книги / Механическая обработка пластиков

специальным автоматическим вариатором скорости вращения шпинделя, встроенным в кинематическую схему станка. Получаемая лента-пленка наматывается на приемный барабан.

В качестве режущей части инструмента, в зависимости от степени обрабатываемости резанием конкретной марки пластика, используют все известные марки инструментальных материалов: быстрорежущие стали, твердые сплавы, сверхтвердые материалы.

Различные марки пластиков необходимо разделять по критерию обрабатываемости резанием на группы, соответствующие выбираемой марке режущей части инструмента: легкообрабатываемые пластики – быстрорежущие стали, среднеобрабатываемые пластики – твердые сплавы, труднообрабатываемые пластики – сверхтвердые материалы. Обрабатываемость резанием в первую очередь характеризуется степенью интенсивности износа режущего инструмента.

Например, сравнительные стойкостные испытания при точении деталей типа кольцо из трех различных марок пластиков показали, что максимальная стойкость достигается при обработке: фторопласта Ф-4 инструментом из Р18 (стойкость Т = 250 мин без СОЖ), полиамида ПА-6 инструментом из ВК8 (стойкость

Т= 200 мин с водоэмульсионной СОЖ), коксонаполненного фторопласта Ф-4К20 инструментом из алмаза CVD (стойкость

Т= 500 мин без СОЖ).

Различные марки пластиков, несмотря на кажущееся сходство (как в случае материала Ф-4 и его композиции Ф-4К20), могут существенным образом отличаться друг от друга по критерию обрабатываемости резанием, что обусловлено их абразивными свойствами, которые проявляются при механической обработке.

Режимы резания для точения пластиков подбирают в зависимости от марки пластика (физико-механические свойства материала), используемого инструмента (марка материала режущей части и геометрия) и технических требований к детали (точность размеров, шероховатость поверхности).

41

Рекомендации по режимам резания и геометрии инструмента для точенияразличных марок пластиков представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Точение пластиков

		Геометрия		Скорость
	Марка обрабатываемого	инструмента			Подача,
	пластика, аббревиатура			резания,	мм/об
		Передний	Задний
				м/мин
		угол, °	угол, °
	Полипропилен, PP	0–5	6–10	250–500	0,1–0,5
	Полифенилен, PPE	6–8	5–10	300	0,1–0,5
	Полиоксиметилен, POM	0–5	6–8	300–600	0,1–0,4
	Полиамид, PA	0–5	6–10	250–500	0,1–0,5
	Полиэтилентерефталат, PET	0–5	5–10	300–400	0,2–0,4
	Поликарбонат, PC	6–8	5–10	300	0,1–0,5
	Политетрафторэтилен, PTFE	5–8	10	150–500	0,1–0,3
	Полиэфиримид, PEI	0	6	350–400	0,1–0,3
	Полисульфон, PSU	0	6	350–400	0,1–0,3
	Полифениленсульфид, PPS	0–5	6–8	250–500	0,1–0,5
	Полиэфирэфиркетон, PEEK	0–5	6–8	250–500	0,1–0,5
	Полиимид, PI	0–5	2–5	100–120	0,05–0,08
	Армированные полимеры*	2–8	6–8	150–200	0,1–0,5

Примечание: * полимеры, армированные (наполненные) стекловолокном, углеволокном, графитом и другим, необходимо обрабатывать твердосплавным инструментом.

Такие марки пластиков, как полиэтилен, полистирол, оргстекло, фторопласт и другие, легко обрабатываются резанием, поэтому для их точения часто используют быстрорежущие стали, например марки Р18. Токарные резцы из быстрорежущей стали при обработке данных пластиков имеют хорошую стойкость, легко поддаются переточке, экономически более выгодны.

Выбор режимов резания, особенно увеличение скорости резания с целью увеличения производительности обработки, ограничивается теплостойкостью пластиков. Температура резания не должна превышать предельных для данного пластика значений, иначе материал детали будет деформирован, что приведет к ухудшению качества обработанной поверхности.

42

Другие марки пластиков, такие как полиамид, капролон, сложнее поддаются обработке. Для их точения необходимо использовать твердосплавные резцы и более щадящие режимы резания. Например, капролон при высоких скоростях резания начинает плавиться и налипать на режущую кромку инструмента, что приводит к образованию нароста и ухудшению качества обработанной поверхности.

При обработке деталей из твердых композитных пластиков возможно появление сколов на гранях деталей при выходе инструмента. Чтобы избежать скалывания выходных кромок на детали, на этих кромках рекомендуется делать фаски, равные глубине резания. Также можно подкладывать к выходной поверхности детали пластину из аналогичного материала либо вести обработку таких деталей пакетами, плотно прижав друг к другу.

При точении пластиков глубина резания может назначаться большой, поскольку силы резания при точении пластиков невелики. Однако нежелательно назначать малые глубины резания (менее 0,5 мм), поскольку за счет упругих деформаций в детали резец начинает снимать неравномерный припуск, а из-за неустановившегося процесса резания на обработанной поверхности могут появляться дефекты: риски, надиры, шелушение.

