§ 5. Изготовление деталей из пластмасс в твердом состоянии

Большое число деталей изготовляют из пластмасс в твердом состоянии: листов, плит, труб, профилей различного сечения. Для этого применяют разделительную штамповку и обработку реза­нием.

1. Разделительная штамповка включает операции: вырубку, пробивку, обрезку, зачистку. Наибольшее применение из них по­лучили вырубка и пробивка.

Вырубку и пробивку делают на вырубных штампах, аналогич­ных, по конструкции штампам для металла. При штамповке из листовых пластиков можно получить детали сложного профиля.

Вырубку и пробивку отверстий рационально производить в ма­териалах толщиной до 3 мм и, как правило, без нагрева.

2. Обработка резанием. Пластмассы поддаются всем видам обработки резанием, которую выполняют на обычных металлоре­жущих или деревообрабатывающих станках. Однако особенности строения и физико-механические их свойства требуют соблюдения некоторых требований к технологии обработки и конструкции режу­щего инструмента.

Низкая теплопроводность пластмасс способствует концентра­ции тепла в зоне резания, что ведет к значительному нагреву ин­струмента, оплавлению термопластов и прижогу или обугливанию реактопластов. Под действием тепла смолистые составляющие пластмасс налипают на рабочие поверхности инструмента. Поэтому его необходимо тщательно затачивать, передние и задние поверхно­сти полировать, а иногда хромировать и доводить пастами.

При обработке пластмасс с абразивными наполнителями (кварц, асбест, стекловолокно и др.) инструмент обладает малой износо­стойкостью. Поэтому для обработки таких пластмасс применяют инструмент из твердых сплавов или быстрорежущей стали.

Из-за возможного влагопоглощения и набухания при обработке реактопластов с волокнистыми и слоистыми наполнителями охла­ждающие жидкости не применяются.

При обработке пластмасс образуется много пыли, выделяются вредные газы, поэтому станки должны быть оснащены местной вен­тиляцией.

Для улучшения условий резания и повышения стойкости ин­струмента передний и задний углы выбирают несколько большими, чем при обработке металлов.

Резку листовых пластмасс толщиной до 3 мм осуществ­ляют с помощью гильотинных, параллельных или дисковых ножниц.

Материал толщиной более 3 мм разрезают ленточными и диско­выми пилами из быстрорежущей стали, твердосплавными фрезами или обрезными алмазными кругами. Ленточные пилы лучше прово­дят тепло, поэтому они более пригодны для распиливания плит большей толщины; узкие полотна применяют для фигурной резки, широкие — для прямой. Резка осуществляется ленточными пилами со скоростью резания 250... 1200 м/мин и дисковыми пилами —

250. .3000 м/мин обычно при охлаждении сжатым воздухом.

Точение пластмассовых деталей производится на обычных метал­лорежущих станках. Для точения термопластов применяют резцы из инструментальной углеродистой и быстрорежущей стали с угла­ми: а <20°; у = 15...20°; <р = 45° и к = 0. Для точения реакто­пластов применяют резцы из быстрорежущей стали и твердых сплавов о углами: а = 10...20°; у = 10...20°; ф = 45 и Я = 0.

Термопласты (оргстекло, винипласт, полиамиды) обрабатывают со скоростью резания v =s 200... 1000 м/мин, глубиной резания t — 0.5...3 мм и подачей s =? 0,1...0,2 мм/об, фенопласты с раз­личными наполнителями - си - 170... 180 м/мин, t = 1,5... 2,5 мм и $ = 0,1...0,2’ мм/об.

При точении термопластов обычно применяют охлаждение эмульсией или водой, при точении реактопластов (гетинакса, тек­сте литов, волокнитов) — сжатым воздухом.

Фрезерование выполняется на фрезерных металлообрабатыва­ющих станках.

Фрезерование термопластов осуществляют фрезами из быстроре­жущей стали с углами заточки а = 10... 15°, у до 20° при скорости резания 200...250 м/мин и подаче 0,1...0,4 мм/об.

Реакто пласты обрабатывают фрезами, оснащенными пластин­ками из твердых сплавов, с углами а= 10...25° и у= 10...15°, при скорости резания 125...200 м/мин и подаче 0,1...0,3 мм/об.

