книги из ГПНТБ / Семко, М. Ф. Обработка резанием электроизоляционных материалов
.pdf
М. ф. СЕМКО, Г. К. СУСТАН, В. И. ДРОЖЖИН
ОБРАБОТКА РЕЗАНИЕМ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
«ЭНЕРГИЯ»
МОСКВА 1974
|
Тс |
?rv |
6П2.1.06 |
. гг/б :чняя 4 |
|
науч> > < - - 1 ки,;-...ская |
||
С-30 |
био.. |
■ |
УДК 621.315.61:621.91 Ю2
ЧИТАЛЬ! Ю г О ЗАЛА
У Ь ~ " / ^ Ь
Семко М. Ф. и др.
С 30 Обработка резанием электроизоляционных мате риалов. М., «Энергия», 1974.
176 с. с ил.
Перед загл. авт.: М. Ф. Семко, Г. К. Сустан, В. И. Дрожжин.
В книге излагаются физические основы механической обработан резанием электроизоляционных материалов. Подчеркивается отличие от процесса резания металлов. Характеризуются принципы выбор& стандартных и конструирования специальных режущих инструментов. Излагается методика расчета режимов резания. Формулируются общие требования, предъявляемые к станочному оборудованию, оснастке, охране и гигиене труда при механической обработке электроизоля ционных материалов. Приводятся рекомендуемые режимы резания.
Книга предназначена для инженерно-технического персонала заво дов и проектных организаций. Она может быть полезной студентам электромеханических специальностей вузов и техникумов при курсовом и дипломном проектировании.
30308-598
168-74 6П2Л.06
С 051(01)-74
© Издательство «Энергия», 1974 Г-
ПРЕДИСЛОВИЕ
В’ нашей стране бурно развивается электротехника, от темпов роста которой зави сит прогресс всех отраслей народного хозяйст ва. Надежная работа гигантских генераторов, крупных и малых электрических машин, раз личных электро- и радиоаппаратов немыслима без качественной и экономичной электроизоля ции, являющейся неотъемлемой их частью.
В электротехнике в качестве диэлектриков применяют разнообразные неметаллические материалы, на основе асбеста, керамики, стек ла, слюды и др. Однако главным.электроизо лятором в настоящее время является обшир ный и быстро пополняющийся класс разнооб разных по свойствам пластических масс. Они применяются при производстве электрических машин и аппаратов, являясь конструкцион ным, теплоизоляционным, виброгасящим и де коративным материалом.
Несмотря на общую тенденцию к исключе нию механической обработки при изготовлении неметаллических деталей электрических ма шин и аппаратов, достичь этого в настоящее время и в недалеком будущем не представля ется возможным. Таким образом, механичес кая обрабртка резанием остается основной наиболее ответственной и трудоемкой опера цией технологического цикла производства де талей машин и аппаратов.
При обработке неметаллических материа лов, физико-механические свойства которых принципиально отличаются от свойств метал- ' лов, имеется ряд характерных особенностей,
которые необходимо учитывать при разработ* ке технологического процесса изготовления из них деталей. Опыт показывает, что если эти особенности не учитываются, то это приводит к плохому качеству и низкой производительно сти обработки деталей из электроизоляцион ных материалов, к неоправданно большому расходу режущего инструмента.
В книге рассматриваются процессы резания наиболее широко применяющихся в электро технической промышленности электроизоляци онных материалов, даются рекомендации для выбора или проектирования необходимого ре жущего инструмента, наивыгоднейших режи: мов резания, подбора соответствующей техно логической оснастки, т. е. обеспечения качест венной, производительной и экономичной обработки, а также соблюдения необходимых условий гигиены и безопасности труда рабо чего.
Основой для написания книги явились ма териалы научно-исследовательских и опыт но-промышленных работ, выполненных авто рами в Харьковском ордена Ленина политех ническом институте им. В. И. Ленина и во Всесоюзном научно-исследовательском инсти туте технологии электромашиностроения (ВНИИТэлектромаш), а также отечественный
и зарубежный производственный опыт.
