Обработка пластмасс. Различия между пластиками и металлами
 Скачать 0.6 Mb.
|
|
Оглавление Введение ............................................................................................................ 3 1. Различия между пластиками и металлами................................................. 4 2. Основные методы обработки ..................................................................... 5 Литье .................................................................................................................. 5 Экструзия ........................................................................................................... 6 Литьевое прессование ....................................................................................... 7 Вальцевание ....................................................................................................... 7 Вакуумная и пневматическая формовка .......................................................... 7 Сварка ................................................................................................................ 8 Вспенивание ...................................................................................................... 9 Горячее напыление............................................................................................ 9 Прессование....................................................................................................... 9 3. Механическая обработка .......................................................................... 10 Заключение ...................................................................................................... 18 Список использованной литературы.............................................................. 19 Введение Используя профессиональный подход и технологии возможно производить функциональные и долговечные компоненты из пластиков, детали со стабильными размерами. В целом термин «обработка пластиков» предполагает, что все пластики могут быть обработаны с похожими параметрами и инструментами. С другой стороны, когда речь заходит о металлах, говорят не только об «обработке металла», но и о различии в обработке алюминия, стали и нержавеющей стали. Аналогичным образом в случае с пластиками необходимо учитывать индивидуальные характеристики полимеров при их обработке. 1. Различия между пластиками и металлами В сравнении с металлами пластики имеют более широкий спектр преимуществ. Однако также следует иметь в виду и большое число ограничений, связанных с их применением. В принципе, использование пластмасс возможно в тех областях, где в частности требуется оптимальное сочетание веса и прочности детали. Применение пластиков может служить прекрасным решением в тех случаях, когда требуется два или три нижеприведенных преимуществ. Для того, чтобы иметь возможность использовать преимущества пластмасс при замене ими других материалов, иногда может потребоваться изменение самого компонента, детали. Преимущества в сравнении с металлами: Низкая плотность; Хорошее поглощение звука и вибрации; Электрическая изоляция и регулируемая проводимость; Хорошая химическая стойкость; Возможность свободного дизайна; Проницаемость для электромагнитных волн; Очень хорошая стойкость к коррозии; Тепловая изоляция; Возможна специальная модификация для отдельных случаев применения. Ограничения в сравнении с металлами: Сравнительно низкая термостойкость; Более высокое тепловое расширение; Более низкие механические свойства; Плохое сопротивление ползучести. Вышеупомянутые преимущества и недостатки пластиков в сравнении с металлами необходимо учитывать, особенно в процессах, связанных с механической обработкой. 