При фрезеровании пластмасс следует:

фрезеруемую деталь жестко закреплять на станке или в при­способлении;

для повышения плавности работы и улучшения отвода стружки применять фрезы с винтовыми зубьями с углом наклона 20...55°;

при фрезеровании пластмасс со слоистыми наполнителями при­менять попутное фрезерование;

для охлаждения инструмента применять сжатый воздух (не­которые термопласты допускают применение эмульсии).

Сверление отверстий, в особенности глубоких, в деталях из пластмасс представляет определенные трудности. Поэтому опера­ции сверления желательно исключать, а при необходимости их вы­полнения — правильно выбирать конструкцию сверла, его мате­риал и геометрические параметры, режимы обработки, смазки и охлаждения зоны резания. Необходимым условием качественного сверления являются: большая скорость резания, небольшие подачи и частый вывод сверла из отверстия для удаления стружки. Повы­шению качества обработки способствует применение спиральных сверл с широкой, хорошо полированной канавкой. Охлаждение обычно обеспечивается сжатым воздухом, а при сверлении фено­пластов и стеклопластиков возможно применение СОЖ (водный раствор эмульсола).

Для сверления отверстий в термопластах применяют спираль­ные сверла с углом при вершине 2ф г» 70°, задним углом а = 4. ..8° и углом наклона канавки со = 15... 17°.

Для сверления отверстий в термореактивных пластмассах и ли­стовых пластиках используют сверла из быстрорежущих сталей или твердых сплавов с параметрами: 2ф = 50.. .60°, а= 14...16°исо = 10°.

Кроме спиральных сверл для сверления отверстий в пластмас­сах применяют перовые сверла, циркульные резцы, трубчатые сверла, алмазные сверла-коронки.

Нарезание резьбы на пластмассовых деталях является сравни­тельно трудновыполнимой операцией и поэтому требует строгого соблюдения режимов резания, охлаждения, выбора инструмента.

Наружные резьбы нарезают резцами, фрезами, плашками, внут­ренние — азотированными или хромированными метчиками.

Резцы большого диаметра нарезают на токарно-винторезных станках при скорости резания около 100 м/мин и глубине резания не более 0,1...0,2 мм с применением СОЖ из смеси парафинового масла и керосина.

Небольшие наружные и внутренние резьбы нарезают плашками и мегчиками из быстрорежущей стали при скоростях резания

12. .20 м/мин и смазке маслом или мыльным раствором. У метчиков передний угол должен быть отрицательным (—5...—10°), а канав­ки — хромированными и полированными.

Резьбу на деталях из пластмасс со слоистыми наполнителями (гетинакс, текстолит) следует нарезать только перпендикулярно слоям наполнителя, иначе возможно их расслаивание.

Шлифование деталей из термопластов проводят суконными и фланелевыми кругами с пастой из отмученной пемзы с водой или наждачной бумагой с абразивом зернистостью 150...250.

Термореактивные пластмассы шлифуют абразивными кругами с мягкой связкой, наждачными полотнами или бумагой.

Шлифование осуществляют с большими скоростями (20...40 м/с) при кратковременном контакте (1... 1,5 с) детали с кругом и усилии прижима в пределах 0,05...0,15 МПа.

Полирование пластмасс производят на полировальных станках суконными, хлопчатобумажными или байковыми кругами диамет­ром 200...400 мм и толщиной 60...100 мм с нанесенными на них пастами (ГОИ, ВИАМ-2 и др.) при окружной скорости 15...35 м/с.

Мелкие детали полируют в галтовочных барабанах. При сухом способе полировальным составом служит смесь пемзы или опилок с мелом с машинным и вазелиновым маслом, а при мокром — бе­рется 100 г пемзы тонкого помола на 10 л воды.

§ 6- Сварка и склеивание пластмасс

Сварку применяют для получения неразъемных соединений деталей из термопластов; склеивать можно пластмассы между со­бой, а также другими материалами (металлами, деревом, тканями и др.).

Сварку пластмасс осуществляют, применяя теплоноситель (на­гретый газ или инструмент) или нагрев ТВЧ, ультразвуком, трением.

