Обработка резанием оргстекла

Для обработки оргстекла (полиметилметакрилат, ПММА) применяются станки, обычно используемые при обработке древесины и металла. Тем не менее, нужно учесть то, что они должны работать на высокой скорости и без вибрации для достижения чистых срезов. Насколько это возможно, все станки, прежде всего шлифовальные и фрезерно-отрезные, должны быть оснащены аспирационными приспособлениями для немедленного отсасывания как образующихся стружек, так и газов.

Для обработки органического стекла особенно пригодны инструменты из высокопрочной стали для скоростного срезания, из твёрдого металла или в особых случаях с алмазным покрытием. Режущие кромки инструмента всегда должны быть остро заточены. Даже незначительно изношенные инструменты приводят к нечистой обработке срезов и вследствие обусловленного трением перегрева могут даже вызывать повреждения обрабатываемой детали или инструмента. Инструменты, которые уже применяли для обработки металлов или древесины, следует применять только после специальной заточки.

Синтетические материалы имеют существенно меньшую, чем металлы, теплопроводность и способность сохранять форму. Кроме того, из-за отсутствия теплоотвода в краевых зонах создаются напряжения, которые в неблагоприятных случаях приводят к повреждению обрабатываемых деталей. В качестве охлаждающих средств применяются вода, растворимые масла, парафин или струя воздуха. Традиционные смазочно-охлаждающие жидкости для металлов не должны применяться, так как они могут содержать растворители, которые воздействуют на ПММА.

Поверхность органического стекла покрывается защитной плёнкой, которую оставляют на обрабатываемой детали во время любой её обработки и использования. Пленку снимают только после произведённого монтажа. Если в каком-либо конкретном случае это невозможно, то с целью предотвращения непреднамеренного нанесения царапин применяют такие соответствующие вспомогательные средства, как тканевые или войлочные подложки.

Разметку или маркировку, например, отверстий для просверливания, отрезных кромок или контуров по возможности необходимо производить на защитном слое. В том случае, если его уже пришлось удалить, маркировки с помощью специальных маркеров наносятся непосредственно на поверхности пластины. Чертилку или кернер следует применять только в том случае, если есть уверенность, что надрезы, произведённые этими инструментами, снова удаляются в процессе последующей обработки. В противном случае, при воздействии нагрузки пластины могут разламываться из-за концентрации напряжений в месте надреза.

1. Виды пил

В большинстве случаев для резания орг стекла используются дисковые пилы для прямых разрезов и ленточная пила или фреза для других разрезов. Ручная пила для резки экструзионного органического стекла (ЭОС) не рекомендуется. Для этих же целей может использоваться лазер.

1.1 Дисковые пилы

Позволяют производить прямые точные разрезы. Срез распиливаемого стекла получается четким. В большинстве случаев используются два вида лезвий:

• Лезвие с наконечником (нависающими зубьями из твердого материала (карбида). Прямая или трапециевидная форма с чередующимися зубьями (шаг зубьев - 1 см) рекомендуется для промышленного использования и для резки стекла на отдельные части.
• Лезвие из быстрорежущей стали обычно используются для резки цельных листов. Зубья являются радиальными (ребро врезания проходит через центр) и затылованы под углом 45° в верхней точке зуба. Зубья не разведены, но пила обладает затылованной поверхностью в 0,2% с каждой стороны. Шаг зубьев 2-5 зуб/см. в зависимости от типа материала.

Для пильных полотен из твёрдого металла действуют следующие рекомендации:

Наилучшие результаты достигаются применением машины с фрезами небольшого диаметра (например, цилиндрическая фреза с вырезающим углом γ = 5° и вспомогательным углом α = 10°) и высокой скоростью вращении фрезы (до 1000 об/мин).

Рекомендуемое число оборотов в зависимости от диметра лезвия:

1.2 Ленточные пилы

Данный тип пилы позволяет производить резку по кривой линии. Однако при этом не удается получить геометрически ровный срез и необходимо произвести значительную доработку для получения абсолютно геометрически ровной поверхности. Метод наиболее подходит для резки заготовок перед формовкой, а также для обработки штампованных деталей по заданному профилю перед доработкой. Ширина ленточного полотна может быть от 3 до 13 мм. Число зубьев должно составлять 3-8 шт/см длины полотна. Скорость срезания может варьироваться между 1000 и 3000 м/мин.

Для обработки пластин из органического стекла рекомендуются следующие ориентировочные параметры по ленточным пилам:

Данный метод также может быть использован для резки толстых заготовок. Для этого могут использоваться любые столярные станки при условии, что их линейная скорость составляет от 4 до 6 м/мин.

