Способ обработки заготовок из пластмасс

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при механической обработке заготовок из пластмасс. В способе обработки заготовок из капролона заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно. Заготовку из капролона предварительно механически нагружают путем растяжения, а затем проводят последовательно тепловую и механическую обработки. Способ позволяет расширить технологические возможности обработки заготовок из пластмасс за счет обеспечения изменений напряженно-деформированного состояния материала. 2 з.п ф-лы.

 

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при механической обработке заготовок из пластмасс.

Известен способ механической обработки, например токарной, заготовок из пластмасс, для осуществления которого применяются обычные резцы, используемые в металлообработке (А.А.Степанов. Обработка резанием высокопрочных композиционных материалов. - Л.: Машиностроение, 1987, с.12).

Однако реализация такого способа не обеспечивает получение качественной поверхности после обработки ввиду наличия существенных отличий в физико-химических свойствах металлов и пластмасс. Процесс резания сопровождается значительным износом инструмента, что приводит к появлению на обработанной поверхности ряда дефектов, а именно: отслоения, сколы, прижоги и др. Образуется значительная шероховатость поверхности, элементы которой создают концентраторы напряжений, негативно влияющие на прочностные характеристики готовой детали в целом.

Известен способ механической обработки деталей из пластмасс, осуществляемый с применением специального режущего инструмента, оснащенного твердыми сплавами (В.Н.Подураев. Резание труднообрабатываемых материалов: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1974, с.574).

Реализация данного способа обеспечивает повышенную производительность процесса обработки за счет повышения стойкости режущего инструмента, однако одновременное действие высоких температур, окислительных процессов и динамических нагрузок вызывает термическое разложение поверхностного слоя пластмассовой заготовки, что резко снижает эксплутационные свойства обработанной поверхности.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение технологических возможностей обработки заготовок из пластмасс за счет обеспечения изменений напряженно-деформированного состояния материала заготовки.

Поставленная задача решается согласно изобретению тем, что предварительно осуществляют комплексное термомеханическое воздействие на обрабатываемую заготовку, обеспечивающее изменение напряженно-деформируемого состояния материала, а затем осуществляют механическую обработку поверхности заготовки режущим инструментом, при этом предварительное механическое воздействие на материал осуществляется посредством растяжения и предшествует тепловой обработке.

Пример реализации способа.

Заготовку из пластмассы, например из капролона, первоначально подвергают растяжению (например, в разрывной машине, применяющейся для прочностных испытаний различных материалов). Величина прикладываемой нагрузки выбирается из следующего соотношения

σ_пр=0,8σ_в

где σ_в - временное сопротивление материала, МПа, в частности, для капролона σ_в=80 МПа.

Приложенное напряжение, уменьшая потенциальные барьеры, снижает энергию активации частиц материала, что создает возможность накопления флуктуации и тем самым обеспечивает направленность процесса разрыва химических связей полимера.

После снятия растягивающей нагрузки заготовку нагревают, например погружением в масло, до температуры t_H, значение которой находится в диапазоне

t_xp<t_H<t_ст

где t_xp - температура хрупкости материала, °С; t_ст - температура стеклования, °С. (Значение температуры нагрева t_H для капролона, например, t_H=60°С).

Под воздействием тепла при температуре t_H, в полимере снижаются силы межмолекулярного взаимодействия. Межмолекулярные связи при этом ослабевают, возрастает подвижность молекулярных цепей, облегчается перемещение внутри кристаллических образований, одновременно происходит разрыв химических связей между волокнами и отдельными цепями полимера.

Предварительное термомеханическое воздействие на заготовку перед ее механической обработкой обуславливает кооперативность процесса разрушения, обеспечивая концентрацию напряжений вблизи разрушенных полимерных цепей и структурных элементов, перераспределение напряжений в процессе накопления повреждений, взаимодействие и слияние микротрещин, а также изменение напряжений на связях, что приводит к снижению прочности поверхностного слоя материала.

Затем осуществляют механическую обработку поверхности детали режущим инструментом, сопровождающуюся динамическим воздействием режущих кромок инструмента на обрабатываемую поверхность. В процессе резания происходит взаимодействие режущего инструмента с материалом, и, в результате снижения упругопластической деформации поверхностного слоя заготовки, качественно меняется характер процесса стружкообразования - отделение материала срезаемого слоя происходит преимущественно в результате хрупкого разрушения, энергия которого значительно меньше энергии, необходимой для пластического разрушения. Благодаря этому снижается сила резания, уменьшается тепловыделение, что является предпосылкой повышения производительности механической обработки и получения качественной обработанной поверхности.

1. Способ обработки заготовок из капролона, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно, отличающийся тем, что заготовку из капролона предварительно механически нагружают путем растяжения, а затем проводят последовательно тепловую и механическую обработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку нагружают до величины напряжений не более 0,8 σ_в или 64 МПа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку осуществляют при температуре выше температуры хрупкости и ниже температуры стеклования для капролона - 60°С.