Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

Конструктивные и геометрические па­ раметры режущей части инструмента для эф­ фективной обработки пластмасс должны от­ личаться от соответствующих параметров ме­ таллорежущего инструмента (табл. 2.1.15).

При выборе инструментального мате­ риала для эффективной обработки пластмасс следует обязательно учитывать три особенно­ сти процесса резания полимерных материалов:

1) из-за интенсивного изнашивающего воздействия всех пластмасс и особенно пла­ стмасс с твердым неорганическим наполните­ лем инструментальный материал должен быть износостойким. Этому в наибольшей мере

отвечают алмазные сверхтвердые материалы (АСТМ) и малокобальтовые вольфрамокарбидные твердые сплавы;

2)из-за очень низкой теплопроводности

итермостойкости всех пластмасс инструмен­ тальный материал должен бьггь максимально теплопроводным - это алмазные сверхтвердые материалы и малокобальтовые вольфрамокарбидные твердые сплавы;

3)из-за существенно меньшей механи­ ческой, чем у металлов, прочности режущая часть инструмента может быть менее проч­ ной. Это позволяет использовать любые со­ временные инструментальные материалы.

С учетом дефицита вольфрама рекомен­ дации^ по выбору инструментального мате­ риала приведены в табл. 2.1.16.

' Минералокерамику (ЦМ332), керметы (В0К60, ВЗ) и другие материалы этой группы применять для обработки пластмасс из-за низкой стойкости не сле­ дует.

Наиболее распространены в машино­ строении и других отраслях промышленности четыре вида обработки пластмасс резанием: точение, сверление, фрезерование и шлифова­ ние. Самой распространенной операцией ме­ ханической обработки пластмасс является опе­ рация резания листов, плит, прутков резцами, фрезами, дисковыми пилами и шлифовальны-

ми кругами; сравнительно меньше доля строга­ ния и долбления, зенкерования и развертыва­ ния, резьбо- и зубонарезания, протягивания.

Тела вращения из пластмасс обрабаты­ вают на универсальных и револьверных стан­ ках, на различных операционных токарных станках, на специальных автоматах и полуав­ томатах. В качестве инструмента используют стандартные токарные резцы для обработки

тальный материал режущей части выбирают по табл. 2.1.16. Геометрические параметры

вами. Рациональный режим резания при точении пластмасс устанавливают в последо­ вательности: 1) находят группу обрабатывае­ мости пластмассы (см. табл. 2.1.14); 2) выби­ рают инструментальный материал резца (см. табл. 2.1.16) и назначают его стойкость; 3) определяют глубину резания; 4) подбирают подачу; 5) отыскивают скорость резания.

Обработка внутренних цилиндрических отверстий сверлами - наиболее распростра­ ненная технологическая операция получения деталей из пластмасс. Пластмассы сверлят на универсальных и специальных сверлильных станках, специально предназначенных для обработки пластиков стандартными и метал­ лорежущими со специальной заточкой (потребителем) сверлами. Из-за стесненного резания и малых вспомогательных углов в плане (обратная конусность), из-за сильного упругого восстановления полимерных мате­ риалов в зоне резания и на обработанной поверхности (на ленточках сверла) возникает значительное трение. Поэтому скорость реза­

ния при сверлении должна быть значительно (в 1,5-3,5 раза) меньше, чем при других видах обработки резанием. Ширина цилиндриче­ ских ленточек должна быть максимально уменьшена хотя бы у вершин (уголков). Ре­ жим резания следует назначать в той же по­ следовательности, что и при точении.

Плоскости и другие линейчатые поверх­ ности у деталей из пластмасс обрабатывают цилиндрическими, торцовыми, кольцевыми, фасонными и другими фрезами на универ­ сальных, преимущественно на быстроходных, а также на специальных и специализирован­ ных станках, оснащенных пылестружкозаборными устройствами. Самой распространенной в промышленности и во многих отраслях на­ родного хозяйства операцией обработки пла­ стмасс является операция разрезки листовых, плиточных заготовок и заготовок другой фор­ мы дисковыми фрезами и круглыми пилами. Фрезы делают из инструментальных сталей и оснащают инструментальными пластинами из твердых сплавов, а торцовые фрезы - поли­ кристаллами из СТМ. Режим резания при фрезеровании пластмасс назначают так же, как при точении и сверлении.