1.3 Лобзиковые пилы

При осуществлении последующей обработки, пригонки или вырезания выемок в случае с синтетическими материалами оправдали себя соответствующие лобзиковые пилы. Но при этом кромки среза получаются сравнительно грубыми и требуют последующей обработки. Место распиловки должно надрезаться только при работающем станке. Предпочтительны высокая скорость срезания и средняя скорость подачи режущего инструмента.

1.4 Резка при помощи лазерного луча

Данный процесс представляет ряд преимуществ:

• Позволяет воспроизвести большинство форм с исключительной точностью
• В результате применения данного способа образуется мало отходов обработки
• Благодаря данному способу получаются разрезы высокого качества, требующие незначительной шлифовки при доработке или совсем не требующие последнего

Однако, данная технология способствует появлению внутренних напряжений, в результате которых возникает чувствительность к растворителям у края разреза.

Таким образом, не рекомендуется производить склеивание поверхностей, разрезанных при помощи лазера.

2. Сверление

Производится при помощи стационарного или мобильного сверлильного станка с использованием специальных сверл для легких металлов и быстрорежущей стали, закаленной стали или карбида повышенной производительности. Допустимо и использовать как канонические, так и сверла стандартной формы с углом заточки 60-90°.

Задний угол должен быть сошлифован до значения между 0° и 4°. Только в этом случае сверло сможет работать должным образом: оно скоблит вместо того, чтобы срезать, и таким образом предотвращает появление сколов в высверленном отверстии при выходе из пластины. Передний угол должен составлять, по меньшей мере 3°. Эти параметры приведены в таблице.

Для получения гладкой поверхности просверленного отверстия необходимо оптимальное сочетание скорости срезания и скорости подачи инструмента. В этом случае образуется равномерная непрерывная сливная стружка. Например, при слишком высокой скорости вращения и/или слишком большой скорости подачи режущего инструмента образуется неравномерная стружка, а отверстие просверливается нечисто. При слишком низкой скорости вращения и/или излишне малой скорости подачи имеют место перегревание и явления расслоения в просверленном отверстии, а стружка расплавляется.

Особую важность при сверлении представляет охлаждение. При обработке материала толщиной более 5 мм следует производить охлаждение и смазывание эмульсией для сверления или маслом для сверления, совместимым с органическим стеклом.

В случае с толстостенным материалом, при глубоких и глухих отверстиях необходимо во избежание перегрева выводить свёрла из просверленного отверстия несколько раз, поскольку подвод режущего инструмента производится вручную.

При просверливании тонких пластин их следует зажимать вместе с твёрдыми плоскими подложками для того, чтобы исключить раскалывание нижней кромки отверстия. Свёрла следует подводить не спеша, с большой осторожностью. После того, как режущие кромки полностью войдут в материал, можно начать медленно увеличивать скорость подачи режущего инструмента, а незадолго до того, как будет пробит нижний край, - снова понизить. При обработке формованной или встроенной детали с помощью ручной дрели можно вставлять специальные свёрла. Наиболее распространённые специальные свёрла и зенкеры:

а) ступенчатое сверло
Это сверло с одной режущей кромкой обеспечивает получение чистых цилиндрических просверленных отверстий без наличия следов обработки. Каждой следующей ступенью сверла в отверстии снимается фаска.

б) коническое сверло
Им просверливаются отверстия, имеющие слегка коническую форму, однако растрескивание на выходной стороне исключается.

в) специальный зенкер
Особенно пригоден для удаления грата уже имеющихся отверстий, хорошего снятия стружки через наклонные отверстия.

г) фрезерное сверло
С его помощью могут быть хорошо выполнены удлинённые отверстия.

д) комбинированное сверло-зенковка
Этот многогранный зенкер рекомендуется применять при снятии грата, фасок и зенкеровании.

В случае с любыми специальными свёрлами необходимо следить за безупречным состоянием острия сверла.

За исключением фрезерного сверла при всех других инструментах применяют существенно более медленные скорости вращения, чем при пользовании спиральными свёрлами. А в случае с фрезерным сверлом, наоборот, скорости вращения зачастую превышают 1000 об/мин.

Чашечные пилы и кольцевая головка

Для сверления отверстий большого диаметра рекомендуется применять чашечные пилы, чашечные фрезы типа Милфорд или кольцевые фрезы.

Отверстия очень большого диаметра могут просверлиться при помощи регулируемой кольцевой головки резцедержателя. При сверлении материала большой толщины сверление производится в два этапа с переворачиванием листа на другую сторону.

3. Нарезание резьбы

У всех полимерных материалов при нарезании резьбы обычно возникает опасность разлома вследствие концентрации напряжений в месте надреза. А поэтому данный способ крепления следовало бы избирать только в том случае, если другая альтернатива не представляется возможной.

