Технология конструкционных материалов. Способы получения деталей (за

среда от входа 1 к выходу 7 и фиксируется пружиной 2. Рубиновый стержень это кристалл Al2O3 с примесью окиси хрома Cr2O3. Плоские параллельные торцы его тщательно отполированы. Один из них покрыт слоем серебра, второй также посеребрен, но полупрозрачен. При интенсивной вспышке лампы 5 рубин освещается, и атомы хрома, поглощая световой квант, переходят из нормального в возбужденное состояние вследствие так называемой оптической подкачки. В момент, когда больше половины атомов хрома переходит в возбужденное состояние, равновесие становится неустойчивым, в кристалле освобождается накопленная энергия, атомы возвращаются в нормальное состояние и кристалл излучает фотоны. Мощный поток их прорывается сквозь полупрозрачный передний торец, образуя мощные излучения в виде пучка ослепительного ярко-красного света 6. С помощью специальной оптической линзы (на рис. 96, б не показана) этот пучок излучения фокусируется на площади диаметром до

0,01 мм.

С помощью лазеров можно вести обработку отверстий малого размера, пазов в заготовках из различных материалов независимо от их физико-механических свойств (твердые сплавы, алмазы). Светолучевая обработка обладает рядом достоинств по сравнению с электронно-лучевой и поэтому более перспективна.

201

VII. ПРОИЗВОДСТВО ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЛАСТМАСС

1. Общие сведения о пластмассах

Пластмассами называются материалы, получаемые на основе природных или синтетических полимеров (смол), которые на определенной стадии производства или переработки обладают высокой пластичностью.

Свойства пластмасс определяются физико-механичес- кими характеристиками их основы – смолы и добавок.

В зависимости от поведения при нагреве смóлы (и соответственно пластмассы) подразделяют на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные пластмассы (термопласты) при каж-

дом нагреве размягчаются, переходят в вязкотекучее состояние, а при охлаждении отвердевают. К термопластам относятся: органическое стекло, полистирол, полиэтилен, полипропилен, винипласт, капрон и др.

Термореактивные пластмассы (реактопласты) при на-

греве вначале размягчаются, а затем при определенной температуре переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние, поэтому они не могут повторно перерабатываться. К реактопластам относятся пластики на основе фенолоформальдегидной, полиэфирной и других смол.

Для придания пластмассе различных свойств в ее состав вводят разные компоненты: наполнители, пластификаторы, а также различные добавки.

Нaполнитeлями служат органические или неорганические вещества в виде порошков (древесной или кварцевой муки, графита), волокон (бумажных, хлопчатобумажных, асбестовых, стеклянных) или листов (ткани, слюды, древесного шпона). Наполнители повышают прочность, износостой-

202

кость, теплостойкость или другие свойства пластмасс и могут составлять 40...80 % их объема.

Пластификаторами называют малолетучие вещества (глицерин, касторовое или парафиновое масло и др.), вводимые в состав пластмасс с целью повышения их пластичности

иэластичности.

Кдобавкам относятся:

а) стабилизаторы вещества, замедляющие разрушение пластмассы при воздействии тепла, света и других факторов (сажа, сернистые соединения, фенолы);

б) смазки, облегчающие процесс прессования пластмасс (воск, стеарин, олеиновая кислота);

в) красители охра, крон, родамин.

При изготовлении поро- и пенопластов добавляют газообразователи – вещества, которые при нагреве разлагаются, выделяя большое количество газов, вспенивающих смолу. Газообразователи уменьшают плотность пластмасс, придают тепло- и электроизоляционные свойства.

Свойства пластмасс. Широкое применение пластмасс в машиностроении стало возможным благодаря их специфическим свойствам. К ним относятся:

–малая плотность (для большинства пластмасс 0,9...1,8 г/см3), позволяющая значительно уменьшать массу деталей и оборудования;

–высокая коррозионная стойкость;

–высокие электроизоляционные характеристики;

–хорошие антифрикционные свойства ряда пластмасс, которые позволяют с успехом применять их для изготовления подшипников скольжения;

–применение некоторых пластмасс с высоким коэффициентомтрениядля изготовления деталейтормозных устройств;

–высокая прозрачность и другие оптические свойства некоторых пластмасс;

203

Кристаллические полимеры практически не имеют зоны высокоэластичного состояния и при нагреве сразу переходят в вязкотекучее состояние.

Исходя из такой зависимости деформации и физического состояния полимеров от температуры, пластмассы перерабатывают в изделия различными способами в вязкотекучем, высокоэластичном, жидком и твердом состояниях,

атакже производят сварку и склеивание.

2.Переработка пластмасс в вязкотекучем состоянии

Косновным способам переработки пластмасс в изделия в вязкотекучем состоянии относятся: горячее прессование, прессование листов и плит; литье под давлением, выдавливание.

Горячее прессование обычно применяют для изготовления деталей из термореактивных пластмасс с порошковыми или волокнистыми наполнителями. В исходном состоянии такие пластмассы (пресс-материалы) находятся в виде порошка, волокон, гранул или таблеток. При горячем прессовании деталей нагрев пресс-форм необходим для перевода пресс-материала в вязкотекучее состояние и последующего его отверждения (полимеризации).

Горячее прессование подразделяют на прямое и литьевое.

Прямое прессование осуществляется обычно в закрытых пресс-формах на гидропрессах; давление на прессматериал 2 (рис. 98, а), размещенный в матрице 1, передается через пуансон 3. При этом осуществляется собственно процесс прессования и отверждения пластмассы. Затем пуансон 3 поднимается в исходное верхнее положение, пресс-форма раскрывается и готовая деталь 4 удаляется с помощью выталкивателя 5.

