Конструкция сверл для обработки деталей из пластмасс

Режущая часть сверла	Материал режущей части сверла	Вид обрабатываемых пластмасс
	Р12, Р18, Р6М5	Порошковые с наполнителем из древесной муки и целлюлозы
	ВК6, ВК5М, ВК8	Порошковые с наполнителем из стекла, кварца, слюды, стеклопластика
	Р12, P18, P6M5	Органическое стекло, текстолит
	P12, Р6М5	Слоистые

Окончание табл. 18.3

Режущая часть сверла	Материал режущей части сверла	Вид обрабатываемых пластмасс
	P12, Р18, Р6М5	Текстолит, асбоцемент, карболит, стеклотекстолит
	Р12, Р18, Р6М5	Стеклопластики
	У10А, У12А	Пенопласт
	Алмаз, АСП, АСВ	Стеклотекстолиты
	Р12, Р18, Р6М5, ВК6	Текстолит, гетинакс, стеклотекстолиты

По стойкости лучшими являются сверла, оснащенные твердыми сплавами группы ВК, либо сверла из быстрорежущей стали с двойной заточкой (см. табл. 18.3, № 5). Первые особенно эффективны при обработке пластмасс с высокими абразивными свойствами.

Режимы чистовой обработки:

• стеклопластиков: S = 0,1…0,4 мм/об, V = 35...100 м/мин,

• стеклотекстолитов: S = 0,05...0,1 мм/об, V = 100... 120 м/мин.

При сверлении неглубоких отверстий малого диаметра, к качеству которых не предъявляют высоких требований, применяются перовые сверла. Спиральные сверла, предназначенные для обработки пластмасс, позволяют получать отверстия Ra = 12,5...3,2 мкм и удовлетворительную точность. Из геометрических параметров сверл на их стойкость, силы, температуру и производительность процесса резания наибольшее влияние оказывает угол 2φ. При меньших его значениях (2φ = 30...60°) осевая сила и удельная нагрузка на единицу длины режущих лезвий будут минимальными. К тому же при работе такими сверлами на обработанной поверхности отсутствуют сколы и выкрашивания кромок на выходе из отверстия. К недостаткам сверл с малыми углами 2φ следует отнести их пониженные теплоотводящие свойства, большую кривизну режущих лезвий у спиральных сверл, а также увеличенное машинное время вследствие продолжительности времени врезания и выхода из отверстия.

С увеличением угла 2φ до 60...90° перечисленные недостатки для сверл с 2φ = 30...60° проявляются слабее, но при этом возрастает осевая сила, появляются сколы на кромках отверстия при выходе сверла из материала, происходит разлохмачивание волокнистого наполнителя. Поэтому сверла с углом 2φ > 90° для обработки пластмасс применяются весьма редко.

С целью повышения стойкости сверл целесообразно проводить их двойную заточку с углами при вершине 2φ = 70° и 2φ = 35°. Такие сверла хорошо себя зарекомендовали при сверлении пластмасс с повышенными абразивными свойствами. При этом время на врезание и выход сверл сравнительно невелики вследствие небольшой длины режущих лезвий.

Величину заднего угла необходимо принимать, по возможности, большей, руководствуясь теми же соображениями, как и при назначении задних углов для резца. Передние углы можно выбирать только для сверл (γ = 0...15°) перовых и оснащенных твердым сплавом, так как величина передних углов для спиральных сверл зависит от угла наклона винтовых канавок и угла при вершине.

Назначение режимов резания при сверлении сводится к выбору подачи и определению скорости резания или по расчетным формулам. Величина подачи назначается с учетом технологических требований, предъявляемых к качеству обработанного отверстия.

При сверлении глубоких отверстий на глубину более чем 3D количество выводов сверла принимают согласно следующим данным:

Глубина сверления ..3D 4D 5D 6D 7D

Число выводов сверла 1...2 2...3 2...3 3...4 4...5

Особую сложность представляет сверление отверстий диаметром до 3 мм, выполняемое перовыми и спиральными сверлами.