Авторы
Г Л А В А П Е Р В А Я
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
Современная техника потребляет огромное ко личество разнообразных по назначению, электрическим, физико-механическим и технологическим свойствам элек троизоляционных материалов. Подавляющее большин ство деталей из этих материалов 'Подвергаются механи ческой обработке. Многие электроизоляционные мате риалы, имея одинаковые или близкие электрические характеристики, часто обладают существенно различны ми, а иногда и противоположными свойствами обрабаты ваемости резанием. Это нередко приводит к затруднени ям при назначении даже ориентировочных режимов их обработки, к снижению производительности и плохому качеству обработки. Классификация электроизоляцион ных материалов по электрическим свойствам ,[Л. 21] не может служить руководством технологу при разработке техпроцессов.
Если процесс резания металлов достаточно хорошо изучен как с теоретической, так и с практической сторо ны, то механическая обработка электроизоляционных ма териалов изучена и освоена еще совершенно недостаточ но.
Несмотря на разнообразие электроизоляционных ма териалов и ■различие их физико-механических свойств, почти у всех у них имеется ряд общих особенностей: отсутствие прямой связи между прочностными характе ристиками и твердостью, очень малый коэффициент теплопроводности,'большая теплоемкость, значительные силы упругого последействия, эластичность. Перечислен-
5
иые особенности свойств электроизоляционных матери алов отличают процесс их резания от резания черных и цветных металлов и сплавов. Отличия в основном сводят ся к следующему:
1) значительно меньший, чем у металлов, модуль упругости у пластмасс и у большинства других диэлек триков создает худшие условия контактирования прикромочиых участков режущего клипа инструмента;
2) в несколько сотен раз меньший, чем у металлов, коэффициент теплопроводности и больший коэффициент теплоемкости предопределяют направление теплового по тока в направлении от зоны резания к режущему клину инструмента;
3)меньшая механическая прочность, чем у металлов,
ачасто и более низкая твердость электроизоляционных
материалов обусловливают возникновение меньшей силы резания и меньшего количества выделяющейся теплоты;
4)значительно большая, чем при резании металлов, площадь действительного контакта обусловливает огром ное число микрозацеплений подвижных молекулярных цепей полимера с поверхностными частицами инструмен тального материала. Микрозацепления в условиях высо ких скоростей резания и резких динамических нагрузок приводят к расшатыванию и массовому вырыву микро-и макрочастиц обрабатываемого материала. При высоких контактных давлениях и температурах резания возника ет опасность деструкцировання поверхностных слоев или их выгорания;
5)твердые составляющие неоднородных электроизо ляционных материалов, например стекла, асбеста и дру гих, усугубляют интенсивность процесса износа инстру ментов;
6)почти всегда единственным средством отвода те лоты из зоны резания является режущий инструмент, обладающий значительно более высокой теплопроводно стью, чем неметаллические материалы. Применение жид ких охлаждающих сред нежелательно по соображениям гигиены труда и отрицательного их воздействия на свой ства обрабатываемых электроизоляционных материалов,
а также на станочное оборудование.
Часто в процессе резания электроизоляционных мате риалов используются обычные металлорежущие станки и стандартные инструменты. Это приводит в силу выше изложенных особенностей процесса резания диэлектри
6
ков к плохому качеству обработки, низкой производи тельности и высокой ее себестоимости.
По обрабатываемости резанием неметаллические ма териалы, в том числе и электроизоляционные, условно могут быть разделены на две группы.
К п е р в о й группе относятся природные и синтети ческие материалы, основа которых и главные их состав ляющие имеют органическое происхождение. В эту груп пу входят обширный класс термопластичных пластмасс, смолы, термореактивные пластмассы с органическими наполнителями, а также резина, большинство склеиваю щих и заливочных составов, компаунды.
Ко в т о р о й группе откосятся твердые электроизоля ционные материалы, основу которых составляет мине ральное сырье, а также пластмассы с твердыми или аб разивными наполнителями.' К этой группе причисляют электротехнические материалы из асбеста, фарфора, стекла, цемента, слюды; стеклопластики, .асбестоцемен ты, асботекстолиты и т. д.
2. ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ СТРУЖКИ
Изучение процесса образования стружки кро ме теоретического имеет определенное практическое зна чение для проектирования отсасывающих и транспорти рующих устройств и при расчете системы вентиляции, так как при обработке электроизоляционных материалов образуется большое количество пыли.