Для точения термопластов используют режущий инструмент с острозаточенной режущей кромкой, чтобы избежать подмятия обрабатываемого материала под режущий клин. Острый клин режущей кромки инструмента конструктивно обеспечивается заданием больших значений переднего и заднего углов инструмента, а также заточкой. Значения углов определяются экспериментально, исходя из обеспечения требуемого качестваобработаннойповерхности.

При точении легкообрабатываемых термопластов, когда используются резцы из быстрорежущей стали, применение СОЖ не требуется. При точении среднеобрабатываемых термопластов твердосплавными резцами применение СОЖ может быть оправдано, так как в некоторых случаях существенно повышается стойкость инст-

43

румента и улучшается качество обработанной поверхности. В этом случае достаточно использовать водоэмульсионную СОЖ.

При точении пластиков стружка может быть сливной и элементной. Сливная стружка предпочтительней в условиях, когда рабочий постоянно находится рядом со станком, так как комок такой стружки легко убирается крюком. Элементная стружка предпочтительней, когда автоматизация точения максимальная и рабочий может не присутствовать возле станка постоянно. Добиться получения элементной стружки можно подбором геометрических параметров режущейкромкиинструмента, особенно стружколомами.

При точении реактопластов можно использовать большинство рекомендаций, перечисленных для точения термопластов, однако есть и свои специфические особенности, связанные со свойством реактопластов необратимо разрушаться при достижении определенных предельных значений температуры.

В качестве представителей реактопластов можно рассмотреть текстолит, который является слоистым пластиком на основе волокнистой ткани и связующего полимерного вещества (бакелита, полиэфирной смолы, эпоксидной смолы), с термостойкостью 105–130 °C. Разновидностью текстолита является стеклопластик (стеклотекстолит), который является текстолитом на основе стеклоткани, с термостойкостью 140–180 °C.

При точении реактопластов рекомендуется использовать твердосплавной инструмент с большими задними углами.

На формирование температуры в зоне резания наибольшее влияние оказывает скорость резания, так как с увеличением скорости почти прямо пропорционально растет мощность резания и, соответственно, выделяемое количество теплоты. При обработке различных марок реактопластов рекомендуемые значения скорости находятся в широких пределах: от 700–800 м/мин при обработке текстолита, до 20–30 м/мин при обработке стеклопластика. Подача и глубина резания в меньшей степени влияют на формирование температуры, однако от них зависит обеспечение технических требований к детали по качеству поверхности.

44

Увеличение режимов резания приводит к увеличению температуры в зоне резания, которая не должна превышать допустимых для обрабатываемого реактопласта значений. С другой стороны, снижение режимов резания приводит к уменьшению производительности обработки и меньшей стойкости режущего инструмента, для которого имеется своя оптимальная с точки зрения интенсивности износа температура в зоне резания. Задачей технолога является подбор экспериментальным путем оптимальных технологических условий резания.

Реактопласты обладают значительной упругостью, поэтому при настройке инструментов на размер, назначении припусков и допусков на обработку следует учитывать влияние упругих деформаций на формирование точности размеров готовой детали.

При наличии в композиции твердых частиц (стекловолокна) резко ухудшается обрабатываемость таких пластиков резанием, поэтому при точении реактопластов, особенно труднообрабатываемых, рекомендуется использовать СОЖ.

При резании реактопластов необходимо предусмотреть наличие в рабочей зоне устройств для удаления вредных летучих веществ.

2.4.2. Точение труднообрабатываемых пластиков алмазным инструментом

С целью повышения производительности обработки, стойкости инструмента и обеспечения высокого качества обработанной поверхности при обработке труднообрабатываемых полимерных композиционных материалов целесообразно применять алмазные резцы (рис. 2.11) и высокоточное оборудование с ЧПУ (рис. 2.12).

Полимерные композиционные материалы в ряде случаев трудно поддаются обработке резанием из-за наличия в их составе твердых частиц или волокон, которые при резании такого материала создают сильный абразивный эффект, приводящий к быстрому интенсивному износу режущей кромки инструмента. На-

45

пример, стеклопластик и коксонаполненный фторопласт не могут обрабатываться даже инструментом из твердого сплава, для их обработки требуется инструмент из сверхтвердых материалов, например с режущей частью из синтетического алмаза.

Рис. 2.11. Сменная пластина с алмазной вставкой

Рис. 2.12. Токарная обработка пластика на станке с ЧПУ

Тонкое алмазное точение, обеспечивающее шероховатость Ra = 0,63…1,25 мкм, рекомендуется вести на малых глубинах резания (0,5 мм) с малыми подачами (0,05 мм/об) и высокими скоростями резания (до 1000 м/мин).

При обработке труднообрабатываемых пластиков стойкость алмазного инструмента оказывается выше стойкости твердо-

46

сплавного инструмента примерно в 20 раз. Применение алмазного инструмента в этом случае оказывается экономически значительно эффективнее. Увеличивается производительность обработки за счет увеличения значений рекомендуемых скоростей резания и уменьшения времени на замену износившегося инструмента, в том числе переточку. Повышается точность размеров и качество обработанной поверхности.