Спиральные сверла имеют малый объем стружечных канавок, что приводит к пакетированию стружки в канавках сверла. При работе перовых сверл стружка плохо отводится из отверстия и к тому же возникает сравнительно большая сила подачи. Поэтому при сверлении отверстий малого диаметра перовыми и спиральными сверлами возникает опасность их поломки, а также наблюдается появление сколов и отслоений материала на выходе сверла из отверстия.

Для улучшения процесса обработки отверстий малого диаметра перовыми сверлами рекомендуется толщину перовых сверл делать не более (0,3...0,35)δ; обеспечивать углы заточки 2φ = = 30...60°; α₁ = 20...25°; подтачивать до минимума длину перемычки. Для спиральных сверл необходимо принимать ω = 12°, 2φ = = 60...90°, частота вращения шпинделя 50...158 об/с. Конкретные рекомендации по выбору инструментального материала сверл, их геометрическим параметрам и режимам резания при обработке пластмасс приводятся в справочниках.

Нарезание резьбы. Существуют два способа получения внутренних и наружных резьб на деталях из пластмасс: без снятия стружки (прессованием) и путем снятия стружки. Получение резьб без снятия стружки весьма эффективно в массовом и крупносерийном производствах при изготовлении малонагруженных неответственных резьбовых соединений.

Рассмотрим резьбонарезание пластмассовых деталей, осуществляемое на токарных, резьбофрезерных и сверлильных металлорежущих станках. В качестве режущих инструментов применяют резцы, плашки, резьбовые гребенки, шлифовальные круги для наружных резьб и резцы и метчики для внутренних резьб.

К метчикам, предназначенным для нарезания резьбы в пластмассах, предъявляются особые требования. Они должны иметь:

1) увеличенные по объему и полированные стружечные канавки для лучшего размещения и удаления стружки;

2. возможно меньшее число перьев, что позволяет увеличить объем стружечных канавок и уменьшить трение перьев метчика об обработанную поверхность;

2. шлифованный профиль резьбы для уменьшения трения;

4)  увеличенные наружный и средний диаметры (на 0,05...0,13 мм) для компенсации упругого последействия обработанной поверхности. Количество канавок метчика выбирается в зависимости от обрабатываемого материала пластмасс и угла наклона канавок. Например, при нарезании резьбы в деталях из нейлона используют метчики с двумя спиральными канавками либо с тремя-четырьмя прямыми канавками. Метчики с двумя-тремя канавками применяют для обработки деталей из ацетатной целлюлозы, с тремя-четырьмя канавками – деталей из полистирола и с четырьмя – деталей из органического стекла. Для нарезания резьб резьбонарезными головками и плашками из быстрорежущей стали задние углы у этих инструментов должны быть увеличены и находиться в пределах 15...20°. При использовании резьбовой двухперой гребенки из быстрорежущей стали при нарезании резьбы в деталях из полиамидов (капрона) лучшие результаты достигаются при значениях a = 8°, γ = 0°. Скорость резания находится в среднем в пределах 1...30 м/мин.

Для улучшения качества нарезаемой резьбы и предотвращения срыва первых нескольких витков резьбы рекомендуется применять в начальный период нарезания резьбы принудительную подачу. В дальнейшем инструмент может работать за счет самозатягивания. Отверстие под резьбу должно быть выполнено сверлом под соответствующую резьбу с увеличенным диаметром на 0,05...0,1 мм.

Для получения резьб степеней точности 4Н5Н, 5Н6Н рекомендуется использовать метчики со степенью точности H1, Н2 (ГОСТ 16925–71) с соответствующими геометрическими параметрами. Кроме того, необходимо соблюдение и некоторых других технологических условий: применение соответствующих СОЖ, режимов резания и др.

