ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКИ КАПРОЛОНА С УЧЕТОМ КОМБИНИРОВАННОГО ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБРАБАТЫВАЕМЫЙ МАТЕРИАЛ

 

Еренков О.Ю. (ТОГУ, г. Хабаровск, РФ)

Ивахненко А.Г. (КГТУ, г. Курск, РФ)

 

This work is devoted to researching of details manufacturing processes of plastic. The way of process quality improvement of polymeric materials by cutting bases of superficial layers decomposition principle is described under an entry. Also results of research of dependence of a roughness of a surface are resulted at machining these materials with use of the offered way.

 

Одним из направлений научно-технического прогресса в машиностроении является применение деталей из полимерных материалов. Однако, наблюдается недостаточное использование таких деталей в узлах и механизмов ввиду наличия проблемы обеспечения  размерной точности и высокого качества рабочих поверхностей. Механическая обработка полимерных материалов, в частности токарная, проводимая на основе обычных технологических решений, не обеспечивает решение обозначенной проблемы, так процесс резания металлов существенно отличается от резания пластмасс.

Таким образом, для решения задачи обеспечения высокого качества обрабатываемой резанием поверхности деталей из полимерных материалов необходимо разрабатывать и применять новые, комбинированные  методы обработки резанием  для снятия заданного слоя материала одновременным воздействием несколькими различными по своей сущности явлений или совмещением различных способов подвода энергии.

В технологии обработки металлов и пластмасс нашли широкое применение комбинированные  физико – химические методы /1,2,3/, сущность которых заключается в воздействии на поверхность обрабатываемого изделия источниками энергии или агрессивной средой, вступающей в химическое взаимодействие с материалом изделия.  К основным методам физико – химической обработки относятся: термическая обработка; обработка импульсным источником энергии; обработка травлением; механохимическая обработка.

Проведенный теоретический анализ комбинированных способов обработки деталей из полимеров позволяет сделать следующие выводы:

- известные в настоящее время способы предназначены для устранения дефектов технологического процесса получения полимерных изделий – для зачистки изделий с целью удаления впусков и других элементов литниковой системы, снятия грата и заусенцев по контурам изделия, смятия и округления кромок, упрочнения поверхности и придания ей привлекательного вида;

- практическая реализация известных способов связана с наличием сложного и дорогостоящего специального оборудования, эксплуатация которого осуществляется с применением пожароопасных, взрывоопасных  и агрессивных сред;

Авторами предложен комбинированный способ обработки резанием полимерных материалов, сущность которого заключается в том, что материал перед обработкой режущим инструментом последовательно подвергается механическому и тепловому воздействиям.

Как известно /4/, первичным актом разрушения полимерного материала является напряжение химической связи под влиянием механического поля.  Тепловые флуктуации, т.е. локальные резкие возрастания внутренней энергии,  вызывают разрыв напряженной связи. Вероятность разрыва определяется значением температуры и величиной приложенного  напряжения. Чем выше температура, тем больше вероятность разрыва. При сравнительно невысоких температурах разрыву способствует приложенное напряжение, которое уменьшает энергию активации. Чем сильнее напряжены полимерные молекулы, тем вероятнее разрушение связей и тем скорее тело разрывается.

Таким образом, создаются условия для снижения энергосиловых параметров процесса резания и, следовательно, понижения температуры в зоне резания, что является предпосылкой обеспечения надлежащего качества обрабатываемой поверхности полимерных материалов.

Авторами проведены экспериментальные исследования токарной обработки материала после его предварительной термомеханической обработки.

В качестве исследуемого материала выбран капролон, представитель термопластичных пластмасс, широко применяющийся в машиностроении для изготовления широкой номенклатуры деталей. Качество процесса токарной обработки контролировалось по величине параметра шероховатости Ra. Скорость резания при точении образцов капролона диаметром 25 и 50 мм составляла, соответственно 100 и 160 м/с.  Глубина резания – 1мм. Подача варьировалась в диапазоне от 0,075  до 0,275 мм/об.

Первоначально обрабатывали точением  стандартные образцы капролона. Получены базовые значения параметра шероховатости Ra, составляющие 12,5 и 8,4 мкм соответственно для образцов диаметром 25 и 50 мм. Затем обрабатывались образцы, которые в течении определенного времени подвергались растяжению. Величина прикладываемой нагрузки определялась экспериментальным путем из условия необразования «шейки» образца при растяжении с учетом величины предела прочности материала. После механического воздействия образцы нагревались струей горячего воздуха до определенной температуры, величина которой ограничивалась температурами хрупкости и стеклования исследуемого материала.

Непосредственно после нагрева образцы подвергались токарной обработке.

На рисунке 1 представлены результаты экспериментальных исследований по динамики изменения параметра шероховатости обработанных поверхностей капролона зависимости от величины продольной подачи.

Анализ представленных данных позволяет сделать вывод о целесообразности применения предложенного метода комбинированной обработки резанием полимерных материалов, что подтверждается значительным снижением величины Ra во всем диапазоне исследуемых подач как для образцов диаметром 25 мм так и для образцов диаметром 50 мм.

Из полученных графиков так же следует, что оптимальная величина подачи при обработке капролона находиться в диапазоне от 0,2 до 0,25 мм/об, о чем свидетельствуют минимальные значения параметра шероховатости, соответствующие этому диапазону и последующий резкий рост данного параметра.

 

Рисунок 1- Динамика изменения параметра шероховатости Ra обработанных поверхностей капролона:

1,3-стандартная обработка, диаметр образцов 25, 50 мм

2,4-комбинированная обработка, диаметр образцов 25, 50 мм

 

Литература

1. Копин В.А. Обработка изделий из пластмасс. – М.: Химия, 1988. 176 с.

2. Подураев В.Н. Технология физико-химических методоа обработки. М.: Машиностроение, 1985. 264 с.

3. Кулаков Ю.М., Хрульков В.А. Отделочно-зачистная обработка деталей. М.: Машиностроение, 1979, 216 с.

4. Ратнер С.Б., Ярцев В.П. Физическая механика пластмасс. –М.: Наука, 1982. 211 с.