроении и приборостроении получают из пластмасс в твердом состоянии. В качестве заготовок служат листовые материалы, трубы, прутки, профили различного сечения. Иногда возникает необходимость в дополнительной обработке деталей, полученных прессованием, литьем под давлением и другими технологическими способами. В зависимости от способа воздействия на заготовку, используемого инструмента и оборудования применяют два основных способа переработки: разделительную штамповку и механическую обработку резанием.

Разделительная штамповка.При разделительной штамповке в материале заготовки возникают силы, превышающие предел прочности. В результате этого происходит полное или частичное отделение одной части заготовки от другой.

При изготовлении пластмассовых деталей из листовых материалов разделительной штамповкой применяют следующие операции: вырубку, пробивку, отрезку, надрезку, разрезку, обрезку, зачистку. Наибольшее применение получили операции вырубки, пробивки и разрезки.

Вырубка - операция, предназначенная для полного отделения материала по замкнутому (наружному) контуру. Продуктом вырубки является готовая деталь. Нередко вырубка совмещается с пробивкой, т. е. с получением пазов или отверстий в детали. Эти операции выполняют с помощью различных штампов.

Разрезка — это операция, необходимая для разделения на большое число заготовок или деталей (прессованных, литых и т. д.). Разрезкой также получают заготовки из листа. Операции разделительной штамповки выполняют с предварительным подогревом заготовки или без подогрева.

При штамповке на поверхности среза возможно образованно трещин и сколов. Для предотвращения этих явлений применяют двухступенчатые пуансоны. С помощью пуансона меньшего диаметра получают предварительное отверстие. Основной (калибрующий) пуансон окончательно формирует отверстие.

Детали из пластмасс штампуют на оборудовании с небольшим рабочим усилием: гидравлических и механических прессах.

Особенности обработки пластмасс резанием.Обработку пластмасс резанием применяют в качестве отделочной операции после предварительного формообразования или как самостоятельный способ изготовления деталей из поделочных материалов.

Особенностью получения пластмассовых деталей прессованием, литьем и другими способами является значительное колебание усадки при затвердевании материала. Это снижает точность получаемых деталей. Для достижения заданной точности применяют дополнительную механическую обработку. Кроме того, обработкой резанием удаляют литниковую систему, заусенцы. Необходимо, однако, иметь в виду, что при механической обработке нарушается поверхностная смоляная пленка. Это приводит к снижению химической стойкости и повышению влагопоглощения пластмассовых деталей. Поэтому обработку следует применять только в необходимых случаях.

Особенности строения и физико-механические свойства пластмасс существенно влияют на технологию их обработки, конструкцию режущего инструмента и приспособлений.

Пластмассы имеют более низкие механические характеристики по сравнению с металлом. Это свойство пластмасс можно было бы использовать для повышения скорости резания. Однако низкая теплопроводность пластмасс приводит к концентрации теплоты, образующейся в зоне резания. В результате этого происходит интенсивный нагрев режущего инструмента, размягчение или оплавление термопластов, обугливание или прижог реактопластов в зоне резания. При обработке деталей из термопластов максимальная температура процесса не должна превышать 60-120 °С; деталей из реактопластов - 120-160 °С. Образующаяся теплота при обработке пластмасс отводится в основном через инструмент.

Стойкость режущего инструмента различна в зависимости от типа обрабатываемого материала. Незначительный износ наблююдается при обработке термопластов без наполнителя. При обработке термореактивных материалов, особенно со стеклянными и другими подобными наполнителями, стойкость режущего инструмента значительно снижается. Заготовки из термопластов (органического стекла, полистирола, фторопласта и т. д.) можно обрабатывать режущими инструментами из углеродистых и быстрорежущих сталей. Материалы, оказывающие абразивное действие, обрабатывают инструментами, оснащенными твердым сплавом, алмазом, эльбором.

При обработке термореактивных материалов со слоистыми и волокнистыми наполнителями охлаждающие жидкости не применяют из-за возможности набухания поверхностей материалов.

Процесс стружкообразования при обработке пластмасс характеризуется меньшими силами резания (по сравнению с обработкой металлов). Образующаяся при обработке термореактивных пластмасс пылевидная и элементная стружка плохо сходит с передней поверхности инструмента. Поэтому канавки для отвода стружки делают более емкими и полируют во избежание ее прилипания. Геометрия режущего инструмента характеризуется большими величинами переднего и заднего углов.

