employee
Penza, Penza, Russian Federation
VAC 05.02.08 Технология машиностроения
UDK 621.357.74 Нанесение гальванических покрытий на крупные партии деталей
BBK 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
The study objective is to select the tool cutting part materials and to assign the operating parameters taking into account the properties of polymer materials that characterize their machinability. The problems to which the paper is devoted are experimental studies of ways to expand the technological capabilities of cutting polymer materials. Research methods: experimental studies are conducted on the basis of the main provisions of the engineering technology, the theory of elasticity and plasticity. Experimental studies are carried out according to standard methods in production and laboratory conditions with the use of certified control and measuring equipment. The obtained data are processed using computational techniques and presented in the form of empirical dependencies convenient for practical application. The novelty of the work consists in conducting experimental studies of choosing materials for the tool cutting parts and their design features and geometric parameters, as well as in obtaining the operating parameters of machining parts made of polymer materials. Conclusions: On the basis of experimental studies, the ways of expanding the technological capabilities of cutting polymer materials are chosen.
machining, cutting, parts, structures, tools, parameters
Введение
В современном высокотехнологичном машиностроительном производстве при изготовлении деталей из полимерных материалов происходит изменение их размеров и формы Полимерные материалы обладают свойствами и особенностями, которые отличают их от традиционных конструкционных материалов (металлических сплавов). Это приводит к необходимости разработки новых конструкций металлообрабатывающих инструментов и выбору материалов их режущей части, а также режимных параметров механической обработки резанием заготовок. Все это заключается в направленном изменении состояния обрабатываемого материала с целью обеспечения оптимальных условий для получения необходимого качества обработанных поверхностей деталей. Обработка резанием является необходимой, широко распространенной и одной из ответственных операций в технологическом процессе производства.
Материалы, модели, эксперименты и методы
|
Результаты
|
Передняя поверхность резцов должна быть полированной и не иметь фасок и выкружек, способствующих завиванию стружки. Величина переднего угла выбирается равной 10...20° и 0...5° при точении слоистых пластмасс соответственно вдоль слоев наполнителя или перпендикулярно им. При обработке термопластичных полимеров, имеющих однородную структуру без наполнителя, например, органического стекла, винипласта, оптимальное значение γ = 10...20°, а при точении термореактивных материалов γ = 0...10°. Применение резцов с γ > 20° и γ < –5° не рекомендуется, так как при работе инструментов со значениями вышеуказанных передних углов образуется стружка надлома, и резко возрастает шероховатость обработанной поверхности. Величина главного угла в плане φ=30...60° обеспечивает получение достаточно малой величины шероховатости. Значения φ < 30° не рекомендуются, так как при этом возрастают радиальные силы Рy , что может привести к искажению формы детали и появлению вибраций. Увеличение угла φ с 10 до 25° приводит к возрастанию высоты неровностей на обработанной поверхности в 1,2...1,7 раза. Вспомогательный угол в плане φ1 обычно выбирается в пределах 12...15°. Чтобы сохранить массивность головной части резца, обеспечив тем самым улучшенный теплоотвод из зоны резания, и достичь малой величины шероховатости обработанной поверхности, необходимо на резце предусматривать зачистное лезвие с φ0 = 00 на фаске f = 1...2 мм. Режимные параметры резания при точении деталей из полимерных материалов необходимо назначать исходя из максимальной производительности, обеспечивающей высокую стойкость резцов и требуемое качество обработанной поверхности. Ранее указывалось [7], что на износ и стойкость резцов главное влияние оказывают скорость резания, а затем подача и глубина. Поэтому при выборе режима резания сначала выбирают глубину резания, затем подачу и скорость резания, исходя из методики назначения режима резания при точении металлических деталей. Так, при назначении глубины резания, учитывают величину припуска, жесткость детали, вид точения и т.д. Для выбора величины подачи при чистовом точении в первую очередь принимают во внимание возможность получения заданной шероховатости обработанной поверхности, а при черновой обработке можно назначать максимальную подачу. Скорость резания V выбирается по таблицам или рассчитывается по эмпирическим формулам, а затем определяется частота вращения детали п по зависимости:
п = 1000 V/(πD),
где п–частота вращения шпинделя с заготовкой, V–скорость резания, D–диаметр обрабатываемой заготовки.