2. Основные методы обработки Методы обработки пластика определяются его свойствами и структурой. Основными являются: Литье Литье – это особый процесс переработки пластика. Технология заключается в впрыске под давлением смеси полимера в литьевую форму, за тем следует его охлаждение. С помощью данного метода изготавливается треть общего объема деталей и изделий из полимерных материалов. Применяется чаще всего в крупносерийном и массовом производстве из пластмасс из-за высокой производительности и относительно высокой стоимости оснастки. Основное сырье для литья обладают широким диапазон механических и физических свойств. Обычно для этого используют гранулы термопластов, термоэластопластов и термореактивные порошки. После формовки почти все термопластичные материалы могут быть повторно переработаны. Термореактивные материалы же подвергаются необратимым химическим изменениям после переработки, что приводит к образованию нерастворимого и неплавкого пластика. Рис.1. Литье под давлением (1 - загрузочный бункер, 2 – дозатор,3- рабочий поршень, 4 – рабочий цилиндр, 5 – нагреватель, 6 – рассекатель, 7 – питатель, 8 – разъемная пресс-форма, 9 – каналы подачи жидкости для охлаждения, 10 – готовая деталь) Экструзия Экструзия – процесс применяют для изготовления изделий постоянного профиля (поперечного сечения): труб, прутков, пленок (в основном из термопластичных полимеров). Формообразование при этом процессе производится непрерывным выдавливанием (экструзией) расплава полимера через формующую головку, в результате чего изделие получает необходимую конфигурацию. Течение расплава через формующие головки происходит под действием давления, создаваемого шнековым или дисковым экструдером (экструзионной машиной, червячным прессом), который обеспечивает продвижение полимера вдоль цилиндра, его плавление и гомогенизацию, а также создание в цилиндре машины гидростатического давления. Поскольку это непрерывный процесс, то метод экструзии является наиболее прогрессивным, так как позволяет производить изделия с небольшими трудовыми и энергетическими затратами при незначительных потерях материалов. Рис.2. Экструзия В бункер 1 загружают пресс-материал в виде гранул или порошка. Вращением червяка (шнека) 2 материал перемещается в цилиндре 3 в направлении формующей головки 6. Цилиндр обогревается электронагревателями 4. Перемещаясь по цилиндру, пресс-материал нагревается, плавится и нагнетается под давлением в формующую головку через фильтр 5, состоящий из решеток с отверстиями диаметром 2—4 мм. По мере выхода из отверстий формующей головки материал охлаждается водой или воздухом и затвердевает, сохраняя профиль и размеры выходных щелей головки. Рабочий цикл таких машин полностью автоматизирован. Литьевое прессование Способ литьевого прессования заключается в то, что композицию из пластика в расплавленном жидком состоянии выжимают в ручей пресс-формы и устаивают до затвердевания. Этот метод дает возможность производить сложные изделия из высоковязких термопластов и термореактивных смол с выступами, выемками, ребрами и резьбами. Вальцевание Вальцевание – это технологический процесс переработки пластиков, который состоит в неоднократном пропускании материала сквозь зазор между вращающимися навстречу друг другу нагретыми металлическими валками. Материал переходит из твердого стеклообразного состояния в вязкотекучее под воздействием температуры и механических усилий в зазоре между вальцами. При этом процессе пластик подвергается деформации, размягчается, смешивается и становится однородным. От вальцевания материал сжимается, что сопровождается деформацией сдвига. Большие сдвиговые напряжения в рабочем зазоре приводят к необратимой механодеструкции или уменьшению молекулярной массы макромолекул. Технология вальцевания применятся для смешивания ингредиентов с полимерами, для получения листов и пленок, совмещая полимеры с пластификатором, для получения блок и привитых сополимеров и для подогрева и размягчения уже готовых полимеров. Вакуумная и пневматическая формовка Вакуумная формовка – это технологический процесс производства из листовых полимерных материалов единичных или серийных изделий и деталей, который осуществляется путем придания пластику формы матрицы под воздействием вакуума и температуры. Процесс производства заключается в следующем: лист пластика нагревают до температуры размягчения, и он плотно облегает поверхность матрицы за счет создания отрицательного давления. Стандартизированный метод вакуумной формовки состоит из нескольких этапов, которые включают в себя фиксацию заготовки на матрице, нагрев полимерного листа, предварительное растяжение листа, откачку воздуха из матрицы и вдавливание заготовки, охлаждение материала, извлечение изделия из матрицы и заключительную доработку изделия. Сварка Сварка пластика – это технологический процесс производства неразъемных соединений элементов конструкции при помощи диффузионно- реологического или химического воздействия макромолекул полимера, в следствии которого между поверхностями конструкции пропадает граница раздела и возникает структурный переход от одного полимера к другому. Наиболее эффективно диффузионно-реологический процесс взаимодействия поверхностей сварки деталей осуществляется в стадии вязкотекучего состояния материала, когда молекулы полимера имеют наименьшую плотность упаковки и наибольшую подвижность. С помощью действия растворителя в некоторых случаях становится возможным достичь разрыхлений структуры полимера. Скорость и степень диффузия находятся в зависимости от полярности звеньев полимеров и их молекулярной массы. Скорость протекания диффузии увеличивается с их снижением. Выбор метода сварки пластмасс зависит от свойств материала. Сварка может осуществляться разнообразными методами – термическим (экструдируемой присадкой или нагретым газом), механическим (вибротрением, трением или ультразвуком) или термомеханическом (контактная тепловая сварка с использованием ТВЧ или ИК-лучей). Вспенивание Вспенивание – это технологический процесс производства пластика, который заключается в введении газообразующих наполнителей в пластик. Этот метод используется в производстве изделий с высокими шумо-, тепло- и виброизоляционными свойствами. Для вспенивания используют полистирол, мочевиноальдегидные и фенолформальдегидные смолы, ацетат целлюлозы, поливинилхлорид и каучуки. Вспенивание применяют для создания ячеистых конструкций с очень низкой объемной массой. Горячее напыление Также полимеры используют для нанесения покрытий на пластмассу с целью защиты от коррозии и эрозии, на бумагу, ткань, дерево, металл и в декоративных целях. Например, можно наносить на поверхность обработки жидкую композицию, высыхающую при испарении растворителя. Такие покрытия наносят способом горячего напыления пластика, который предварительно прошел через воздушно-ацетиленовое пламя. Прессование Прессование – это технологический процесс формообразования изделий в закрытой полости (ручье) металлической пресс-формы. При горячем прессовании нагретую композицию из гранул ткани, пропитанных смолой, помещают в специальную нагретую емкость. Расплав заполняет всю полость ручья при смыкании половинок пресс-формы. Затем изделие выдерживают в пресс-форме до затвердевания. При холодном прессовании операцию проводят при давлении 14-120 Мпа и при комнатной температуре. Для отверждения полученное изделие нагревают до 80-260° С. Такой метод применяется для получения неглубоких корпусных деталей. Этим способом модифицируют композиции на основе фенолформальдегидных смол и асфальтопековые пластмассы. Подогрев пресс-формы и пластика осуществляется паром, токами высокой частоты, перегретой водой и т.п. Материалы на основе армированных полиэфирных пластиков, фенолформальдегидных смол и аминопластов чаще всего перерабатываются горячим прессованием. Этот метод используют для получения мелких и корпусных деталей. 3. Механическая обработка При обработке конструкций и узлов из пластмасс часто требуется механическая обработка деталей, которая заключается в очистке от заусенцев и облоя, обрезке по формату, высверливании отверстий, строгании борозд и пазов, нарезка резьб, обтачивании на токарных станках. Для обработки многих пластмасс пригодны обычные металлорежущие и деревообрабатывающие станки, электрические и пневматические ручные машины. На предприятиях, выпускающих новые виды строительных конструкций из пластмасс, устанавливается специальное оборудование. Механическая обработка пластмасс имеет некоторые особенности, связанные с абразивностью наполнителей, плавкостью при нагревании от трения режущего инструмента, деформативностью от усилий обработки. Эти особенности влияют на выбор и конструкцию режущего инструмента. В частности, задний угол принимается несколько большим, а передний – вследствие низкой прочности пластмасс – значительно большим, чем у режущих инструментов для металла. Большинство конструкционных пластмасс (стеклопластики, текстолиты, винипласт, оргстекло) выпускается в виде листов, которые необходимо разрезать на заготовки. Листы