20.3. Обработка полимерных материалов в твердом состоянии

К переработке полимеров в твердом состоянии относятся:

• разделительная штамповка;

• обработка резанием.

Разделительной штамповкой получают изделия из листовых и слоистых пластиков, воздействием практически только давления, иногда применяется незначительный подогрев материла. К разделительным операциям относятся: отрезка, вырубка, пробивка, надрезка, разрезка, обрезка, зачистка и просечка.

Обработка пластмасс давлением в силу особенностей их термомеханических свойств несколько отличается от аналогичных операций обработки металлов. Разделительные операции листовых пластмасс часто производят с прижимом для предотвращения обламывания и образования трещин по линиям среза. Зазоры между пуансоном и матрицей в штампах для вырубки-пробивки листовых пластмасс принимаются меньшими, чем при аналогичных операциях обработки металлов. Резка листовых пластмасс производится пресс-ножницами с параллельными ножами.

Разделительные операции можно производить как вхолодную, так и с подогревом. Причем в зависимости от требований к качеству среза, сложности конфигурации детали и ее толщины применяют подогрев только материала или инструмента, а также материала и инструмента.

Нагрев заготовок осуществляется в термостатах, в печах с инфракрасным излучением, между горячими плитами, на подогреваемых столах и других устройствах. Температура нагрева определяется опытным путем. Например, установлено, что оптимальная температура вырубки-пробивки гетинакса находится в пределах 100–125 °С, текстолитов – 80–90 °С, стеклотекстолитов – 70–90 °С. Винипласт, целлулоид, полиэтилен и аналогичные материалы штампуют без подогрева. Нагрев штампов производится до 70–110 °С.

Вырубка деталей из пластмасс сопровождается пружинением материала, что вызывает последующее искажение размеров изделий. При вырубке наружные размеры детали получаются большими, чем размеры матрицы, а размеры отверстий – меньшими, чем размеры пуансона.

При раскрое листового материала следует учитывать меньшую прочность и большую пластичность пластмасс по сравнению с металлами. Это сказывается на величине перемычек. В зависимости от размеров и формы вырубаемых деталей величина перемычек для хрупких пластмасс составляет 1–3 толщины листа, для пластичных – 1–1,5 толщины листа.

Обработка полимерных материалов резанием применяется в редких случаях: когда материал обладает малой пластичностью при повышенной температуре, при употреблении особого вида наполнителя (крупноволокнистый, листовой) и, как правило, для доводочных операции.

Недостатки механической обработки заключаются не только в потерях материала на отходы, но и в ухудшении его свойств в готовом изделии, так как при этом обнажается наполнитель, стойкость которого обычно ниже стойкости полимера, теряется глянцевитость и т. д.

Отличительные свойства неметаллов обусловили особенности режимов резания механической обработки. Характерным для обработки полимеров резанием является быстрое затупление инструмента, что объясняется малой теплопроводностью полимерных материалов, вызывающей перегрев режущего инструмента. Вследствие водопоглощаемости некоторых материалов при обработке нельзя использовать в качестве охладителя инструмента воду и водяные эмульсии. Поэтому для обработки пластмасс резанием применяют инструмент из твердых сплавов или быстрорежущей стали. Применение инструмента из углеродистой стали возможно только при обработке материалов без наполнителей.

Невысокая прочность пластмасс при растяжении, особенно при повышенных температурах, обусловливает необходимость очень острой заточки режущего инструмента. При работе затупленным инструментом происходит вырывание частиц материала, в результате чего обрабатываемая поверхность имеет шероховатости. Для повышения чистоты поверхности обработку пластмасс ведут на высоких скоростях при малых подачах.

Основные параметры обработки резанием полимерных материалов приведены в таблице 20.1.

Таблица 20.1

_{Режимы механической обработки пластмасс}

Вид обработки	Скорость* обработки, м/мин	Подача*, мм /об	Передний угол, град	Задний угол, град
Токарная	30–50 200–250	0,3–0,5 0,1–0,3	15	8–10
Фрезерова­ние	40–50 200–500	0,3–0,5	20–25	20–30
Строгание	15–20 50–60	0,2–0,8 0,2–0,5	15	10
Сверление	40–50 90–120	0,2–0,4 Ручная подача	10–20	Угол заостре­ния сверла 60–100

*Примечание: В числителе – параметры для инструмента из быстрорежущей стали, в знаменателе – для твердого сплава.

Токарная обработка пластмасс производится скругленными резцами (r = 3–4 мм). Для уменьшения трения о материал боковую поверхность резцов делают изогнутой.

Фрезерование рекомендуется производить червячными фрезами с углом наклона винтовой линии 30–80°. При обработке слоистых материалов применяют попутное фрезерование, предупреждающее расслаивание пластика.

Сверление производится спиральными сверлами, угол заострения которых зависит от обрабатываемого материала и диаметра отверстия. Для охлаждения инструмента и выноса стружки в отверстие часто подают сжатый воздух. При сверлении хрупких материалов выкрашивание предотвращается предварительным кернением и зенкерованием сверлом большого диаметра.

Наиболее трудной операцией является нарезание резьбы в отверстиях вследствие перегрева инструмента и сложности удаления стружки. Метчики для работы с пластмассами должны быть изготовлены из твердых сплавов или из сталей с азотированными или хромированными рабочими поверхностями.