Тема 6. Заготовки из неметаллических материалов.
1. Общие сведения.
2. Технологические операции
3. Инструменты для штамповки неметаллических материалов
4. Подготовка заготовок к штамповке
1. Общие сведения.
В различных отраслях промышленности применяют неметаллические материалы двух типов: материалы органического происхождения, основу которых составляют органические полимеры (каучук, целлюлоза, смолы, кожа и др.); материалы неорганического происхождения (слюда, асбест и др.). Для переработки в изделия материал поступает трех видов: 1) блочные пластмассы, резина, эбонит; 2) слоистые материалы с наполнителями органического происхождения (гетинакс, текстолит) и с наполнителем неорганического происхождения (стеклотекстолит, миканит); 3) волокнистые материалы (войлок, фетр, кожа, фибра, прессшпан, ткани и др.).
Материалы первого вида состоят из больших молекул, образованных химическим путем в результате присоединения друг к другу тысяч простых молекул, представляющих собой линейные цепи или соединенные друг с другом сложным образом двумерные или трехмерные сетки. Расположение элементарных молекул в цепи или сетке определяет свойства этих материалов: анизотропию, резко выраженную у материалов с линейными цепями и двумерными сетками; более равномерные свойства в различных направлениях у материалов с трехмерной сеткой расположения элементов в молекуле.
Слоистые и волокнистые материалы, кроме слюды, — это композиционные материалы, полученные из листового или волокнистого наполнителя и связующего вещества (пластмассы — смолы, лаки, клей и т.д.). Слюда — это слоистый минерал природного происхождения, легко разделяемый на тончайшие пластинки (до 0,005 мм).
Особенность состояния поставки композиционных материалов — это наличие остаточных растягивающих напряжений в наполнителе, которые сжимают связующее вещество композита. Эти напряжения в сплошном материале уравновешены, а при воздействии (термическом, механическом) на материал, суммируясь с технологическими напряжениями, могут приводить к появлению дефектов (трещин, ореолов, расслоений). Электронно-микроскопические и электронно-графические исследования показали, что все гомогенные листовые полимерные материалы (т.е. пластмассы без каких-либо добавок — полиэтилен, винипласт, эпоксидные смолы и т.д.), как и композиционные материалы, содержат уравновешенные остаточные сжимающие напряжения. Слюда также имеет остаточные уравновешенные сжимающие напряжения.
Нарушение взаимной уравновешенности остаточных напряжений, например, при выполнении вырубки или пробивки приводит к изменению размера полученного элемента по сравнению с размером инструмента, а иногда и появлению трещин вследствие частичного снятия остаточных напряжений.
Связующее вещество композиционного материала (чаще реактопласт) обычно находится в отвержденном состоянии. Однако исследования макроструктуры показали наличие некоторого количества неотвержденного связующего в реактопласте — термопластических смол в виде примесей. Этим и объясняется некоторое размягчение слоистых и волокнистых пластмасс (текстолиты, гетинаксы и др.) при нагреве, что и используется для улучшения качества штампуемых деталей (уменьшения расслоения, ореолов и трещин).
В зависимости от характера деформирования неметаллические материалы условно разделяют на две группы:
1) хрупкие материалы — слюда, миканит, органическое стекло, гетинакс, эбонит, винипласт, текстолит;
2) упруговязкие пластичные материалы — картон, бумага, фибра, целлулоид, фетр, кожа, резина простая и губчатая.
У материалов первой группы деформация до разрушения незначительна (около 0,8...1,2 %); у материалов второй группы деформация достигает значительных величин (у полиэтилена до 600...800 %).
В связи с низкими деформационными свойствами материалов первой группы возможно образование трещин, а материалы второй группы обеспечивают хорошую штампуемость благодаря высоким деформационным свойствам при выполнении всех операций листовой штамповки.