толщиной до 3 мм разрезают на гильотинных ножницах. Лучшее качество разрезки достигается на параллельных ножницах (их обычно применяют для слоистых пластиков). Рулонные материалы разрезают дисковыми ножницами. Листы толщиной более 3 мм распиливают ленточными и дисковыми пилами, а также фрезами из высокопрочной стали с мелкими, хорошо заточенными зубьями. Для разрезки стеклопластиков и пластмасс с минеральными наполнителями, оказывающими абразивное действие на металл, используют карборундовые диски. Разрезка абразивными кругами обеспечивает высокое качество разрезаемых поверхностей. Однако при обработке выделяется много пыли. Для ее удаления зону резания в процессе работы круга обильно орошают и тем самым охлаждают обрабатываемую заготовку специальным раствором или эмульсией. Для уменьшения сил трения и быстрого отвода тепла применяют фрезы с пластинками из твердых сплавов или съемные отрезные круги, вращающиеся с большой скоростью. Подача регулируется в зависимости от вида и толщины обрабатываемого материала. Направление вращения фрезы относительно подачи листов зависит от места ее расположения. Ленточные пилы хорошо проводят тепло, поэтому они более пригодны для распиливания пластмасс большой толщины. Узкие полотна применяют для фигурной разрезки, широкие – для прямой. При разрезке листов толщиной до 2 мм применяют пилы без развода зубьев. Ленточные пилы используют также для разрезки круглых стержней и труб. Плиты пенопласта разрезают ножовками или раскаленной проволокой. Для разрезки текстолита служит специальный станок, в котором листы материала толщиной 3…6 мм проталкиваются между двумя цилиндрическими кольцевыми ножами. При этом процесс резания происходит без снятия стружки. Рис. 3. Схема резания пластмасс при нижнем (а) и верхнем (б) расположении фрезы Строгание пластмассовых заготовок производится на поперечно – строгальных металлообрабатывающих станках со скоростью 15…25 м/мин для листовых термопластов и 20…30 м/мин – для слоистых пластиков. Древеснослоистые пластики сгорают на деревообрабатывающих станках (фуговальных, рейсмусовых) со скоростью 50…100 м/мин. Для сгорания термопластичных материалов применяют резцы такие же, как для обработки цветных металлов. Отверстия в листовых пластмассах получают методом вырубки или сверления. Процесс вырубки принципиально не отличается от штамповки металлов и выполняется на аналогичном прессовом оборудовании. Для вырубки большеразмерных прямоугольных отверстий пользуются штампами, имеющими режущую кромку. При пробивке круглых отверстий, например в листах слоистых пластиков, применяют ступенчатые пуансоны, первый выступ которого пробивает начальное отверстие, а второй подрезает кромки. Этим методом можно получать отверстия диаметром 3…8 мм. В зависимости от природы материала, его толщины и требуемого качества готовых изделий вырубку можно производить с подогревом и без подогрева материала или штампа. Рис.4. Схемы вырубных штампов: 1 – пуансон, 2 – прижимное и направляющее устройство, 3 – листовая заготовка, 4 – матрица, 5 – предразрушающий выступ В качестве режущих инструментов для сверления отверстий в деталях из пластмасс применяют сверла перовые и спиральные быстрорежущие; сверла, оснащенные пластинками твердых сплавов; цельнотвердосплавные и алмазные сверла. Для сверления используют сверлильные станки, предназначенные для обработки металлов, а также специальные полуавтоматические станки. Материал сверла, его конструкцию и форму заточки режущей части выбирают с учетом свойств и структуры обрабатываемого материала, диаметра отверстия, глубины сверления, технологических требований к точности и качеству отверстий. В большинстве случаев отверстия в деталях из пластмасс получают перовыми и спиральными сверлами, отличающимся от сверл для обработки металлов некоторыми конструктивными особенностями и формой заточки режущей части. Перовые сверла применяют для сверления неглубоких отверстий, к точности и качеству которых не предъявляется высоких требований, а также для сверления отверстий малого диаметра. Спиральные сверла позволяют получить более чистые поверхности отверстия и обеспечивают необходимую при сверлении точность. Отверстия глубиной более 10…15 мм рекомендуется сверлить в два приема: сначала сверлом