Пластмассы обрабатывают на специальном или универсальном металлорежущем оборудовании.

Резку применяют для получения заготовок из листовых материалов. Материал толщиной менее 3 мм разрезают приводными ножницами различных конструкций. Материалы толщиной более 3 мм, особенно листы из термореактивных материалов, разрезают твердосплавными фрезами или отрезными алмазными шлифовальными кругами. Стойкость алмазного круга в 40-50 раз выше стойкости твердосплавных фрез. Качество реза значительно выше - отсутствуют сколы, трещины и расслоения разрезаемого материала. Скорость резания алмазным кругом составляет 20-25 м/с, подача - 350-450 мм/мин с охлаждением 3 %-ным раствором кальцинированной соды в воде.

Точение пластмассовых деталей производят на токарных и токарно-револьверных станках. Режимы резания и геометрия режущих инструментов во многом зависят от вида обрабатываемого материала.

Термопластичные материалы (органическое стекло, поливинилхлорид и др.) обрабатывают со скоростью резания v = 300-1000 м/мин, подачей s = 0,1-0,2 мм/об и глубиной резания t = 0,1-0,5 мм; стеклотекстолиты различных марок — с v = 100-300 м/мин, s = 0,1-0,5 мм/об, t = 0,5-4,0 мм.

Геометрия режущего инструмента: а = 10-25°, j = 45°, λ = 0 для термопластов и реактопластов; g = 10-20° для термопластов и g = 0-10° для реактопластов.

Передние поверхности резцов затачивают без фасок и стружечных канавок. Для улучшения условий схода стружки переднюю поверхность полируют.

Критерием изнашивания резцов, так же как и при обработке металлов, служит износ по задней поверхности. При обработке термопластов величину износа принимают равной 0,1-0,3 мм; для реактопластов - 0,2-0,6 мм. При использовании резцов, оснащенных алмазами, допустимая величина износа уменьшается до 0,1-0,15 мм.

Фрезерование является наиболее распространенной операцией механической обработки пластмасс. Фрезерованием получают плоские и фасонные поверхности, пазы и уступы; удаляют литники и заусенцы у деталей, изготовленных прессованием, литьем и другими способами. Как правило, используют универсальное фрезерное оборудование.

К обработке пластмассовых деталей на фрезерных станках предъявляют следующие основные требования: обрабатываемая заготовка должна быть плотно прижата к опорной поверхности и жестко закреплена на столе станка или в приспособлении; при фрезеровании слоистых пластиков во избежание расслаивания необходимо применять попутное фрезерование; режущий инструмент, его геометрические параметры и режимы резания должны отвечать условиям высокопроизводительной обработки.

К фрезам для обработки пластмасс предъявляют специфические требования: большой угол наклона винтовой канавки (ω =20-25°), что обеспечивает плавность их работы и улучшает отвод стружки; по возможности минимальное число зубьев (z = 2-4) для обеспечения больших подач на зуб. Кроме того, уменьшение числа зубьев позволяет увеличить объем канавок, что также значительно облегчает сход и удаление образующейся стружки.

Термопластичные материалы обрабатывают, как правило, цельными фрезами из быстрорежущей стали; термореактивные материалы - фрезами со вставными ножами из твердого сплава.

Режимы резания, как и при точении, выбирают в зависимости от типа обрабатываемой пластмассы и материала режущего инструмента.

Сверление. Отверстия в деталях из пластмассы сверлят на обычных сверлильных станках. В качестве режущего инструмента применяют спиральные и перовые сверла из быстрорежущей стали, сверла, оснащенные пластинками из твердого сплава, цельнотвердосплавные сверла, циркульные вырезные резцы, трубчатые сверла и алмазные трубчатые сверла-коронки.

При сверлении должно быть обеспечено непрерывное удаление стружки. Заедание стружки вызывает интенсивное выделение теплоты, что отрицательно влияет на процесс обработки. В зоне резания поверхность термопластичного материала оплавляется, а термореактивного — обугливается. Для предотвращения перегрева во время сверления (особенно глухих отверстий) сверло несколько раз выводят из зоны обработки.