На деталях из термореактивных слоистых пластмасс резьбу в большинстве случаев нарезают перпендикулярно слоям наполнителя. При этом прочность резьбы по сравнению с исходной структурой материала из-за перерезания волокон снижается. Кроме того, на прочность резьбы оказывают влияние диаметр сверла под резьбу, геометрические параметры метчиков, режимы резания, применяемая СОЖ и т.д. За рубежом для нарезания резьбы в деталях из слоистых пластмасс рекомендуют применять трехперые метчики с прямыми канавками, при этом γ = –5°, число витков заборной части – два-три, V = 10...20 м/мин, t = 0,1...0,2 мм.

Следует заметить, что скорость резания, оказывающая большое влияние на качество, точность и прочность резьбы, должна быть невысокой. Обусловлено это тем, что в пластмассах резьба нарезается преимущественно одним метчиком. С увеличением скорости резания центрирование и врезание метчика происходят не всегда достаточно правильно, получается резьба со смещением относительно просверленного отверстия, а также срыв первых витков. Невысокие скорости резания и применение специальных центрирующих патронов и приспособлений улучшают качество нарезанной резьбы.

Для нарезания резьб в деталях из термопластичных пласт- масс применяют быстрорежущие резцы с γ = –5...0°, a = 20°, a_бок = 10°. Глубина резания за один проход не должна превышать t = 0,18...0,25 мм при V = 10...20 м/мин. В деталях из термореактивных слоистых пластмасс резьбу нарезают резцами, оснащенными пластинками ВК6 и ВК8 с γ = 0, a = 8...10°.

Для получения резьб высокого качества на деталях из стеклопластиков применяют шлифовальные круги на вулканитовой связке зернистостью 50 и твердостью СМ1. Круг устанавливается в специальном приспособлении на токарном станке с разворотом его на угол подъема нитки резьбы. Скорость вращения круга 20...25 м/с, детали – 15...20 м/мин. Наружная резьба диаметром 200 мм с шагом Р = 0,5...6 мм может быть нарезана за два-три прохода с обеспечением шероховатости в пределах 6...7-го классов. Заметим, что перед вышлифовкой резьбы производится обточка детали резцом для устранения биения и получения требуемого размера детали под резьбу. Сколов и вырывов витков резьбы, полученной описанным методом, не наблюдается.

Фрезерование. Обработка пластмасс фрезерованием осуществляется на быстроходных горизонтально- и вертикальнофрезерных металлорежущих станках, снабженных специальными устройствами для улавливания и отсоса стружки и пыли, а также зажимными приспособлениями и устройствами.

Основные требования, предъявляемые к обработке деталей из пластмасс на фрезерных станках, сводятся к следующему:

1)  опорная поверхность детали должна полностью лежать и быть плотно прижата к столу станка или приспособления;

2)  во избежание разлохмачивания и расслоения материала детали необходимо, чтобы направления вращения фрезы и подачи совпадали (попутное фрезерование):

3)  режущий инструмент, его геометрические параметры и режимы резания должны соответствовать условиям производительной обработки. К фрезам, предназначенным для обработка пластмасс, также предъявляются специфические требования, а именно:

1)  диаметр фрез может быть увеличен по сравнению с диаметром фрез для металлообработки, так как силы резания при фрезеровании пластмасс незначительные;

2)  число зубьев должно быть минимальным, что обеспечивает большие значения s_z, значительно облегчает сход и удаление стружки. При этом имеется возможность проектировать фрезы со вставными зубьями;

3)  величину задних углов следует увеличивать, форму передней поверхности сделать простой; необходимо также предусмотреть возможность заточки зубьев с получением необходимых передних, вспомогательных углов и углов в плане;

4)  угол наклона главных режущих лезвий к оси фрезы должен быть в пределах ω = 20...25°, что обеспечивает плавность их работы и уменьшает ударную нагрузку на режущие лезвия. Геометрические параметры фрез даже одного типа, например цилиндрических, для обработки пластмасс весьма различны. В качестве примера рассмотрим цилиндрическую быстрорежущую фрезу, предназначенную для обработки деталей из органического стекла (рис. 18.1) и имеющую Z = 16, ω = 20°. Ширина фаски на задних поверхностях зубьев не должна превышать 0,03 мм. Глубина резания рекомендуется в пределах не более 2,5...3 мм. В качестве СОЖ можно использовать эмульсию и водный раствор мыл, применение которых позволяет уменьшить шероховатость обработанной поверхности. Критерий затупления таких фрез определяется по технологическим признакам: появлению сколов, рисок и др.