диаметром 5…6 мм, а затем сверлом нужного диаметра. Создание плоских и фасонных поверхностей, выборку пазов, уступов, снятие фасок осуществляют фрезерованием. При этом обрабатываемую деталь плотно прижимают к опорной поверхности станка и жестко закрепляют, место резания охлаждается эмульсиями или воздушной струей. Фрезерование прессованных пластиков и литых изделий производится цилиндрическими и конусными фрезами со спиральным зубом. Для фрезерования плоскостей и уступов применяют торцовые фрезы, оснащенные пластинками из твердых сплавов. Для обработки фасонных поверхностей деталей из гетинакса, текстолита и стеклопластиков используют фасонные фрезы, также оснащенные пластинками из твёрдых сплавов. Фрезы с пластинками имеют высокую стойкость; форма фасонного профиля их сохраняется лучше, особенно при обработке материалов с высокими абразивными свойствами. Недостатком является сложность заточки зубьев. Поэтому для многих пластмасс применяют фасонные твердосплавные фрезы с острозаточенными зубьями. Токарная обработка пластмасс применяется для деталей, имеющих форму прутков, колец, фланцев, полученных методом литья, экструзии, прессования. Для токарной обработки пластмасс используют резцы с механическим креплением пластинок из быстрорежущей стали, твердых сплавов и алмазных кристаллов. Такие резцы удобны в эксплуатации ввиду того, что изломанную пластинку можно быстро заменить, не снимая резец со станка. Качество обрабатываемой поверхности зависит от свойств материала, геометрических параметров инструмента, режима резания. Для получения точных размеров деталей из пластмасс необходимо учитывать влияние температурных деформаций при обработке и остаточных напряжений в материале после механической обработки. Для снятия напряжений детали помещают в термокамеру с температурой 50°С на 48 часов. После термообработки производятся вторичные токарные операции по доводке размеров до проектных значений. Для уменьшения температурных деформаций при токарной обработке применяется жидкостное (для термопластов) или воздушное (для слоистых пластиков) охлаждение. Некоторые пластмассы промышленность выпускает в виде листов, прутков и плит, и детали из них изготавливают обработкой резанием. В этих случаях операции механической обработки являются завершающими в технологическом процессе изготовления деталей. При механической обработке пластмасс необходимо учитывать и физико – механические свойства, как – то: Низкую теплостойкость и теплопроводность; Относительно низкую твердость, обусловливающую применение более острых режущих инструментов, чем при резании металлов; Абразивное действие некоторых пластмасс, что ускоряет износ режущих инструментов. Низкая теплопроводность пластмасс приводит к тому, что тепло, образующееся при их обработке, в значительно большей степени переходит в режущий инструмент, чем при обработке металлов. При обработке термопластичных материалов в инструмент переходит 24% тепла, а при обработке термореактивных материалов – 90%. Концентрация тепла в инструменте вызывает, нагрев его режущих кромок до высоких температур. В отличие от металлов, пластмассы имеют низкую теплостойкость – не выше 300 °С. Повышение температуры в зоне резания снижает показатели механических свойств обработанных поверхностей пластмасс. Термопластические материалы уже при 70-100 °С размягчаются, обработанная поверхность оплавляется, и шероховатость ее увеличивается. При резании термореактивных материалов начиная с 160-250 °С происходит разложение связующих смол, и качество обработанных поверхностей заметно ухудшается. Следовательно, при обработке термопластичных и термореактивных материалов следует выбирать такие режимы резания, при которых температура в зоне резания не была бы выше температуры теплостойкости обрабатываемого материала. Режущие инструменты для обработки пластмасс изготавливают из инструментальных сталей, минералокерамических сплавов и алмазов. Износ инструментов, в основном абразивно – механический, наиболее интенсивно протекает по задней поверхности. Режущая кромка округляется. Механическая обработка пластмасс выполняется на универсальных металлорежущих и деревообделочных станках на специализированных полуавтоматах и автоматах. Станки для обработки пластмасс