книги из ГПНТБ / Кобаяши А. Обработка пластмасс резанием

АКИРА КОБАЯШИ

ОБРАБОТКА

ПЛАСТМАСС

РЕЗАНИЕМ

П е р е в о д с а н г л и й с к о г о

-srtrwm

Ш 1

С/ i\ С) 'С.А'И 1 •> ! Н

Москва „Машиностроение11 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА *

Производство пластических материалов занимает значительное место в ряду наиболее быстро развива­ ющихся отраслей промышленности. Поэтому увели­ чился и объем работ по обработке пластмасс реза­ нием.

Главное назначение данной книги — определение оптимальных режимов резания для различных видов пластмасс, используемых в машиностроении. Именно под этим углом зрения тщательно изучены такие фак­ торы, как образование стружки, деформация материала в процессе резания и влияние образующегося тепла на обработанные поверхности. Изложены характерные методы механической обработки: отрезка дисковой пилой и абразивным кругом, сверление, несколько методов отделочной обработки, и др.

Книга может служить практическим руководством по обработке пластмасс резанием для цеховых работ­ ников.

Автор занимался исследованиями обработки пласт­ масс резанием с 1949 г. в Электротехнической лабо­ ратории MJTJ (Япония). В круг его эксперименталь­ ных работ входили следующие вопросы обработки реза­ нием: отрезка (с 1948 по 1960 г.); ортогональное реза­ ние (с 1955 г.); сверление (с 1961 г.); механические свойства (с 1962 г.); отделочная обработка (с 1963 г.). В числе его опубликованных работ имеются две книги на японском языке: «Методы обработки пластмасс

* Печатается в сокращенном виде (Перев.)

Т а б л и ц а 1

Операции обработки резанием, применяемые для отделки пластмассовых деталей, изготовленных другими технологическими методами

Обработка резанием

Технологический процесс получения заготовок

конструкциях режущего инструмента, требующихся для каче­ ственной обработки пластмасс. Кроме того, необходимо проана­ лизировать механизм стружкообразования, силы и деформации, развивающиеся в материале в процессе резания, рост темпера­ туры во время резания и другие подобные явления.

Первый, важный шаг для понимания процесса резания пласт­ масс — это анализ резания однолезвийным инструментом. Фак­ торы, влияющие на процесс резания, приведены в табл. 2.

В случае обработки абразивными кругами или лентами пара­ метры режущего инструмента более сложные. Усложняются методика анализа и параметры при обработке многолезвийными инструментами (распиливание, сверление). Резание такими ин­ струментами можно рассматривать как сумму многих режущих действий, производимых однолезвийными инструментами.

Кроме факторов обработки, приведенных в табл. 2, на процесс резания влияют механические свойства пластмасс. Типичные кривые зависимости напряжение—деформация для некоторых видов пластмасс показаны на рис. 1. Для формованных деталей из фенопласта, а также для литого полиэфира и стеклотексто­ лита на основе полиэфирной смолы зависимость выражена почти прямой линией (рис. 1), причем относительное удлинение при разрушении очень мало. Для этих материалов характерен хрупкий излом, а для некоторых термопластов — полиуретана, полиамида, полиэтилена, политетрафторэтилена (рис. 2) — боль-

6

Вид охлаждения

* Здесь имеется в виду ортогональное резание однолезвийным инструментом — поперечное и продольное строгание, точение; при обработке многолезвийным инстру­ ментом — фрезерование, распиливание и сверление — геометрия режущего инструмента более сложна.

шое относительное удлинение при разрушении (до нескольких сот процентов). Зависимости напряжение — деформация для таких термопластов, как поликарбонат, полиметилметакрилат, ацеталь и ударопрочный полистирол, имеют промежуточные значения критического удлинения (рис. 3). Поэтому типы стружки, обра­ зуемой при обработке разных пластмасс, и внешний вид обработан­ ных поверхностей различаются между собой. Механические свой­ ства пластмасс зависят не только от типа материала, но в боль­ шой степени— от скорости его деформации и температуры окру­ жающей среды.

Влияние скорости деформации на механические свойства полиметилметакрилата представлено на рис. 4. Предел прочности снижается при одновременном увеличении критического удли­ нения при разрушении и уменьшении скорости нагружения. Материал переходит из хрупкого состояния в вязкое.

На рис. 5 показано изменение прочности при растяжении в зависимости от времени достижения текучести для некоторых видов пластмасс. Прочность уменьшается с увеличением времени достижения текучести. Это значит, что с уменьшением скорости деформации прочность уменьшается. Для полиэтилена высокой

7

/

тс/мм?

О200 000 600 800%

8

плотности удлинение уменьшается при увеличении скорости деформации (рис. 6). Для полиметилметакрилата предел прочности при растяжении прямо пропорционален логарифму скорости нагружения (рис. 7).

Из этих данных следует, что при уменьшении скорости дефор­ мации или скорости нагружения возможен пластичный излом. Хрупкий излом наблюдается, когда скорость деформации стано­ вится высокой.

Температура тоже влияет на механические свойства пластмасс. На рис. 8— 11 даны зависимости напряжение—деформация от температуры для полиметилметакрилата, полиэтилена, жесткого поливинилхлорида и ацеталя. С повышением температуры пласт­ массы становятся вязкими, т. е. напряжение падает, а деформа­ ция возрастает. Прочность при разрыве и изгибе, как и твердость по Бринелю, уменьшается.

Таким образом, с повышением температуры излом становится пластичным, а при ее понижении — хрупким. Следовательно, тип формируемой в процессе резания стружки будет изменяться с изменением темпуратуры, при которой происходит резание. Влияние температуры проявляется для термопластов более от­ четливо, чем для реактопластов.

Относительное сопротивление растяжению и сжатию также влияет на обрабатываемость пластмасс. На рис. 12, а видно, что у реактопластов сопротивление сжатию в 5—-6 раз выше, чем сопротивление растяжению, а у термопластов, за исключением некоторых видов, наоборот, сопротивление при растяжении выше, чем при сжатии (рис. 12, б). Таким образом, большая часть пласт­ масс обладает более высоким сопротивлением разрушению при сжатии, чем при растяжении.

Чтобы эффективно использовать это свойство, обычно выби­ рают геометрию режущего инструмента и режимы резания, спо­ собствующие разрушению при растягивающих напряжениях. Этой цели отвечает режущий инструмент с большим передним углом, при применении которого уменьшается работа резания. Существует, однако, установленное опытом наибольшее допусти­ мое значение переднего угла, поскольку обработка некоторых видов пластмасс инструментом с малым углом заострения может способствовать хрупкому разрушению с образованием прерыви­ стой стружки надлома и, вследствие этого, шероховатой поверх­ ности.

Структура некоторых видов пластмасс неоднородна, и это влияет на их поведение при обработке резанием. Таковы термо­ реактивные слоистые пластики. Поэтому при сверлении подобных материалов качество поверхности отверстий, просверленных вдоль и поперек слоев, очень различно, даже когда другие условия и параметры режима сверления одинаковые. Подобное положение бывает при обработке резанием формованных пластмасс, ориенти­ рованных вдоль линий течения материала. На рис. 13 показано,

9