ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Еренков О.Ю., Мазин Р.С. (ТОГУ, г.Хабаровск, РФ)

 

This work is devoted to researching of details manufacturing processes of plastic. The developed methods essence consists in the preliminary power, thermal or combined influences on polymeric blanks which then are exposed to cutting. The analysis of the received results confirms expediency of offered combined method application, to what significant decrease a processed surface roughness testifies.

 

При изготовлении деталей из пластмасс современными методами происходит изменение их размеров и формы. Для получения деталей и изделий заданного размера и обеспечения требуемых параметров шероховатости для сопрягаемых поверхностей их подвергают механической обработки резанием, которая является необходимой, широко распространенной и одной из ответственных операций в технологическом процессе производства деталей из пластмасс.

Получаемые при механической обработке параметры шероховатости поверхности зачастую не соответствуют значениям, установленным в технических требованиях, что приводит к необходимости дополнительной обработки, так как именно от уровня шероховатости обработанной резанием поверхности в большей степени зависят надежность и долговечность функционирования деталей и механизмов.

Различия в упругих, прочностных и других свойствах, присущие различным полимерным материалам, тесно связаны с их состоянием и структурой. Изменения в состоянии и структуре определенным образом отражаются и на технологических свойствах материалов, особенно на обрабатываемости резанием.

Таким образом, задача эффективности обрабатываемости заготовок из полимерных материалов является актуальной, так как ее решение позволит повысить качественные характеристики изготовляемой продукции и снизить себестоимость ее изготовления.

Одним из путей решения данной задачи является разработка новых подходов к обработке резанием полимерных материалов, сущность которых заключается в направленном изменении  свойств обрабатываемого материала с целью обеспечения благоприятных условий для получения обработанной поверхности высокой точности и надлежащего качества [1].

В связи с большой ролью пластмасс, как конструкционных материалов, вопросы их обработки приобретают исключительно важное значение.

Экспериментально установлено, что во многих случаях детали повышенной точности и с высоким качеством поверхностного слоя могут быть получены только механической обработкой: точением, сверлением, зубофрезерованием, резьбонарезанием. Таким образом, обработка пластмасс резанием является одной из ответственных операций технологического процесса изготовления деталей.

После изготовления современными способами заготовки и изделия из полимерных материалов обладают рядом дефектов. Для устранения имеющихся дефектов с целью подготовки заготовок к дальнейшей механической обработке резанием или придания изделиям «товарного» вида необходима дополнительная обработка. Такая обработка осуществляется посредством простых и комбинированных методов. В технологии обработки пластмасс нашли широкое применение комбинированные физико-химические методы, сущность которых заключается в воздействии на поверхность обрабатываемого изделия источниками энергии или агрессивной средой, вступающих в химическое взаимодействие с материалом изделия. К основным методам физико-химической обработки относятся: термическая обработка; обработка импульсным источником энергии; обработка травлением; механохимическая обработка; обработка технологической средой.

Поверхностную обработку изделий, а в ряде случаев и удаление заусениц, грата можно осуществлять водными растворами кислот, щелочей, солей, и комплексными соединениями, а также органическими растворителями. В результате такой обработки происходит изменение структуры, а иногда и химического состава поверхности [2]. Для успешного проведения травления необходимо знать природу и структуру полимера, а также характер его взаимодействия с травильным раствором.

Применяемые для травления агрессивные растворы редко обладают высокой избирательностью действия. Они значительно разрушают поверхностные слои изделий, и искусство травления состоит в том, чтобы определить оптимальную степень воздействия на поверхность. Степень травления зависит от взаимосвязанных факторов: концентрации раствора, температуры травления и продолжительности процесса.

Обработку травлением можно совмещать с механической, т.е. производить механохимическую обработку. Данный вид обработки сочетает в себе преимущества механической обработки и обработки травлением.

Обработка полимерных материалов травлением является довольно эффективной с точки зрения обеспечения структурных превращений обрабатываемого материала. Однако процесс травления поверхности полимеров еще мало изучен, общей теории его пока нет. Ввиду наличия значительного количества факторов, влияющих на процесс травления( концентрация компонентов ,температура ,продолжительность травления, химический состав полимера, его структура и т.д.), определение наилучшего способа и режима травления возможно только опытным путем. В литературе не приводится информации об использовании данного метода в качестве предварительного воздействия на полимерный материал перед его обработкой резанием, что позволяет предположить необходимость разработки такого метода. Также требует отдельного исследования вопрос о влиянии на процесс резания не только физико-химических свойств материала в исходном состоянии, но и тех свойств, которые приобретает материал срезаемого слоя вследствие предварительного химического воздействия.