2.4.3. Нарезание резьбы резцами

Резьбовые резцы используют для нарезания внешней и внутренней (рис. 2.13) резьбы. Профиль режущих кромок инструмента соответствует профилю нарезаемой резьбы. За один оборот шпинделя инструмент перемещается на величину шага резьбы.

Рис. 2.13. Нарезание внутренней резьбы резцом

В качестве материала режущей части используют быстрорежущие стали и твердые сплавы. При обработке труднообрабатываемых композитных пластиков, в частности стеклопластиков, рекомендовано использовать резьбовые пластины из сверхтвердых материалов, синтетического алмаза и кубического нитрида бора. Переточка осуществляется только по передней поверхно-

47

сти, поскольку необходимо сохранять постоянство профиля режущей кромки резьбового резца.

При обработке пластиков резьбовыми резцами, как и при обработке любым другим инструментом с режущим клином, рекомендуется назначать максимально большие значения переднего и заднего углов, чтобы обеспечить остроту режущей кромки.

При нарезании резьбы в реактопластах необходимо подбирать режимы резания с учетом допустимой температуры в зоне резания. При обработке слоистых пластиков важно подбирать режимы резания, обеспечивающие минимальные силы резания, чтобы избежать разрушения слоев. Глубину резания за один проход назначают не более 0,2 мм.

2.5. Фрезерование пластиков

Фрезерование деталей из пластиков применяется для обработки заготовок в форме листов, плит, блоков. Фрезерованием выполняются такие операции, как вырезание контурных деталей (рис. 2.14), обработка пазов (рис. 2.15), обработка плоскостей, фасок и других конструктивныхэлементов прямоугольнойформы.

Рис. 2.14. Вырезание контурных деталей фрезерованием

Фрезерование деталей из пластиков проводится на фрезерных станках. В качестве инструмента используются либо специ-

48

ально изготавливаемые для обработки пластиков фрезы, либо сборные конструкции фрез, предназначенные для обработки цветных сплавов.

Рис. 2.15. Фрезерование пазов

Фрезерные станки для обработки пластиков должны быть оборудованы защитным кожухом и средствами активного удаления стружки и пластиковой пыли из зоны резания. При фрезеровании пластиков рекомендуется применять обдув зоны резания струей сжатого воздуха либо полив водоэмульсионной СОЖ.

Для обеспечения точности обработки заготовку необходимо жестко закреплять на столе, исключая зазоры и прогибы. При невозможности плотного прижатия заготовки к столу необходимо использовать специальные приспособления.

Для фрезерования пластиков в зависимости от вида операции применяют различные конструкции фрез (дисковая, цилиндрическая). В зависимости от обрабатываемости резанием пластика применяют различные марки материала режущей части фрез: быстрорежущие стали, твердые сплавы, сверхтвердые материалы.

Рекомендации по режимам резания и геометрии инструмента для фрезерования наиболее распространенных марок пластиков представлены в табл. 2.3.

49

Таблица 2.3

Фрезерование пластиков

		Геометрия		Скорость
	Марка обрабатываемого	инструмента			Подача,
	пластика, аббревиатура			резания,	мм/зуб
		Передний	Задний
				м/мин
		угол, °	угол, °
	Полипропилен, PP	5–15	10–20	250–500	0,1–0,45
	Полифенилен, PPE	5–15	10–20	300	0,15–0,5
	Полиоксиметилен, POM	5–15	5–15	250–500	0,15–0,5
	Полиамид, PA	5–15	10–20	250–500	0,1–0,45
	Полиэтилентерефталат, PET	5–15	5–15	300	0,15–0,5
	Поликарбонат, PC	5–15	10–20	300	0,15–0,4
	Политетрафторэтилен, PTFE	5–15	5–15	250–500	0,1–0,45
	Полиэфиримид, PEI	1–5	2–10	250–500	0,1–0,45
	Полисульфон, PSU	1–5	2–10	250–500	0,1–0,45
	Полифениленсульфид, PPS	6–10	5–15	250–500	0,1–0,45
	Полиэфирэфиркетон, PEEK	6–10	5–15	250–500	0,1–0,45
	Полиимид, PI	0–5	2–5	90–100	0,05–0,35
	Армированные полимеры*	6–10	15–30	80–100	0,05–0,4

Примечание: * полимеры, армированные (наполненные) стекловолокном, углеволокном, графитом и другим, необходимо обрабатывать твердосплавным инструментом.

Поскольку силы резания при обработке пластика невелики, используют фрезы очень малого диаметра, чем достигаются большие скорости резания и производительность обработки.

При фрезеровании слоистых пластиков рекомендуется использовать фрезы с винтовым расположением твердосплавных пластинок и наклонными зубьями, что обеспечивает хорошую стойкость инструмента и качество детали.

При обработке деталей, особенно из слоистых пластиков, дисковыми фрезами наилучшее качество обработки достигается при попутном фрезеровании, т.е. когда направление вращения фрезы совпадает с направлением подачи детали. Это связано с тем, что при попутном фрезеровании инструмент прижимает деталь к столу станка, чем обеспечивается точность обработки и минимизация вибраций. Также при обработке слоистых пластиков важно выбирать направление подачи таким образом, чтобы

50