Абразивная обработка пластмасс всегда сопряжена, во-первых, с опасностью засали­ вания абразивного инструмента из-за низкой термостойкости полимера и, во-вторых, из-за образования дефектного слоя обработанной поверхности.

При абразивной обработке пластмасс наиболее часто используют плоское шлифо­ вание периферией и торцом круга, круглое наружное и внутреннее шлифование, а также разрезку листов, плит, прутков и др. - диско­ выми кругами из обычных и сверхтвердых абразивов.

чае инструмент очень быстро теряет режущие свойства вследствие затупления и износа зе­ рен, засаливания рабочей поверхности круга шламом, что резко осложняет процесс шли­ фования, отрицательно сказывается на его производительности, точности и качестве обработки. Восстановление режущей способ­ ности абразивного инструмента предполагает его обязательную правку тем или иным спо­ собом.

При обработке связанными абразивны­ ми зернами рельефный и трещиноватый слои не являются равномерными во всех направле­ ниях, что связано с определенностью траекто­ рий перемещения зерен относительно по­ верхности обрабатываемого материала. При этом зерна оставляют на поверхности дис­ пергируемого материала следы в виде цара­ пин, направленных соответственно этим тра­ екториям. При одинаковой зернистости сво­ бодных абразивных зерен и абразивного ин­ струмента глубина рельефного и всего разру­ шенного слоя при работе инструментами с закрепленными зернами обычно меньше, чем при работе свободных зерен. Это объясняется прежде всего тем, что в данном случае работу диспергирования производит не все зерно, а лишь его часть, выступающая из связки. Ве­ личина неровностей рельефного слоя может регулироваться как характеристиками рабочей поверхности инструмента, так и режимом его работы. Роль жидкости при диспергировании поверхности материала связанным абразивом по существу - та же, что и при использовании свободного абразива.

В зависимости от условий юаимодействия стекломатериалов с режущими зернами инструмента (уровень нагрузки на зерна, глу­ бина их внедрения, геометрия режущей части) в зоне контакта можно получить различные виды деформации: от упругой с пластическим перемещением материала до хрупкого разру­ шения. Процесс шлифования материалов на основе стекла при условиях, обеспечивающих интенсивное разрушение поверхности (черно­ вые операции обработки), представляет собой хрупкое разрушение с образованием царапин, системы трещин и выкалыванием материала. Шлифование же при малых нагрузках на зер­ на абразива и чрезвычайно малой глубине внедрения их в материал (чистовое шлифова­ ние) может представлять собой упругопластичное разрушение с образованием вы­ давленных царапин и царапин, сопровож­ дающихся отделением стружки. Интенсив­ ность диспергирования и структура получае­ мой поверхности определяются тем, какой из процессов разрушения преобладает, так как в общем виде процесс абразивного диспергиро­ вания происходит при наличии одновременно

и хрупких, и упруго-пластических деформа­ ций материала.

Процесс полирования стекла заключает­ ся в удалении микрорельефа со шлифованной поверхности и сообщении ей такой фактуры, дефекты которой значительно меньше длины световой волны, вследствие чего она стано­ вится прозрачной и кажется идеально глад­ кой. Ситаллы в силу своих прочностных ха­ рактеристик полированию практически не поддаются: для них в качестве финишных операций применяются притирка или доводка мелкозернистыми алмазными брусками или пастами.

Рассмотренные особенности алмазноабразивной обработки стекломатериалов по­ зволяют обоснованно подойти к выбору мар­ ки инструментального материала, зернисто­ сти, концентрации зерен, связки, режимов и

соте.