Методы обработки большей частью зависят от используемого оборудования и инструмента. Однако режущих инструментов, оборудования и технологических методов, специально предназначенных для обработки пластмасс, недостаточно и они имеют низкую эффективность. Часто используется инструмент, сконструированный для обработки металла и дерева. Этим обусловлены трудности эффективной обработки пластмасс резанием, усугубляемые многообразием видов и классов, находящихся в употреблении пластмасс и недостаточностью представлений о присущих им свойствах, характеризующих их обрабатываемость. Например, при детальном изучении обработанных резанием поверхностей пластмасс они часто оказываются очень шероховатыми и покрытыми трещинами и рисками (царапинами, следами режущего инструмента). В других случаях обнаруживается, что тепло трения, развивающееся в результате резания, вызывает прижоги на поверхностях реактопластов и оплавление поверхностей термопластов, в результате чего возникает необходимость дополнительной отделочной обработки деталей. Можно обнаружить также выкрашивание (сколы) и чрезмерный износ режущих кромок инструментов. Причины этого затруднения заключаются в недостаточном знании и учете реологических (упругость, вязкость, пластичность) и термических характеристик пластмасс (удельная теплоемкость, теплопроводность и коэффициент теплового расширения).

На процесс стружкообразования преимущественно влияют передний угол режущего инструмента и режимы резания (величина скорости резания, продольной подачи и глубины резания). Кроме этого, шероховатость поверхности зависит также от геометрии заточки инструмента и режимов резания.

Решающее влияние на производительность процесса резания и интенсивность износа инструмента оказывают режущие свойства материала инструмента. Исследованию режущих свойств твердых сплавов при точении полимерных материалов посвящены многочисленные работы ученых Всесоюзного научно-исследовательского инструментального института.

Шероховатость обработанной поверхности зависит от большого количества факторов, к числу которых относятся: свойства обрабатываемого материала, режимы резания, геометрические параметры режущего инструмента, износ инструмента, вид обработки, вибрации при резании и  другие. Учет влияния всех перечисленных факторов сложен. Однако если учесть, что производят обработку конкретного материала инструментом оптимальной геометрии, на определенном оборудовании, то количество влияющих факторов, определяющих уровень параметров шероховатости, можно свести к минимуму. Это основные параметры технологического процесса, определяющие параметры шероховатости режимы резания (скорость резания, подача и глубина резания).

На основании анализа литературных данных, можно сделать следующие выводы:

- в настоящее время механическая обработка заготовок из полимерных материалов осуществляется посредством типовых, предназначенных для обработки металлов и сплавов режущих инструментов; экспериментально установлено, что для обработки пластмасс целесообразно применять инструменты, из твердых сплавов ВК8 и ВК6, так как в этом случае обеспечивается наибольшие производительность процесса обработки и стойкость режущего инструмента;

- основные параметры процесса резания полимерных материалов оказывают неоднозначное влияние на формирование шероховатости обработанной поверхности; скорость резания не оказывает существенного влияния на шероховатость поверхности; при всех видах обработки с увеличением скорости резания шероховатость увеличивается, однако ее увеличение значительно отстает от роста скорости резания; глубина резания практически не влияет на величину шероховатости поверхности, хотя имеется тенденция к увеличению высоты микронеровностей при больших глубинах резания; подача оказывает наибольшее влияние на шероховатость поверхности, при этом ее увеличение приводит к почти пропорциональному увеличению шероховатости;

Таким образом, с учетом вышеизложенного можно сделать заключение, что зависимость износа режущего инструмента не рассматривалась с точки зрения влияния химических взаимодействий инструмента и полимерных материалов, а также влияния химических процессов происходящих на поверхности режущей кромки инструмента. Остается открытым вопрос, какие изменения в структуре, а возможно и в химическом составе инструментального материала, претерпевает инструмент во время обработки резанием.

Дальнейшему исследованию вопроса будут посвящены последующие работы авторов.

Литература

[1] Еренков О.Ю., Ивахненко А.Г., Хосен Ри. Новые комбинированные способы обработки полимерных материалов резанием на основе предварительных физико-химических и механических воздействий. – Владивосток: Дальнаука,2007. – 196 с.

[2] Erenkov O. Ju., Mazin R. S., Petrova S. I., Grishachkina A. R. Definition of technological parameters at interaction of excited environments with the firm polymeric material// Modern materials and technologies 2009: International Xth Russian – Chinese Symposium. Proceedings. – Khabarovsk: Pacific National University, 2009. – 470 p.