Для фрезерования деталей из слоистых термореактивных пластмасс, таких как гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, рекомендуется применять фрезы из быстрорежущих сталей (рис. 18.2) с Z = 5 и ω = 55°. Цилиндрическую ленточку (фаску) на задних поверхностях зубьев фрез оставлять не допускается. Глубина резания за один проход рекомендуется в пределах 1...2 мм. Для обработки деталей из стеклопластиков рекомендуется использовать комплект фрез с винтовыми пластинками из твердых сплавов ВК6, ВК6М, ВК8.

Скорость резания подсчитывается по эмпирическим формулам. Например, при фрезеровании быстрорежущими цилиндрическими фрезами гетинакса

,

а текстолита .

А–А

А

А

Рис. 18.1. Цилиндрическая фреза для обработки деталей из органического стекла

Они изменяются в диапазоне

S = 0,1...0,4 мм/об, V = 200...250 м/мин.

Торцовые фрезы оснащаются пластинками твердых сплавов группы ВК (ВК4, ВК6, ВК6М, ВК8) либо алмазными зернами. Оптимальными значениями передних и задних углов торцовых фрез следует считать a = 20...25°, γ = 0...10°; φ = 45...90°; ω = 0...25°, λ = 0°; φ₀ = 30°; φ₁ = 20°.

Геометрические параметры зубьев алмазных фрез: γ = 0°, a = 12°, φ = φ₁ = 45°, r = 0,3 мм.

На качество поверхности, обработанной торцовыми фрезами, наиболее сильное влияние оказывают подача и степень затупления зубьев фрез. Критерий затупления фрез принимается по технологическим признакам: увеличению шероховатости, появлению прижогов и изменению цвета обработанной поверхности. Этим признакам соответствует ленточка износа по задним поверхностям зубьев h_з = 0,4...0,5 мм.

А

А

Рис. 18.2. Цилиндрическая фреза из быстрорежущей стали для обработки деталей из слоистых пластмасс

Фасонные и концевые фрезы, предназначенные для обработки деталей из гетинакса, текстолита и стеклопластиков, оснащают пластинками твердого сплава ВК8 либо делают цельными из быстрорежущих сталей. В силу сложности заточки затылованных твердосплавных фрез их выполняют с острозаточенными зубьями.

Если точность профиля невысока, фрезы затачивают с положительным γ = 5...8°, зубья делают наклонными с небольшим углом наклона к оси (≈ 8°), причем соседние зубья наклонены в разные стороны. Такие фрезы имеют повышенную стойкость и обеспечивают удовлетворительную шероховатость обработанной поверхности.

Для фрезерования пазов, уступов и на ряде других операций применяют концевые фрезы диаметром 20...50 мм. Отличительными особенностями этих фрез из легированной стали являются следующие: γ = 55°, а следовательно, малый угол заострения зуба, наклонное расположение зубьев, облегчающее исход и удаление стружки, массивная сердцевина, способствующая улучшенному теплоотводу.

Детали из стеклопластиков обрабатывают концевыми четырехзубыми фрезами с винтовыми зубьями (ω = 40°), оснащенными пластинками ВК8.

Стойкость концевых фрез выбирается в пределах 40...60 мин, в качестве критерия затупления берется износ зубьев по задним поверхностям h_з = 0,15...0,2 мм при чистовой обработке и h_з= = 0,5...0,6 мм при черновых операциях.