должны иметь специальные устройства для отсоса стружки и пыли. Разрезка. Многие пластмассы поставляются в виде листов. Толщина листа может быть от 0,5 до 70 мм. Разрезка листов на штучные заготовки и обрезка их по контуру осуществляются ленточными и дисковыми пилами, дисковыми фрезами и отрезными абразивными и алмазными кругами. Ленточные пилы позволяют получить из листа детали фасонного профиля, а также разрезать круглые стержни и трубы. При разрезке листов толщиной до 2 мм применяют пилы без развода зубьев. Пилы изготавливают из углеродистых и быстрорежущих сталей. Листы из термореактивных пластмасс типа гетинакса и текстолита разрезают дисковыми пилами, изготовленными из легированной стали 9ХФ, и сегментными фрезами из быстрорежущей стали. Толщина разрезаемых листов – до 45 мм. Листы термореактивных и термопластичных пластмасс часто разрезают на фрезерных станках мод. 6М82ГБ и 6Н81Г фрезами из легированной или быстрорежущей стали. Термореактивные пластмассы целесообразно разрезать фрезами, оснащенными пластинками твердых сплавов ВК6, ВК6М и ВК8. Листы из текстолита и гетинакса толщиной до 25 мм разрезают абразивными кругами. Применяют электрокорундовые круги диаметром до 250 мм, толщиной 2 – 3 мм, на бакелитовой или вулканитовой связке с твердостью СМ1-СТ1, зернистостью 40 – 80, с открытой структурой. Разрезка абразивными кругами обеспечивает высокое качество обработанных поверхностей. Листы толщиной до 8 мм иногда разрезают алмазными отрезными кругами, что дает повышение производительности труда. Точение. Для точения пластмасс применяют те же токарные и револьверные станки, что и для обработки металла. В качестве режущего инструмента используются резцы из быстрорежущей стали или резцы, оснащенные пластинками твердого сплава. Необходимо учитывать, что при механической обработке винипласта из него в небольшом количестве выделяется газообразный хлороводород. При обработке с водяным охлаждением газ смешивается с жидкостью и образует слабый раствор соляной кислоты, который вызывает быстрое ржавление оснастки и станков. Фрезерование следует производить на быстроходных фрезерных металлообрабатывающих станках. Обрезку кромок, прорезку пазов и шипов, вырезку уступов, скашивание кромок можно выполнять на ручном вертикально-фрезерном станке. Для фрезерования термопластов рекомендуется применять фрезы из углеродистой инструментальной стали, а для реактопластов – фрезы из быстрорежущей стали и фрезы, оснащенные пластинками твердого сплава. Сверление пластмасс выполняют на быстроходных металлообрабатывающих станках. Для сверления пластмасс рекомендуются стандартные спиральные и перовые сверла, применяемые для обработки металла, с особой геометрией заточки. Образование отверстий производится на сверлильных станках, предназначенных для обработки металлов, а также на специальных станках. После сверления пластмасс производится рассверливание, зенкерование, развертывание и нарезание резьбы. Качество обработанных поверхностей зависит от геометрических параметров сверл. В наибольшей степени влияет угол при вершине. Выбор переднего угла осуществляется только для перовых и твердосплавных сверл. Отделочные операции. После прессования или механической обработки многие детали из пластмасс проходят отделочные операции. Заключение Значения изучаемой дисциплины определяется широким диапазоном постоянно совершенствующихся материалов и технологий, используемой в практической деятельности во всех отраслях народного хозяйства. Знания, полученные в области материаловедения и технологии, позволяет обеспечить при реализации производственных процессов технически грамотное, рациональное, эффективное потребление пластмасс с непременным учетом требований экономики, экологии и безопасности труда. Список использованной литературы 1. Штучный Б.П. Механическая обработка пластмасс: Справочник – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1987. – 152 с., ил. 2. Дзевульский В.М. Технология металлов и дерева. – М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы. 1995 3. https://mash-xxl.info/info/91857/ 4. https://poznayka.org/s64946t1.html 5. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%B0%D1%81%D 1%82%D0%BC%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%8B |