Отверстия диаметром более 10 мм рекомендуется сверлить в два-три приема: предварительно сверлом диаметром 5-6 мм, а затем сверлом нужного диаметра.

Термопластичные материалы обрабатывают сверлами из быстрорежущей стали; термореактивные материалы — сверлами из быстрорежущей стали и сверлами, оснащенными пластинками из твердого сплава, или цельнотвердосплавными сверлами.

Конструкцию сверла и геометрию режущей части выбирают с учетом свойств и структуры обрабатываемого материала, диаметра отверстия, глубины сверления и технологических требований к точности и качеству отверстий.

Отверстия малого диаметра сверлят сверлами с углом при вершине 2j = 30-60°. Достоинством сверл с малым углом при вершине является плавный вход и выход сверла, отсутствие сколов и выкрашиваний кромок отверстия. Однако при этом увеличивается время врезания и выхода сверла, ухудшается теплоотвод, что является недостатком сверл данной конструкции.

Наибольшее применение нашли сверла с углом при вершине 2j = 60-90°. Сверла с углом при вершине 2j > 90° используют значительно реже и в основном для обработки термореактивных пластмасс и получения глухих отверстий.

Для повышения стойкости применяют сверла с двойной заточкой при вершине 2j = 70° и 2j = 35°. Такая заточка позволяет успешно использовать быстрорежущие спиральные сверла для обработки пластмасс, характеризующихся высокими абразивными свойствами.

Задний угол сверла рекомендуется выбирать по возможности бόльшим. Это способствует снижению трения и изнашивания сверла. При заточке сверл по задним поверхностям не допускается наличие фасок с нулевым задним углом.

Для получения отверстий в деталях из текстолита, гетинакса, органического стекла, стеклотекстолита и других материалов толщиной до 15 мм и диаметром более 30мм применяют циркулярные вырезные резцы (рис. 23.9).

При обработке отверстий, к которым предъявляют требования по точности и качеству поверхности, следует применять твердосплавные сверла. Стойкость их в десятки и даже сотни раз превышает стойкость сверл из быстрорежущей стали.

Нарезание резьбы является одной из трудновыполнимых операций, так как из-за незначительной прочности пластмасс происходит скалывание и срыв гребешков резьбы. По этим причинам рекомендуют получать резьбы при формообразовании деталей прессованием или литьем под давлением, хотя это часто значительно усложняет конструкцию пресс-формы.

В необходимых случаях наружные резьбы нарезают плашками, фрезами, резцами; внутренние — азотированными или хромированными метчиками. Резьбу нарезают, используя смазывающие материалы (машинное масло или парафиновое масло и смеси с керосином). Не рекомендуется назначать большие скорости резания, так как при этом возможно скалывание материала.

Резьбы больших размеров нарезают на токарно-винторезных станках. Глубину резания не рекомендуют назначать более 0,1 мм, допустимый износ резца — 0,2 мм. В противном случае происходит выкрашивание и срыв ниток резьбы. Значительно повышаются производительность и точность при нарезании резьбы абразивным кругом, заправленным под углом профиля резьбы. Так, резьбошлифованием удается получить наружную резьбу по 2-му классу точности. Производительность повышается в 2-4 раза по сравнению с нарезанием резьбы резцами.

Применение метчиков, изготовленных из твердого сплава, позволяет повысить точность нарезания внутренних резьб по сравнению с метчиками из быстрорежущих сталей. Стойкость этаких метчиков в 20-40 раз выше быстрорежущих.

Шлифование применяют как окончательную операцию для достижения необходимой точности и заданной шероховатости поверхности. Термореактивные материалы обрабатывают абразивными кругами; термопластичные материалы — предпочтительно эластичными кругами с добавлением паст из отмученной пемзы с водой. Шлифование выполняют на универсальных шлифовальных станках. Заусенцы зачищают ленточно-шлифовальными станками.

Полированием удаляют следы механической обработки, выводят матовые пятна и получают гладкие блестящие поверхности. Полируют кругами из хлопчатобумажных и шерстяных тканей. Полируют в две стадии: предварительно и окончательно. Предварительное полирование проводят с пастами, окончательное — без паст. Во избежание перегревов, прижогов и изменения цвета поверхности нельзя допускать сильного прижима заготовки к кругу во время полирования. Мелкие детали полируют в галтовочных барабанах.