15.2. Обработка световым лучом (лазерная)

Способ основан на том, что мощный световой луч, проходя через специальное оптическое устройство, фокусируется на обрабатываемой поверхности заготовки на площади диаметром до 0,01 мм. Поэтому в зоне его действия возникают температуры порядка нескольких тысяч градусов и высокие давления. Концентрация энергии может быть порядка 10⁵ кВт/см², поэтому происходит мгновенное расплавление и испарение металла. В качестве источника энергии используются квантовые генераторы света или лазеры, чаще всего кристаллические рубиновые (рис. 96, б).

Основой лазера служит стержень синтетического рубина 4, помещенный внутрь наполненной ксеноном спиральной лампы (лампы подкачки) 5. Лампа питается от батареи конденсаторов 8 и при разрядке их периодически вспыхивает. Стержень заключен внутри стеклянной трубки 3, через которую непрерывно прокачивается охлаждающая среда от входа 1 к выходу 7 и фиксируется пружиной 2. Рубиновый стержень  это кристалл Al₂O₃ с примесью окиси хрома Cr₂O₃. Плоские параллельные торцы его тщательно отполированы. Один из них покрыт слоем серебра, второй также посеребрен, но полупрозрачен. При интенсивной вспышке лампы 5 рубин освещается, и атомы хрома, поглощая световой квант, переходят из нормального в возбужденное состояние вследствие так называемой оптической подкачки. В момент, когда больше половины атомов хрома переходит в возбужденное состояние, равновесие становится неустойчивым, в кристалле освобождается накопленная энергия, атомы возвращаются в нормальное состояние и кристалл излучает фотоны. Мощный поток их прорывается сквозь полупрозрачный передний торец, образуя мощные из- лучения в виде пучка ослепительно ярко-красного света 6. С помощью специальной оптической линзы (на рис. 96, б не показана) этот пучок излучения фокусируется на площади диаметром до 0,01 мм.

С помощью лазеров можно вести обработку отверстий малого размера, пазов в заготовках из различных материалов, независимо от их физико-механических свойств (твердые сплавы, алмазы). Светолучевая обработка обладает рядом достоинств по сравнению с электронно-лучевой и поэтому более перспективна.

VII. Производство деталей из пластмасс

1. Общие сведения о пластмассах

Пластмассами называются материалы, получаемые на осно­ве природных или синтетических полимеров (смол), которые на определенной стадии производства или переработки обладают высокой пластичностью.

Свойства пластмасс определяются физико-механическими характеристиками их основы – смолы и добавок.

В зависимости от поведения при нагреве смóлы (и соответственно пластмассы) подразделяют на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные пластмассы (термопласты) при каждом нагре­ве размягчаются, переходят в вязкотекучее состояние, а при охла­ждении отвердевают. К термопластам относятся: органическое стекло, полистирол, полиэтилен, полипропилен, винипласт, капрон и др.

Термореактивные пластмассы (реактопласты) при нагреве вна­чале размягчаются, а затем при определенной температуре пере­ходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние, поэтому они не могут повторно перерабатываться. К реактопластам относятся пластики на основе фенолоформальдегидной, полиэфирной и дру­гих смол.

Для придания пластмассе различных свойств в ее состав вводят разные компоненты: наполнители, пластификаторы, а также раз­личные добавки.

Нaполнитeлями служат органические или неорганические ве­щества в виде порошков (древесной или кварцевой муки, графита), волокон (бумажных, хлопчатобумажных, асбестовых, стеклянных) или листов (ткани, слюды, древесного шпона). Наполнители повыша­ют прочность, износостойкость, теплостойкость или другие свой­ства пластмасс и могут составлять 40...80 % их объема.

Пластификаторами называют малолетучие вещества (глицерин, касторовое или парафиновое масло и др.), вводимые в состав пласт­масс с целью повышения их пластичности и эластичности.

К добавкам относятся:

стабилизаторы  вещества, замедляющие разрушение пласт­массы при воздействии тепла, света и других факторов (сажа, сер­нистые соединения, фенолы);

смазки, облегчающие процесс прессования пластмасс (воск, стеарин, олеиновая кислота);

красители  охра, крон, родамин.

При изготовлении поро- и пенопластов добавляют газообразователи – вещества, которые при нагреве разлагаются, выделяют большое количество газов, вспенивающих смолу. Газообразователи уменьшают плотность пластмасс, придают тепло- и электроизоляционные свойства.

Свойства пластмасс. Широкое применение пластмасс в машино- строении стало возможным благодаря их специфическим свойствам. К ним относятся:

малая плотность (для большинства пластмасс  0,9...1,8 г/см³), позволяющая значительно уменьшать массу деталей и оборудо­вания;

высокая коррозионная стойкость;

высокие электроизоляционные характеристики;

хорошие антифрикционные свойства ряда пластмасс позволяют с успехом применять их для изготовления подшипников сколь­жения;

применение некоторых пластмасс с высоким коэффициентом трения для изготовления деталей тормозных устройств;

высокая прозрачность и другие оптические свойства некоторых пластмасс;

большой диапазон твердости и эластичности;

возможность переработки в изделия самыми производительными способами  литьем, выдавливанием и т.п. с коэффициентом ис­пользования материала 0,90...0,95.

Вместе с тем при выборе пластмасс для изготовления различных деталей необходимо учитывать, что им присущи:

малая прочность, жесткость и твердость;

большая ползучесть, особенно у термопластов;

низкая теплостойкость: для большинства пластмасс рабочая температура составляет от 60 до +200 ºС, немногие могут рабо­тать при 300…400 ºC;

низкая теплопроводность (в 500...600 раз меньше, чем у метал­лов), затрудняющая отвод тепла в узлах трения, например в под­шипниках скольжения;

старение  потеря свойств под действием тепла, света, воды и других факторов.

С остояние полимеров. Полимеры – основа пласт­мacc – могут находиться в двух агрегатных состояниях: твер­дом – аморфном или кристаллическом и жидком – вязкотеку­чем. При нагреве до определенных температур они разлагаются, минуя парообразное состояние.

Из термомеханической кривой (рис. 97) видно, что аморфные полимеры при температуре Т_с переходят из стеклообразного состо­яния в высокоэластичное и затем при температуре Т_т – в вязкотекучее.

Кристаллические полимеры практически не имеют зоны высо­ко-эластичного состояния и при нагреве сразу переходят вязкотекучее состояние.

Исходя из такой зависимости дефор­мации и физического состояния поли­меров от температуры, пластмассы пере­рабатывают в изделия различными спо­собами в вязкотекучем, высокоэластичном, жидком и твердом состояниях, а также производят сварку и склеивание.