Для обработки стекла и других неметал­ лических конструкционных материалов, как правило, применяют следующие марки алма­ зов: шлифпорошки из природных алмазов - А1, А2, A3, из синтетических - АС4, АС6, АС15, АС20, АС32, АС50 зернистостью 800/630 - 50/40; микропорошки из природных алмазов - AM, АН, из синтетических -АСМ, АСН зернистостью 60/40 - 1/0; субмикропорошки из природных алмазов - АМ5, AMI, из синтетических - АСМ5, АСМ1 зернистостью 0,7/0,3 - 0,1/0. С целью повышения работо­ способности алмазно-абразивного инструмен­ та возможно применение металлизированных алмазных порошков. Нанесение специальных покрытий на зерна алмазов повышает проч­ ность удержания зерен в связке, способствует лучшему отводу теплоты.

При выборе марки алмазного порошка необходимо учитывать вид обрабатьшаемого материала, операцию обработки, тип приме­ няемого инструмента и требования к качеству обработанной поверхности. Так, на операциях резки, сверления, грубого шлифования, где требуется высокая производительность обра­ ботки, необходимо применять порошки по­ вышенной прочности, такие как А1-АЗ, АС32, АС15, АС6; на операциях тонкого шлифования - алмазные микропорошки АСМ, АСН.

При обработке материалов на основе стекла применяют в основном шлифовальные круги различных форм и типоразмеров, от­ резные круги, алмазные отрезные сегментные круги, алмазные сверла, сборный алмазноабразивный инструмент.

Зернистость алмазно-абразивного инст­ румента влияет на параметры шероховатости обработанной поверхности, глубину и струк­ туру трещиноватого слоя, относительный рас-

ХОД алмазов, производительность и, следова­ тельно, на себестоимость шлифования. С уве­ личением зернистости инструмента возраста­ ют производительность обработки, параметры шероховатости и глубина нарушенного обра­ боткой слоя, что вызвано ростом нагрузки на каждом из зерен; применение мелкозерни­ стого инструмента обеспечивает требуемые параметры шероховатости поверхности и снижает дефектность. Поэтому рекомендуется черновые операции выполнять крупнозерни­ стым инструментом, обеспечивающим тре­ буемую производительность, а чистовые - мелкозернистым.

Изменение концентрации и зернистости алмазов позволяет регулировать количество работающих зерен и, следовательно, расстоя­ ния между ними, а также высоту выступания зерен над связкой. Эти факторы оказывают непосредственное влияние на усилия, дейст­ вующие на зерна, на глубину их врезания в материал, температуру в зоне обработки, ин­ тенсивность разрушения обрабатываемого материала, износ инструмента, параметры шероховатости обработанной поверхности, параметры трещиноватого слоя и на ряд дру­ гих показателей процесса. Для обработки ма­ териалов на основе стекла применяют в ос­ новном круги низкой и средней концентра­ ции (25... 100 %). При крупных зернистостях, а также в целях снижения параметров шеро­ ховатости и дефектности обработанной по­ верхности концентрацию кругов необходимо повышать. Более высокая концентрация целе­ сообразна также при обработке материалов с высокой твердостью, когда необходимо повы­ сить стойкость инструмента. Например, для обработки технических ситаллов применяют инструмент со 100 %-ной концентрацией алмазов, а при торцовом шлифовании техни­ ческого стекла - с 25-50 %-ной концентраци­ ей.