205

Рис. 98. Схема прямого (а) и литьевого (б) прессования: I – загрузка пресс-материала; II – прессование; III – извлечение детали

При литьевом прессовании пресс-материал 4 (рис. 98, б)

загружают не в матрицу 1 пресс-формы, а в обогреваемую загрузочную камеру 3, где он переходит в вязкотекучее состояние и затем под давлением пуансона 5 перетекает через пуансон 2 в матрицу 1 пресс-формы. После выдержки, необходимой для отверждения пресс-материала, пресс-форма раскрывается при поднятии пуансона 5, загрузочной камеры 3 и пуансона 2 и деталь 6 удаляется из формы с помощью выталкивателя 7.

Литьевое прессование позволяет получать сложные по форме детали, с глубокими отверстиями и резьбой, со сложной металлической арматурой.

Литьевое прессование производится при температуре пресс-материала 140...190 ºC, давлении 50...70 МПа и выдержке 0,5...1 мин на 1 мм толщины детали.

Прессование листов и плит осуществляется на много-

этажных гидравлических прессах между плитами, обычно обогреваемыми паром и охлаждаемыми водой. Исходным материалом служат пакеты листового наполнителя (бумаги, тканей, древесного шпона), пропитанного фенолформальдегидной смолой. Толщина листа (плиты) определяется количеством листов наполнителя. Так получают гетинакс, текстолит, асботекстолит, древесно-слоистый пластик, которые затем перерабатывают в детали обработкой резанием.

206

Литье под давлением производится на специальных автоматических литьевых машинах и применяется главным образом для переработки термопластов: полиэтилена, винипласта, полистирола, полиамидов и др.

Перерабатываемый термопласт в виде гранул или порошка из бункера 7 (рис. 99) подается дозатором 8 в цилиндр 5 с электронагревателем 4. При движении плунжера 6 доза материала перемещается в зону нагрева, плавится и через сопло 3 поступает в полость 2 пресс-формы 1. После выдержки в несколько секунд для затвердевания материала (этому способствует охлаждение пресс-формы водой) плунжер 6 возвращается в исходное положение, форма раскрывается и изделие с помощью выталкивателя удаляется.

Литье под давлением характеризуется высокой производительностью: процесс получения изделий длится 5...20 с. Они имеют чистую поверхность, точные размеры и не требуют дополнительной механической обработки (за исключением удаления литников). Благодаря высокой текучести нагретого до температуры 150…300 ºC пластика и давлению 10...200 МПа литьем под давлением получают изделия сложной формы с различной толщиной стенок, глубокими отверстиями с резьбой, ребрами жесткости массой от нескольких граммов до 1 кг.

Выдавливание, или экструзия, применяется для полу-

чения труб, прутков и профилей различного сечения, пленок, лент, нанесения изоляции на провода и т.д. Выдавливание осуществляется на специальных червячных машинах – экструдерах (рис. 100). Гранулированный или порошкообразный термопласт из бункера 1 поступает в рабочий цилиндр 3, перемещается червяком 2 в зону нагревателя 4, переходит в вязкотекучее состояние и затем непрерывно выдавливается через калиброванное отверстие в головке 6. Для образования

207

3. Переработка пластмасс в высокоэластичном состоянии

В высокоэластичном состоянии перерабатывают термопласты (целлулоид, оргстекло, винипласт и др.) методом формования с целью получения из них крупногабаритных изделий.

Пневматическое формование. Листовую заготовку 3

(рис. 102, a) с помощью опорного 2 и прижимного 4 колец с резиновыми прокладками укрепляют на матрице 1 пресса и нагревают специальным нагревателем до заданной темпе-

получения полых изделий типа банок, бутылей, баков способом выдувания из трубчатых заготовок.

Вакуумное формование применяют для получения изделий по форме тел вращения малой глубины (с отношением глубины к диаметру 0,4...0,8).

В этом процессе (рис. 102, б) формование изделия осуществляется за счет атмосферного давления в связи с разрежением, создаваемым в полости между заготовкой 3 и поверхностью матрицы 1 при откачке воздуха из полости 6. Вакуумное формование отличается простотой оборудования и технологического процесса, однако небольшой перепад давления ограничивает применение этого способа для получения изделий простой формы из листовой заготовки толщиной до 2 мм.

209

Штамповка представляет собой формование изделий из нагретых листовых термопластов в формах-штампах при двустороннем контакте материала с формой, т.е. с пуансоном и матрицей. Этот способ переработки пластмасс применяют для получения неглубоких изделий типа козырьков, стекол осветительных устройств, обтекателей ит.п.

аб

Рис. 103. Схемы штамповки жестким (а) и эластичным (б) пуансонами: 1 – матрица; 2 – заготовка; 3 – прижимное кольцо; 4 – жесткий пуансон; 5 – обойма; 6 – эластичный (резиновый) пуансон

Давление при штамповке листовых пластиков обычно не превышает 0,05...1 МПа. Поэтому детали штампов могут быть изготовлены как из металлов, так и неметаллов (текстолита, древесно-слоистых пластиков, дерева).

Штамповка термопластов может выполняться в штампах с жестким и эластичным пуансоном. Схема приведена на рис. 103.

4. Производство деталей из жидких полимеров

Способ основан на применении синтеза смол, находящихся в жидком состоянии при комнатной температуре и отверждающихся при этой же температуре при добавке отвердителя и приложении незначительного давления илибез давления.

Применение в качестве основы пластмасс получили полиэфирные и эпоксидные смолы, хорошо совместимые со стекловолокном (стеклотканью). Это позволило создать новую группу пластмасс стеклопластики.

210