|
Определенную сложность представляет получение точностных параметров деталей из полимерных материалов. На размерную и угловую точность деталей влияют погрешности, появляющиеся в результате механической обработки и от воздействия внутренних остаточных напряжений, температурные погрешности, а также погрешности, возникающие под действием окружающей среды. Погрешности механической обработки при точении возникают из-за износа инструмента, упругих деформаций технологической системы и неточности оборудования. Погрешности, вызываемые остаточными внутренними напряжениями, выявляются не сразу после обработки детали, а спустя несколько суток. Чтобы уменьшить их влияние на качество готовой детали, необходимо проводить после выполнения черновых операций термическую обработку. Для различных материалов термическая обработка осуществляется по-разному. Например, текстолитовые детали после черновой обработки выдерживают в сушильном шкафу в течение 48 ч при постоянной температуре 323К, а затем вместе со шкафом охлаждают до комнатной температуры. Детали из термопластичного фторопласта и капрона проходят термическую обработку со снятием внутренних напряжений за счет погружения их в кипящую воду или масло. Этот процесс сопровождается изменением размеров детали, которые необходимо учитывать при назначении припуска на окончательную обработку. Ранее указывалось, что коэффициент линейного расширения полимерных материалов в несколько раз выше, чем металлов. Поэтому, чтобы исключить влияние погрешностей в результате температурных деформаций, размеры деталей необходимо контролировать после их охлаждения до температуры окружающей среды. В качестве средств измерения целесообразно использовать высокоточные измерительные приборы (например, микроскоп УИМ-9 и др.), которые уменьшают погрешности измерения. При определении размеров деталей, имеющих допуск, соизмеримый с точностью измерительного инструмента, бракованные детали могут пропускаться как годные. Точность размеров деталей из пластмасс может нарушаться и в процессе их хранения вследствие поглощения ими влаги окружающей среды. Так, например, хранение деталей из фенопластов при повышенной влажности вызывает изменение линейных размеров на 0,2%. Допуски при обработке деталей из термопластов значительно больше, чем допуски при обработке металлических деталей. Причинами этого являются: значительно более высокий коэффициент теплового расширения полимеров, объёмное расширение в силу влагопоглощения (в основном для полиамидов) и возможность деформации из-за возникновения остаточных внутренних напряжений во время и после обработки. Последнее явление в основном проявляется для деталей, где обработка происходит асимметрично или в случае больших изменений поперечного сечения обрабатываемой детали. В таких случаях термообработка является необходимой (для снижения остаточных напряжений) после предварительной обработки и перед конечной стадией изготовления детали. Основное правило, которое действует для деталей, подвергаемых токарной или фрезерной обработке, это соблюдение допуска 0,1…0,2 % от номинального размера, которое может быть применено без особых специальных предосторожностей (минимальный допуск для малых размеров составляет
1) если к равным объемам полимерных материалов и металла подвести одинаковое количество тепла, то температура полимерных материалов будет выше. В то же время теплопроводность полимеров значительно ниже теплопроводности металла. Это приводит к тому, что в зоне обработки пластмасс возникают высокие температуры и выделяемое при резании тепло (от 99,2 до 99,8%) переходит в инструмент;
2) смолистая составляющая пластмасс под действием теплоты резания размягчается, переходит в полужидкое состояние, обволакивает рабочие поверхности зубьев инструмента, что приводит к появлению прижогов и дефектов на обработанной поверхности детали. Применять при этом охлаждающую жидкость чаще всего нельзя, так как полимерные материалы поглощают влагу;
3) многие полимерные материалы имеют составляющие, обладающие сильными абразивными свойствами, под действием чего износ инструмента протекает преимущественно по задним его поверхностям у уголков;