Связка алмазного инструмента является наиболее важной его характеристикой, опре­ деляющей не только эффективность, но и возможность применения алмазного инстру­ мента для обработки стекломатериалов. Связ­ ка, основным назначением которой является закрепление зерен в инструменте, должна не только обеспечивать высокую режущую спо­ собность, но и обладать хорошей смачиваю­ щей способностью по отношению к алмазу, обеспечивать работу инструмента в режиме самозатачивания, иметь хорошую теплопро­ водность и достаточную термостойкость, спо­ собствовать снижению коэффициента трения и адгезии с обрабатываемой поверхностью, гарантировать высокую механическую проч­ ность, жесткость и износостойкость алмазо­ носного слоя инструмента в целом. Для обра­

ботки материалов на основе стекла применя­ ют алмазный инструмент на металлических связках (Ml, М04, МЖ, МТ и другие) как более прочных и износостойких, и только в отдельных случаях используют керамические и каучукосодержащие связки. Желательно, чтобы состав связки обеспечивал работу ал­ мазного инструмента в режиме самозатачива­ ния.

Основные параметры режимов алмаз­ ного шлифования - скорость, глубина и пода­ ча влияют на характер перемещения алмазных зерен относительно обрабатываемой поверх­ ности, производительность процесса шлифо­ вания и качество обработки. Закономерности, определяющие связь эффективности шлифо­ вания с его режимами, наиболее наглядно выявляются на станках, работающих с задан­ ной постоянной силой прижима Р алмаз­ ного круга к обрабатываемой детали (схема торцового шлифования). Интенсивность съе­ ма стекла, т.е. производительность обработки, в этом случае возрастает пропорционально росту давления и происходит по причине увеличения глубины внедрения зерен в обра­ батываемый материал и, следовательно, объе­ ма материала, удаляемого в единицу времени. Обычно используемый диапазон давлений составляет 0,2-0,6 МПа и зависит от характе­ ристик круга и прочностных свойств обраба­ тываемого материала.

Увеличение скорости резания способст­ вует повышению производительности обра­ ботки, уменьшению параметров шероховато­ сти и дефектности обработанной поверхности и, в определенных пределах, снижению из­ нашивания инструмента. Оптимальная ско­ рость при обработке стекла и подобных мате­ риалов составляет 25-30 м/с. Однако с учетом свойств обрабатываемого материала, схемы обработки, типа применяемого инструмента зачастую обработку неметаллических материа­ лов проводят с другими, отличными от реко­ мендуемой, скоростями резания. Например, шлифование изделий на круглошлифовальных станках выполняют со скоростью 20...30 м/с, резку отрезными кругами - со скоростью 40...50 м/с, сверление кольцевыми сверлами - со скоростью 3,0...8,0 м/с, торцовое шлифо­ вание плоских поверхностей - со скоростью 15...20 м/с. С ростом поперечной и продоль­ ной подач повышается производительность обработки, однако растут силы резания, сни­ жается срок эксплуатации инструмента, уве­ личиваются параметры шероховатости обра­ ботанной поверхности и глубина дефектного слоя. Глубину резания и значения продольной подачи следует снижать при увеличении пло­ щади контакта инструмента с изделием, а также для повышения качества обработки.

Наибольшее влияние на изменение сил резания оказывают продольная и поперечная подачи, а скорость резания - в меньшей сте­ пени. Показатели процесса шлифования су­ щественно зависят от температуры в зоне контакта инструмента и детали. При обработ­ ке стекол и ситаллов при условии достаточно надежного поступления СОТС в зону контак­ та температура не превышает 300...350 *'С и не оказывает существенного влияния на изнаши­ вание инструмента, структуру и качество по­ верхностных слоев обрабатываемого материа­ ла.

Алмазное шлифование большинства хрупких неметаллических материалов невоз­ можно без применения СОТС. Одним из эф­ фективных методов воздействия на процессы резания материалов на основе стекла является применение СОТС с направленными свойст­ вами. В этом случае среда помимо выполне­ ния традиционных охлаждающей, смазочной и моющей функций оказывает существенное диспергирующее действие. Последнее, за счет разупрочнения поверхностных слоев материа­ ла под действием СОТС, позволяет интенси­