Сварку газовым теплоносителем применяют при изготовлении труб, корпусов, аппаратов, ванн и других емкостей из листового винипласта, полистирола, полиэтилена и других термопластов. Та­кая сварка может осуществляться с применением присадочного материала и без него. В качестве теплоносителя используют воздух, углекислый газ, азот. Газ нагревают до температуры 180...220 °С в специальных сварочных пистолетах, обогреваемых электро- или газовыми нагревателями.

При сварке с присадочным материалом (рис. VI 1.9,а) струя нагретого газа направляется из сопла 2 на кромки деталей 1 и при­садочный пруток 3 диаметром 2...4 мм из того же пластика и нагре­вает их до вязкотекучего состояния. При надавливании пруток приваривается к размягченным кромкам, образуя сварной шов.

При сварке без присадочного материала сварочный пистолет 2 (рис. VII.9,б) устанавливают в створ свариваемых листов 1 так, чтобы газовая струя попадала на срезанные под углом кромки. Дав­ление сварки осуществляется роликами. Скорость такой сварки составляет 12...20 м/с.

Сварку нагретым инструментом применяют для соединения труб и прутков встык, а также листовых и пленочных материалов внахлестку. При этом способе ис­точником нагрева свариваемых де­талей служит нагретый инструмент (пластина, клин, паяльник), пере­дающий тепло при контакте с мате­риалом и разогревающим его до вяз­котекучего состояния. После уда­ления инструмента поверхности сва­риваемых деталей сдавливают, чем

и обеспечивают их сварку. _рю, _{0 Схемы сварки газовым}

Сварка трением пластмасс, как теплоносителем с присадочным (а) и металлов, основана на исполь- и без присадочного (б) материала

зовании для разогрева торцовых поверхностей свариваемых дета­лей тепла, выделяющегося при их трении. Сварку труб, прутков осуществляют на специальных установках, но возможно применение для этой цели и токарных станков.

Сварка с нагревом ТВЧ основана на использовании тепла, выде­ляющегося за счет диэлектрических потерь в зоне высокочастотного электрического поля. В промышленности широко применяют спе­циальные машины, обеспечивающие роликовую, точечную и прес­совую сварку пленок, листов, труб. Сварка с нагревом ТВЧ обе­спечивает прочность и герметичность швов, высокую производи­тельность и экономичность процесса.

Ультразвуковая сварка пластмасс в принципе мало отличается от ультразвуковой сварки металлов.

Для сварки ультразвуком листовые пластики зажимают между прижимом и волноводом магнитострикционного вибратора. При прохождении через обмотку вибратора тока частотой более 20 кГц колебания его сердечника усиливаются волноводом и передаются на свариваемый материал, где в конечном итоге трансформируются в теплоту.

При сварке ультразвуком материал разогревается только в зоне контактирующих поверхностей, что исключает перегрев. Важным преимуществом этого вида сварки является и то, что ее можно осу­ществить в труднодоступных местах, применяя для этого специаль­ные (например, отогнутые) волноводы.

Склеивание пластмасс. Технологический процесс склеивания пластмасс определяется их химической структурой, физико-меха­ническими свойствами, а также свойствами применяемых клеев.

Детали из термопластов склеивают преимущественно раствори­телями, например оргстекло и винипласт — дихлорэтаном, поли­стирол — бензолом или раствором этих материалов в соответству­ющих растворителях.

Склеивание полиэтилена, полипропилена, фторопласта и не­которых других пластиков затруднено и требует предварительной обработки склеиваемых поверхностей растворами различных реа­гентов. После такой обработки их склеивают полиуретановыми или фенолоформальдегидными клеями.

Для склеивания деталей из реактопластов применяют клеи на основе фенолоформальдегидных, полиуретановых, полиэфирных, эпоксидных и других смол.

Склеивание производят без подогрева (клеи ВИАМ Б-3, ПУ-2, ВК-5) и с подогревом до температуры 150...250 °С (клеи БФ-2, БФ-4, ВК-3, ВС-10Т, ВК-2, эпоксид П и др.).

Технологический процесс склеивания деталей состоит из под­готовки их поверхностей (пригонки, очистки) к склеиванию и не­посредственного склеивания: нанесения клея, выдержки для уда­ления растворителя, сборки деталей и выдержки под прессом без нагрева или с нагревом.