Для фрезерования пластмасс существуют специальные фрезы, обеспечивающие высокие производительность и качество обработанной поверхности.

Разрезка. Заготовки из многих видов пластмасс (органического стекла, винипласта, гетинакса, текстолита, стеклотекстолита) поступают в виде листов толщиной 0,5...70 мм, длиной и шириной соответственно 650  1050, 1100  1500 мм.

Листы толщиной до 3 мм разрезают на рычажных и гильотинных ножницах. Для разрезки более толстых листов используют дерево- и металлообрабатывающие станки: циркульные, круглопильные, ленточные, фрезерные и шлифовальные. Иногда разрезку пластмасс производят на специальных станках. Разрезка листов из пластмасс сопряжена с определенными трудностями. Под действием сил резания пластмасса в зоне резания и вокруг нее упруго деформируется, в связи с чем после прохождения фрезы уменьшается ширина реза, что приводит к интенсивному трению и тепловыделению, а иногда и к заклиниванию фрезы. На боковых поверхностях стандартной фрезы после 2...5 мин ее работы появляются прижоги, трещины, и фреза быстро выходит из строя.

При разрезке пластмасс особую роль играет выбор рациональной конструкции инструмента, его материала и геометрических параметров. Кроме того, нельзя применять фрезы, которыми производились разрезка и отрезка металлов, а также фрезы с большим шагом и малым числом зубьев. В контакте с материалом должно находиться, минимум, два зуба, что обеспечивает равномерность, процесса резания, уменьшает шероховатость и вероятность проявления сколов на выходе фрезы из разрезаемой заготовки. Отрезные фрезы для обработки пластмасс изготавливают из легированной быстрорежущей стали. Сборные фрезы такого типа оснащаются твердым сплавом. В последнее время широко применяются алмазные отрезные фрезы.

За критерий затупления фрез принимают следующие технологические признаки:

1. увеличение шероховатости поверхности (ниже IT11), появление сколов и расслоений на кромках листов;

2. появление прижогов, оплавления на разрезаемых поверхностях и сильное выделение газов;

3. появление цветов побежалости на фрезах из инструментальных сталей.

Указанные признаки соответствуют достижению износа по задним поверхностям зубьев h_з = 0,1...0,25 мм, который и принимается за критерий затупления.

Период стойкости отрезных фрез зависит от свойств инструментального материала, из которого изготовлены фрезы, условий обработки и составляет Т = 20...150 мин.

При разрезке листов направление подачи и вращения фрезы зависит от места расположения последней (рис. 18.3).

                             а)б)

Рис. 18.3. Схемы резания при нижнем (а) и верхнем (б) расположении отрезной фрезы

Силы резания при указанных схемах расположения фрезы дополнительно прижимают лист к столу, а сколы, разлохмачивание и расслоение кромок уменьшаются. Скорость резания выбирается, по возможности, максимальной. Величина подачи зависит от марки и толщины обрабатываемого материала, конструкции и геометрических параметров инструмента и других условий обработки.

Разрезка, как указывалось ранее, может осуществляться на различных станках (циркульных, круглопильных, ленточных и др.) соответствующими инструментами: пилами, лентами, абразивными кругами и т.д. В качестве примера на рис. 18.4 показана высокопроизводительная отрезная фреза из быстрорежущей стали Р18.

Б

Б

А–А

Б–Б

А

А

Рис. 18.4. Высокопроизводительная отрезная фреза

Число зубьев фрезы – 64, углы заточки чередуются через один зуб. Отличается эта фреза от рекомендуемых фрез по нормали МН 5342–64 меньшей толщиной и большим числом зубьев. В случае жесткого крепления заготовок и биения фрезы по торцу не более 0,1 мм допускаются скорости резания V = 1000...2000 м/мин, в то время как нормализованные фрезы работают при V= 600...7000 м/мин.

