7.5.5. Механическая обработка пластмасс

Механическая обработка является широко распространенной и завершающей операцией в технологическом процессе изготовления деталей из пластмасс методами прессования, литья под давлением, экструзии и др.

Вследствие особенностей структуры, строения и свойств пластмасс их механическая обработка имеет ряд специфических отличий по сравнению с механической обработкой металлов, что предопределяет необходимость создания специального оборудования и режущего инструмента, обеспечивающих необходимую производительность и требуемое качество обработки. Обработка таких деталей необходима для придания им требуемого внешнего вида, изменения конфигурации.

Выбор вида обработки зависит от конструкции и назначения детали, конструкции формующего инструмента, характера технологического процесса и других факторов.

Основными факторами, влияющими на процесс механической обработки, являются:

– тип, размеры, мощность, состояние (станок);

– конструкция и размеры, состояние, материал, геометрия режущей части (режущий инструмент);

– скорость и глубина резания, подача, количество проходов (режимы резания);

– форма, размеры и жесткость обрабатываемой детали.

При назначении режимов резания, выборе материала и геометрических параметров инструмента необходимо, в первую очередь, учитывать низкую плотность, твердость, сравнительно невысокую теплостойкость, низкую теплопроводность, высокое сопротивление воздействию вибраций, интенсивное воздействие на режущий инструмент. Обработка пластмасс обусловливает слабый отвод теплоты со стружкой обрабатываемого изделия. Следовательно, в режущий инструмент при обработке пластмасс отводится значительно больше теплоты, чем при обработке металлов.

При обработке пластмасс количество теплоты, уходящей со стружкой, составляет 55 – 60 %, в изделие – 19 %, инструмент – 24 %, а при резании металлов соответственно – 75 – 80 %; 20 – 30 %; 1 – 3 %. Поэтому при резании пластмасс основная теплота концентрируется в поверхностном слое, распространяясь ниже линии среза на глубину не более 0,15 – 0,3 мм.

В связи с высоким коэффициентом термического расширения полимеров при их обработке возникают дополнительные трудности, вызванные температурным расширением изделия, что приводит к увеличению работы трения между обрабатываемой поверхностью изделия и задней поверхностью режущей кромки инструмента.

Детали из термопластов деформируются легче, чем детали из реактопластов, поскольку при повышении температуры они размягчаются, в то время как их твердость практически не меняется.

Классификация пластмасс по их обрабатываемости резанием. Обрабатываемость пластмасс резанием, как и обрабатываемость металлов, характеризуется их способностью поддаваться обработке резанием. В качестве количественной оценки обрабатываемости пластмасс используется критерий оценки обрабатываемости по скорости резания. Этот критерий определяется коэффициентом относительной обрабатываемости K_v и представляет собой отношение скорости резания V обрабатываемого материала к скорости резания материала, принятого за эталон, при равных условиях:

.

За эталон принимают материал, хорошо исследованный и наиболее близкий по свойствам к рассматриваемой марке пластмассы.

Если K_v > 1, то материал считается легкообрабатываемым, если K_v < 1 – труднообрабатываемым.

Все пластмассы разделены на группы обрабатываемости: термопласты разделены на две, а реактопласты на четыре группы.

Классификация пластмасс по группам проведена по принципу наличия и вида наполнителя, так как он оказывает наибольшее влияние на их свойства и обрабатываемость резанием.

В группу 1 входят термопласты без наполнителя, обладающие сравнительно однородными свойствами и наиболее легко поддающиеся обработке резанием. При обработке этих материалов образуется непрерывная стружка и может быть получена низкая шероховатость обработанной поверхности.

Группа 2 включает термопласты типа полистирола, фторопласта с металлическим порошковым наполнителем, которые также легко обрабатываются резанием. Однако присутствие в них металлических порошков вносит специфику в их обработку и рекомендации по выбору марок инструментов.

В группу 3 входят реактопласты типа пенопластов и поропластов. Это самые легкие из всех пластмасс, которые из-за своей пористости не могут быть обработаны стандартными металлорежущими инструментами. Для их обработки используются специальные конструкции инструментов с большими передними углами и малыми углами заострения.

Группу 4 представляют реактопласты с порошковым наполнителем типа древесной муки, обладающие повышенным абразивным воздействием на режущие кромки инструментов. В процессе резания они дают только прерывистую, очень раздробленную стружку, склонны к скалыванию кромок обрабатываемых поверхностей.

В группу 5 входят реактопласты с волокнистым наполнителем, наиболее типичным и труднообрабатываемым представителем которых является стекловолокнит АГ-4В. Это материал с высокими абразивными свойствами, которые придает ему наличие стекловолокна, и его обработка сопряжена с целым рядом трудностей.

Группа 6 – реактопласты с листовым и слоистым наполнителем. Это самая большая группа обрабатываемости, ее объединяет анизотропия свойств. По степени абразивного воздействия на режущий клин инструмента эту группу можно подразделить на две подгруппы.

Текстолиты и гетинаксы, не имеющие в своем составе абразивных компонентов, обрабатываются сравнительно легко.

Стеклотекстолиты, и особенно органо - и боропластики, обладают сильно выраженными абразивными свойствами и являются наиболее труднообрабатываемыми по сравнению с материалами других марок, не только этой группы.

Разрезание пластмасс. Применяется для изготовления листов, плит, плоских дисков, прямоугольных и цилиндрических заготовок и деталей, заготовок в виде полос и других изделий заданных размеров, у которых должны быть хорошо обработаны кромки.

Резанию могут быть подвергнуты материалы 1-, 3- и 6-й групп обрабатываемости (оргстекло, полиэтилен, текстолит, стеклотекстолит и др.).

Листы из пластмасс выпускают толщиной 0,5 – 70 мм с габаритными размерами 6501050 и 11001500 мм. Разрезают их на заготовки различными способами.

Листы толщиной до 3 мм разрезают на рычажных и гильотинных ножницах. Если при этом требуется высокое качество кромок, то листы гетинакса, текстолита толщиной более 2 мм перед разрезанием нагревают.

Для разрезания более толстых листов используют дерево- и металлообрабатывающие станки: циркулярные, ленточные, круглопильные, фрезерные и шлифовальные.

Одним из наиболее прогрессивных методов является использование струи жидкости высокого давления.

При выборе способа разрезания необходимо учитывать:

– быстроту разрезания (от этого зависит производительность оборудования);

– качество поверхности среза, точность размеров, шероховатость получаемой поверхности после разрезания;

– затраты времени на замену инструмента и детали после разрезания, износ режущего инструмента, расход электроэнергии.

Основные требования, предъявляемые к заготовкам после резания, следующие: обеспечение заданных размеров и шероховатости обработанной поверхности, отсутствие на ней трещин, сколов, прижогов, разлохмачивания и внутренних остаточных напряжений в материале.