.При резании любых твердых тел образованию струж ки предшествует напряженное состояние зоны резания, создаваемое внедрившимся и движущимся в этом обра батываемом материале режущим клином инструмента [Л. 14, 19]. Он контактирует своими прикромочными уча стками со стружкой и обработанной поверхностью, (рис. 1). Контакт по передней поверхности /т состоит
из прикромочного участка соприкосновения стружки с пе редней поверхностью GV режущего клина и контакта переходной поверхности GB радиуса р (режущей кром ки) инструмента с зоной резания. Контакт по задней по верхности 1а слагается из контакта переходной поверх
ности и контакта задней поверхности режущего клина ВР с упруговосетановленным обработанным поверхност ным слоем б,
7
На этих контактных площадках из-за больших удель ных сил резания возникают ювенильно чистые (лишен ные окисных пленок) инструментальные поверхности, подверженные изнашивающему воздействию обрабаты ваемого материала и определяющие качество формируе мой поверхности обработки.
Величина контактной площадки может быть опреде лена путем нанесения мягкого металлического покрытия,
Рис. 1. Схема контакта «инструмент — зона реза ния».
/ —/ |
— действительное |
положе |
|
ние |
линии |
среза обработанной |
|
поверхности: |
II—II — номиналь |
||
ное положение линии |
среза. |
||
например медного купороса, на режущий клин и (после дующего измерения размеров прикромочиых площадок инструмента, стертых при резании, на инструментальном микроскопе [Л. 8]. Так, при резании слоистых пластиков длина контакта по ' передней поверхности изменяется в сравнительно небольшом диапазоне — примерно от 0,1 до 0,5 мм. При точении и фрезеровании эти данные были получены при изменении скорости резания от 150 до 1200 м/мпн; подачи—от 0,05 до 1,0мм/об {зуб), глубины—от 1 до 20 мм. Величина контакта по задней поверхности зави сит, главным образом, от упругих свойств обрабатывае мого материала, формы и степени износа режущего кли на. Контакт по задней поверхности инструмента опредег ляет работу трения, интенсивность теплообразования и непосредственно влияет на течение процесса образования стружки.
При резании большинства пластмасс, асбоцемента, электроизоляции с- минеральными наполнителями и дру гих материалов процесс образования стружки на всех применяемых в практике режимах резания идет с обра зованием характерной диспергированной или недиспергированной стружки надлома.
8
Наиболее полно характеризуют образование стружки надлома процессы резания стеклопластиков и асбоцемен та. У первых при любых условиях резания возникает диспергированная стружка, у второго — как диспергиро ванная, так и недиспергированная стружка надлома.
При резании большинства термопластичных и неко торых термореактивных пластмасс в зависимости от условий резания, в большей степени от толщины среза, в меньшей от геометрии инструмента, образуется струж ка надлома (как диспергированная, так и недиспергнрованная), элементная или сливная стружка. При реза нии с переменной толщиной среза, например при фрезе ровании, в начале резания возникает диспергированная стружка надлома. В середине и конце движения зуба фрезы в обрабатываемом материале при уменьшении толщины среза образуется типичная сливная стружка. В некоторых случаях обработки пластмасс с очень ма лыми скоростями резания (менее 1—2 м/мин) может образовываться и суставчатая стружка (скалывания) с видимыми поверхностями сдвига и «суставами» [Л. 13,24].
Стружка почти у всех электроизоляционных материа лов обладает милой прочностью. Это усугубляется еще и тем фактором, что ее прирезцовый (контактирующий с передней поверхностью инструмента) и надрезцовый (обработанная поверхность, оставшаяся от предыдущего прохода инструмента) слои в той или иной мере оказы ваются деструкцированными. Такая стружка существен но снижает свою механическую прочность [Л. 7]. В зоне резания обрабатываемый материал подвергается силь ному деформированию и значительному тепловому воз действию. Многие композиции электроизоляционных материалов при этом лишаются первоначальной струк туры, теряют частично или полностью в зоне резания и особенно в зоне скалывания свои механические (проч ностные) свойства. Так, составляющие (нити и смола) стеклотекстолитов практически полностью при этом ли шаются связей склеенности. В результате этого у всех стеклотекстолитов образуется диспергированная стружка надлома.
Экспериментально процесс образования стружки изу чался при точении, строгании и фрезеровании электро технического гетинакса III.
Скорость резания оказывает заметное влияние на про цесс образования стружки. Степень деформирования
9