20 Изготовление и обработка заготовок из пластмасс и из нержавеющих сплавов

Свойства пластмасс. Пластмассами называют неметаллические материалы, получаемые из искусственных смол и их смесей с различными веществами, способные формоваться прессованием, литьем и выдавливанием. Они обладают ценными свойствами, легко перерабатываются в детали сложной конфигурации и широко применяются в машиностроении.

Пластмассы различают по свойствам и методам переработки. По свойствам пластмассы разделяют на термореактивные и термопластические. Термореактивные пластмассы при нагреве размягчаются и плавятся (претерпевают внутренние химические изменения — полимеризацию) и переходят в твердое неплавкое и нерастворимое состояние. После отвердевания в горячей пресс-форме они становятся непригодными к последующей прессовке и поэтому называются необратимыми; к ним относятся фенопласты и аминопласты. Термопластические пластмассы при нагреве размягчаются или плавятся и под влиянием давления заполняют полость пресс-формы.

При этом внутренних химических реакций пластмасса не претерпевает, так как она не полимеризуется. Термопластические пластмассы после отвердевания в пресс-форме не переходят в неплавкое и нерастворимое состояние и могут быть снова использованы для прессования, поэтому их называют обратимыми; к ним относятся целлулоид, нитрол, полистирол, полихлорвинил и др.

Детали из пластмасс могут быть изготовлены из одного связующего вещества или с добавками пластификатора, но чаще используют смеси, в состав которых входят наполнители, пластификаторы, красители и другие добавки.J

Материалы. По методам переработки различают четыре группы пластических материалов:

1) для прессования — термореактивные и термопластические прессовочные порошки различных марок;

2) для литья без применения давления — термореактивные феолсформальдегидные и мочевиноформальдегидные литые смолы;

3) для штамповки, выдувания и вакуумирования (органическое стекло, целлулоид и др.);

4) для обработки резанием в виде стержней и листов, полученных прессованием или литьем из термореактивных и термопластических материалов.

Наиболее распространенный метод переработки термореактивных и термопластических материалов — прессование, при котором используют основное свойство пластмасс — пластичность, т. е. способность под действием тепла размягчаться и под давлением заполнять форму. Из термореактивных пресс-материалов в машиностроении широко применяют текстолитовую крошку для изготовления деталей, которые должны обладать высокими механическими и антифрикционными свойствами, например вкладыши подшипников. Подшипники из текстолита, работающие в прокатных станах, смазываются водой, хорошо переносят повышенную температуру и более износостойки, чем подшипники из бронзы. Зубчатые колеса из текстолита при работе издают меньше шума, чем металлические, обладают стойкостью к действию агрессивных сред и меньшей массой. Асботекстолит изготовляют на основе асбестовой ткани, асбобумолит — на основе асбестовой бумаги и искусственных смол. Их применяют для различных прокладок, работающих при повышенных температурах, и для тормозных устройств и деталей механизмов сцепления. Стеклотекстолит получают на основе стеклоткани и искусственных смол. Он обладает высокими механическими и электроизолирующими свойствами, высокой теплостойкостью и малой водопоглощаемостью. Применяют его в качестве электроизоляционного и конструкционного материала.

Из термопластических материалов в машиностроении используют органическое стекло. Его изготовляют в виде листов, прутков, труб и порошков. Он обладает стойкостью к действию бензина, воды, масла и щелочей. Полихлорвинил — белый порошок, получаемый из хлористого винила. При изготовлении деталей полихлорвинил смешивают с пластификаторами и наполнителями (для повышения механической прочности). Полиэтилен — высокомолекулярный продукт полимеризации этилена. Из пластмасс изготовляют вкладыши для подшипников, сепараторы, бесшумные зубчатые колеса, лопасти вентиляторов, лопатки для моечных машин и мешалок, шкивы, рукоятки, маховики, крышки и другие детали.

Технология изготовления деталей из пластмасс. Детали из пластмасс в основном производят в специальных металлических пресс-формах. Пресс-формы состоят из матрицы, пуансона и вспомогательных деталей и изготовляют из хорошо полируемых инструментальных и легированных сталей, выдерживающих высокие давления и необходимые для прессования температуры. Образование деталей происходит в рабочей полости пресс-формы. Для повышения износостойкости рабочие полости пресс-форм хромируют.

Различают пресс-формы для компрессионного прессования, пресс-литья, для литья без применения давления и для литья под давлением. Для компрессионного прессования применяют гидравлические прессы усилием 25—1000 тс. Гидропрессы бывают неавтоматизированные, полуавтоматические и автоматические.

Процесс компрессионного прессования состоит в следующем. В рабочую полость нагретой пресс-формы загружают определенное количество пластмассы, которая под действием давления пуансона заполняет рабочую полость пресс-формы; после выдержки при 150—160° С в течение 0,5—2 мин на 1 мм толщины стенок детали пресс-форму раскрывают, и готовая деталь выталкивается из пресс-формы. Пресс-формы нагревают электричеством или паром. Пресс-литье осуществляют на обычных гидравлических прессах, в которых загрузочная камера пресс-формы находится вне формующей рабочей полости. В этой камере пресс-материал нагревается и в полужидком состоянии под давлением прессующего пуансона перетекает по литникам в рабочую полость пресс-формы. Давление припресс-литье в 1,5—3 раза больше, а точность деталей при этом методе более высокая, чем при компрессионном прессовании.

Литье без применения давления используют для изготовления деталей простой конфигурации из некоторых видов пластмасс; обычно применяют открытые формы. Литье под давлением возможно лишь для некоторых видов пластмасс, оно производится на автоматах и по сравнению с компрессионным и литьевым прессованием более производительно.