фицировать процесс резания и, как следствие, повысить производительность обработки и работоспособность инструмента. Уменьшение энергетических затрат, приходящихся на еди­ ницу объема удаляемого припуска, благопри­ ятно сказывается на глубине и структуре на­ рушенного обработкой слоя. Чтобы удовле­ творить эти условия, СОТС для обработки стекломатериалов должна быть родственной по физико-химической структуре обрабаты­ ваемому материалу, т.е. быть полярной, со­ держать в своем составе поверхностноактивные добавки, повышающие дисперги­ рующее действие среды и улучшающие ее доставку в зону обработки, а также повы­ шающие смазочную способность сред за счет создания экранирующих пленок между по­ верхностями изделия и инструмента. Этими свойствами в полной мере обладают водные растворы ПАВ (оксиэтилированных жирных спиртов, алкилмоносульфатов и др.), обеспе­ чивающие при алмазном шлифовании стекол и ситаллов снижение энергоемкости процесса до двух раз по сравнению с водой, в основ­ ном применяемой на производстве.

Техническое

стекло

Технические

ситаллы

Ra =0,63...0,32 мкм

Обрабатываемый

материал

Стеклотекстолиты

СТ, СТУ

СТЭФ

ВФТ

ФН СК-9Ф

Стекловолокниты

АГ-4В

РТП-100, РТП-170

Стеклопластики

АГ-ЧС, ЭФБ-П 27-63»С» 33-18»С» П-5-2 «Н»

Углепластик

Органопластик с расположением волокон: однонаправленное

перекрестное

Боропластик

ПКМ обычно обрабатывают точением, сверлением и фрезерованием.

В качестве инструментального материала при обработке резанием стекло-, угле- и органопластиков рекомендуют использовать вольфрамо-кобальтовые марки твердого спла­ ва: ВК2, ВКЗ-М, ВК4, ВК6-М, ВК8. Сплавы с высоким содержанием кобальта (например, ВК8) менее износостойки, но лучше воспри­ нимают динамические нагрузки. Применение быстрорежущих инструментальных сталей Р9, Р12, Р6М5 и других допускают на операциях сверления и фрезерования в случаях единич­ ного или мелкосерийного производства, а также при резании органопластика благодаря низкой твердости армирующих волокон. Наи­ более эффективными инструментами при обработке стекло- и углепластиков, обеспечи­ вающими высокую производительность обра­ ботки, являются инструменты с режущей ча­ стью из природных или синтетических алма­ зов (СТМ). При их использовании получают наименьшие параметры шероховатости по­ верхности, высокую точность размеров дета­ лей при значительной стойкости инструмен­ тов. Применение алмазов ограничивается их повышенной хрупкостью, особенно в услови­ ях прерывистого резания и при больших се­ чениях среза. Наиболее эффективно исполь­ зование резцов с алмазными вставками типа ДСПК (карбонадо) при глубине резания

/ ^ 1 мм и АСБ (баллас) при / < 2 мм.

Выбор геометрических параметров инст­ румента при точении ПКМ определяется зна­ чительным влиянием этих факторов на каче­ ство поверхностного слоя. Геометрические параметры режущей части резцов для наруж­ ного точения, установленные с учетом мини­ мизации указанных явлений, представлены в табл. 2.1.18.

Подачу S^, мм назначают исходя из

требований к параметрам шероховатости об­ работанной поверхности (Ra, Rz) при усло­ вии отсутствия сколов, вырывов и расслоений материала, а также с учетом заданной степени точности. Для различных обрабатьшаемых материалов и материалов режущей части ин­ струмента подача S в зависимости от пара­ метров шероховатости Ra, Rz может быть выбрана или определена расчетным путем согласно табл. 2.1.19 или 2.1.20.

Скорость резания v , м/с, рассчитывают по эмпирическим формулам табл. 2.1.21, ис­ пользуя соответствующие значения постоян­ ных с^, /и, х^, у^ для различных марок

обрабатьюаемого и инструментального мате­ риалов. Рекомендуемые геометрические пара­ метры и критерий затупления спиральных сверл при обработке различных ПКМ приве­ дены в табл. 2.1.22.