Хорошие результаты достигаются при разрезке пластмасс алмазными кругами толщиной 1,2...2 мм, изготовленными из природных или синтетических алмазов АСП, АСВ зернистостью 25 и более. Оптимальной рабочей скоростью алмазного круга при разрезке стеклопластиков является V= 50...65 м/с.

Стойкость кругов диаметром 200 мм 100 %-й концентрации составляет 50 ч и более.

Протягивание. Обработка внутренних и особенно наружных поверхностей сложного профиля деталей из пластмасс даже большой длины может быть выполнена протягиванием.

Низкая теплопроводность и невысокая теплостойкость пластмасс, интенсивное истирающее воздействие их на режущий инструмент, слоистое строение, неодинаковые механические свойства в различных направлениях и другие специфические свойства оказывают большое влияние на характер износа и стойкость протяжек, процесс стружкообразования, качество протянутой поверхности и другие характеристики процесса обработки протягиванием. В большей степени это связано со специфическими особенностями протягивания, которое обычно осуществляется с малыми толщинами среза, при этом срезаемая стружка размещается в стесненных условиях, процесс резания является прерывистым и т.д. Хотя обычно протягивание производят при низких скоростях резания (V = 12...15 м/мин), стойкость быстрорежущих протяжек при обработке пластмасс сравнительно невысокая и в десятки раз ниже, чем твердосплавных протяжек. К тому же для повышения стойкости быстрорежущих протяжек не всегда возможно при обработке пластмасс применять СОЖ.

В качестве примера приведем данные опытов, выполненных в СКВ ПС, по основным характеристикам процесса наружного протягивания деталей логарифмической линейки длиной 250 мм из белого винипласта, широко применяемого в промышленности.

Стойкость протяжек из различных материалов (ВК10ОМ, ВК6М, ВК8, Т14К8, ТТ10К8Б, Р18, Р6М5) во многом зависит от вида пластмассы, скорости резания, подъема на зуб протяжки и геометрических параметров. С увеличением заднего угла с 4 до 10° стойкость протяжек повышается в два раза. Наибольшую стойкость имеют протяжки с передним углом γ = 10...12°.

Силы резания Р_z при протягивании винипласта в 15...20 раз меньше, чем при обработке сталей, что связано с пониженными физико-механическими характеристиками пластмасс. Силы резания повышаются с увеличением подъема на зуб и уменьшаются с возрастанием переднего и заднего углов зубьев протяжки.

Для расчета сил могут быть применены зависимости, полученные при обработке винипласта протяжками соответственно с углами , равными 7°, 12° и 18°:

Р_z = 0,6 + 12s_z, Р_z= 0,25 + 12s_z, Р_z = – 0,1 + 12s_z.

Изменение скоростей протягивания от 6 до 30 м/мин не оказывает существенного влияния на шероховатость протянутой поверхности. Это связано с тем, что нароста на зубьях протяжки обнаружено не было. Обработка острозаточенной протяжкой обеспечивает получение 7...8-го классов шероховатости протянутой поверхности. С увеличением переднего угла зубьев протяжек с 5 до 15° шероховатость поверхности уменьшается с 7-го до 8...9-го классов. При проектировании протяжек, используемых при обработке пластмасс, необходимо учитывать следующее:

1)  рабочую часть протяжки следует оснащать пластинками твердого сплава группы ВК (ВК10ОМ, ВК6М), а протяжку сложного профиля надо изготовлять из быстрорежущих сталей Р10Ф5К5, Р18 или Р6М5. В последнем случае скорость протягивания не должна превышать 5...10 м/мин;

2. подъемы на черновые зубья протяжки составляют s_z = = 0,08...0,3 мм; углы заточки γ = 10...15°; a = 10°;

3. зубья протяжек необходимо доводить и хромировать, заточку зубьев производить до остра с f_з ≤ 0,03 мм;

4. шаг зубьев протяжки должен быть неравномерным (t ± 1 мм), размеры стружечных канавок рассчитываются с учетом коэффициента заполнения K = 2,7...3.