Процесс получения деталей из пластмасс состоит из нескольких этапов: 1) уменьшение объема пластмасс уплотнением (исходные материалы имеют объем, превышающий объем готовой детали в 2—10 раз) перед загрузкой в пресс-форму путем таблетирования; 2) предварительный подогрев в термостатах (до 80—150° С) перед загрузкой в пресс-форму, что уменьшает время выдержки в пресс-форме, повышает текучесть материала, снижает давление, повышает равнопрочность, физико-механические и диэлектрические свойства готовых деталей; 3) прессование в металлических пресс-формах, где под действием нагрева и давления материалы заполняют полости пресс-формы и приобретают необходимые формы и размеры. Точность размеров деталей из пластмасс находится в пределах 5—7-го класса, шероховатость поверхности Ra = 0,4-г-1,6 мкм, дополнительной обработкой резанием получают точность 3—2-го класса. На автоматах отечественного производства можно изготовлять детали массой 1 кг.

Обработка резанием заготовок из пластмасс. Детали из пластмасс получают в большинстве случаев в готовом виде. В некоторых случаях может потребоваться и обработка резанием. Например, литники удаляют режущими инструментами. При прессовании и литье не всегда можно получить отверстия и резьбы необходимой точности. Значительную часть пластмасс выпускают в виде плит и прутков. Детали в этом случае получают обработкой резанием.

При обработке пластмасс следует учитывать их свойства: а) низкую теплопроводность, вызывающую необходимость снижения количества выделяющегося тепла или принятия специальных мер для его быстрого отвода; б) относительную мягкость, обусловливающую применение более острых резцов, чем при резании металлов; в) абразивное действие отдельных пластмасс, обладающих высокими абразивными свойствами. При обработке заготовок из некоторых пластмасс резцы изнашиваются быстрее, чем при обработке заготовок из металлов.

Обработку резанием заготовок из пластмасс производят на металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станках, а также на специализированных автоматических и полуавтоматических станках.

При обработке заготовок из пластмасс на универсальных токарных станках, полуавтоматах и автоматах применяют резцы, геометрические параметры которых аналогичны форме и геометрическим параметрам резцов для обработки металлов. При обработке заготовок из пластмасс резцы нагреваются значительно, а износ вызывается главным образом абразивными свойствами пластмасс (допустимая предельная температура для термореактивных пластмасс в зоне резания 160° С, а для термопластичных пластмасс 60—100° С). Износ резцов наиболее интенсивно протекает по задней поверхности. Режущая кромка округляется. Хорошо противостоят абразивному действию резцы, оснащенные пластинками из сплавов ВК- При обработке заготовок из полистирола наиболее целесообразно применять резцы из быстрорежущих или инструментальных легированных сталей.

Сверление является наиболее распространенной операцией обработки заготовок из пластмасс. Разные марки пластмасс обладают неодинаковыми свойствами, поэтому вид и геометрические параметры сверл, применяемых при их обработке, различны. Высокую производительность в сочетании со значительной стойкостью при обработке глубоких отверстий в заготовках из волокита, фенопласта К18-2 и аминопласта МФ показали цилиндрические спиральные сверла, оснащенные пластинками из твердого сплава.

Анализ процессов обработки заготовок из пластмасс-волокита, аминопласта МФ, фенопласта К.18-2, текстолита точением, сверлением и фрезерованием показал, что процесс стружкообразования имеет общность с процессом стружкообразования при обработке заготовок из хрупкого чугуна. У пластмасс стружка получается в виде коротких витков малого радиуса и значительного количества пыли. Силы резания в связи с низкой прочностью и хрупкостью пластмасс невелики. Это следует учитывать при проектировании и рациональном использовании оборудования и режущего инструмента. Скорость резания при рациональном периоде стойкости допускается несколько выше, чем при обработке заготовок из стали 40. При точении с глубиной резания 1,5—3,0 мм и подачей 0,2—0,3 мм/об допускаются скорости резания, приведенные в табл. 19.

Обработка заготовок из жаропрочных и нержавеющих сплавов. В машинах новых конструкций все большее применение находят детали из жаропрочных и нержавеющих сплавов, что связано с повышением скоростей, давлений, температур и использование деталей в химически активных средах. Обработка заготовок из указанных материалов, обладающих повышенными прочностью, твердостью, ударной вязкостью, коррозионной стойкостью и жаропрочностью, затруднена. Жаропрочные материалы незначительно изменяют прочность при нагреве до 800° С, обладают большой вязкостью, склонностью к наклепу и низкой теплопроводностью. При обработке это приводит к появлению больших сил резания, высокой температуры и интенсивному износу режущего инструмента. Шероховатость обработанных поверхностей характеризуется большими величинами. Поэтому при обработке резанием заготовок из жаропрочных материалов применяют дополнительные методы воздействия на срезаемый слой с помощью механического, пневматического или гидравлического вибраторов (частота колебаний до 50 Гц). При более высокой частоте колебаний используют магнитострикционные, электрические, электрогидравлические и другие вибраторы.

Заготовки нагревают с помощью ТВЧ как непосредственно на станке, так и предварительно до установки на станок. Нагрев заготовки улучшает обрабатываемость, но только при соблюдении температурного интервала во время обработки резанием на 35— 40° С ниже температурного интервала для отжига и старения. Для обработки заготовок из жаропрочных материалов применяют также электроэрозионный, анодно-механический и другие методы.

Заготовки из металлокерамических жаропрочных сплавов обрабатывают при пропитке их маслом, что позволяет снизить высокую температуру резания и уменьшить истирающее влияние на режущий инструмент.