|
Анализ конструкции и геометрических параметров сверл (таблица ) показывает, что некоторые из них отличаются от сверл, применяемых при обработке металлических деталей, формой заточки режущей части и геометрическими параметрами (таблица, № 1...3,5), а такие сверла, как № 4, 6...9, являются специальными. Ту или иную конструкцию сверла, его материал, форму заточки режущей части выбирают с учетом структуры и свойств обрабатываемого материала, диаметра и глубины просверливаемого отверстия, требований к качеству обрабатываемой поверхности. Например, чтобы исключить появление сколов и вспучиваний материала на выходе и входе сверла при сверлении слоистых полимеров, следует применять сверла с подрезающими кромками (таблица 1, № 4) или сверла с углами 2φ = 30...40° (таблица, № 1). Обработка отверстий в деталях толщиной до
Таблица
Конструкции и геометрические параметры сверл для обработки деталей
из полимерных материалов
Table
Designs and geometric parameters of drills for machining parts made of polymeric materials
|
№ пп |
Режущая часть сверла |
Материал режущей части сверла |
Вид обрабатываемых пластмасс |
|
1 |
|
Р12, Р18, Р6М5 |
Порошковые |
|
2 |
|
ВК6, ВК5М, ВК8 |
Порошковые |
|
3 |
|
Р12, P18, P6M5 |
Органическое стекло, текстолит |
|
4 |
|
P12, Р6М5 |
Слоистые полимерные материалы |
|
5 |
|
P12, Р18, Р6М5 |
Текстолит, |
|
6 |
|
Р12, Р18, Р6М5 |
Стеклопластики |
|
7 |
|
У10А, У12А |
Пенопласт |
|
8 |
|
Алмаз, АСП, АСВ |
Стеклотекстолиты |
|
9 |
|
Р12, Р18, Р6М5, ВК6 |
Текстолит, гетинакс, стеклотекстолиты |
|
Глубина сверления ..3D 4D 5D 6D 7D
|
Особую сложность представляет сверление отверстий диаметром до
Заключение
В современном высокотехнологичном машиностроительном производстве одним из важнейших вопросов является обеспечение требуемой величины шероховатости поверхности деталей из полимеров и точность их обработки лезвийными методами. Рассмотрены особенности выбора материалов режущей части инструментов и их конструктивных и геометрических параметров, а также назначение технологических режимов с учетом свойств деталей из полимерных материалов, характеризующих их обрабатываемость. Анализируя вышеизложенное, можно отметить, что применение новых конструкций резцов и сверл, соответствующих режимных параметров, в сочетании с прогрессивной технологической оснасткой и высокопроизводительным оборудованием позволяет значительно расширить технологические возможности механической обработки резанием труднообрабатываемых полимерных материалов.
1. Muranov A.N., Malysheva G.V., Nelyub V.A., Buyanov I.A., Chudnov I.V., Borodulin A.S. Issledovanie svoystv polimernyh kompozicionnyh materialov na osnove geterogennoy matricy. Vse materialy. Enciklopedicheskiy spravochnik. 2012;4:2-6. ISSN: 1994-6260.
2. Nelyub V.A. Primenenie polimernyh kompozicionnyh materialov v sudostroenii dlya remonta korabel'nyh nadstroek. Remont, vosstanovlenie, modernizaciya. 2013;5:21-24. ISSN: 1684-2561.
3. Malysheva G.V., Bodrykh N.V. Hot-melt adhesive. Polymer Science. Series D. 2011;4(4):301-303.
4. Baurova N.I., Zorin V.A., Prihod'ko V.M. Tehnologicheskaya nasledstvennost' i identifikaciya tehnologicheskih processov. Vse materialy. Enciklopedicheskiy spravochnik. 2015;2:2-7. ISSN: 1994-6260.
5. Oxley P.L.B., Roth R.N. Slip-line field analysis for orthogonal machining based upon Experimental flow Fields. Journal of mechanical engineering science. 1972;14(2):85–97.
6. Shirtladze A.G., Skryabin V.A., Boriskin V.P. Tehnologiya konstrukcionnyh materialov: ucheb. posobie / [i dr.]. Staryy Oskol: Tonkie naukoemkie tehnologii, 2006. 360 s. ISBN 5-94178-2.
7. Grigor'ev S.N., Shirtladze A.G., Skryabin V.A. [i dr.]. Rezanie materialov: uchebnik. Penza: Privolzhskiy Dom znaniy, 2012. 356s. ISBN 978-5-8356-1274-1
8. Shtuchnyy B.P. Mehanicheskaya obrabotka plastmass: Spravochnik. M.: «Mashinostroenie», 1987. 255s.
9. Obrabotka materialov na osnove uglerodnogo volokna. Tehnicheskoe rukovodstvo. «Sandvik Coromant», 2010. 42s.