При нарезании внутренней и внешней резьбы для всех материалов применяются обычно имеющиеся в продаже метчики и плашки. Вследствие снижения прочности материалов при надрезе резьба не должна иметь острых кромок. Позже при ввинчивании следует не забывать о том, что на соединительных винтах не должно быть масляной плёнки. Отверстия для кернов нужно выполнять с чуть большими размерами, чем в случае со сталью. Во многих случаях может оказаться выгодным усиление внутренней резьбы резьбовой вставкой из металла.

4. Резьбовое соединение

В настоящее время резьбовое соединение приобретает разностороннее применение в области переработки полимерных в качестве способа разъемного соединения. Для этой цели применяются винты, как из полимерных материалов, так и из металлов. Выбор материала для винтов зависит от возникающих механических, тепловых и химических нагрузок. Тогда как пластмассовые винты среди всего прочего легки и бесшумны и в большинстве случаев в меньшей степени подвержены коррозии, то при применении металлических винтов могут выдерживаться большие нагрузки. Кроме того, нет необходимости учитывать внутренние напряжения, материал может перенести продолжительное воздействие температур. При применении металлических винтов решающим представляется тепловое расширение или сжатие. Особенно важным при резьбовом соединении считается то, что оно должно обеспечивать герметичность в течение длительного времени. В противоположность этому различие коээфициентов линейного термического расширения органического стекла и металла при падении температур уменьшает фиксирующее усилие и соответственно увеличивает при повышении температур. В этом отношении выравнивания можно достичь при применении подложек из таких совместимых материалов, как СКЭПТ, ПЭ, ПТФЭ и т.д.

Тип винта также полностью зависит от соответствующего случая применения. Кроме традиционных шестигранных винтов с гайкой применяются также установочные штифты, резьбовые заглушки, винты с шлицевой головкой и т.д. Напротив, непригодными представляются самонарезающие винты, поскольку они должны "взрезаться" в органическое стекло. И все же их можно применять в том случае, если в лежащей внизу конструкции, например, из металла, нарезается резьба, а в пластине из синтетического материала имеются сквозные отверстия достаточно большого размера.

В случае транзитных резьбовых соединений в полимерном материале ещё в большей степени, чем при их использовании в металлах, следует помнить о возможности возникновения внутренних напряжений во избежание продольных и поперечных изгибающих моментов. По этой причине не следовало бы сильно затягивать винты, а соответствующие воздействия направлять на изделие из синтетического материала на большой площади. Кроме того, должен учитываться относительно высокий тепловой коэффициент органического стекла и возможное изменение размеров от воздействия влаги. При соотнесении на монтажную температуру, равную, например, 10 ° С, при более низких температурах пластины сжимаются до 2,5 мм на метр. Для растяжения под действием тепла и влаги должен быть предусмотрен паушальный зазор на расширение, т.е. расстояние между пластинами "для монтажного просвета", равное 5 мм/м.

Нежелательные внутренние напряжения материала можно устранить с помощью просверливания больших отверстий, возможного растяжения по краям и сборки в системе с наличием фиксирующих скользящих элементов.

5. Фрезерование

Данный способ позволяет получить сложные формы, сохранив при этом четкую, гладкую поверхность при обработке. Для данной обработки рекомендуются цилиндрические фрезы с двумя или нескольким канавками из быстрорежущей стали повышенной производительности или карбида. Наилучшие результаты достигаются применением фрез небольшого диаметра (например, цилиндрическая фреза с вырезающим углом ? = 5 °С и вспомогательным углом ? = 10 ° С) и с высокой скоростью вращения (до 1000 об/мин). Скорость вращения зависит от диаметра и количества канавок, при этом целесообразно применять охлаждение струей воздуха. Необходимо предусмотреть удаление стружки. Фрезерование позволяет произвести следующие операции:

• Разрез
• Фрезерование выемок
• Гравировка

Что касается гравировки, то она в большинстве случаев производится при помощи рыхлителей, устанавливаемых на пантографы и оснащенных фрезами малого диаметра (2- 6 мм) различного профиля.

Также могут использоваться лазерные режущие станки, которые позволяют производить гравировку путем ограничения глубокого действия лазерного пучка.

6. Обработка на токарном станке

Органическое стекло может обрабатываться на токарном станке таким же образом, что и твёрдая древесина. Применяются и токарные станки, обычно используемые в металлообработке. В этом случае также очень высоки скорости обработки. В качестве ориентировочного параметра действует следующее:

Скорость срезания в 10 раз выше, чем для стали, для достижения безупречного результата решающее значение имеет заточка токарного резца. Особое внимание следует уделять заднему углу. Так же, как при сверлении, соответствующие условия обработки имеют место в том случае, если образуется непрерывная стружка. Такую стружку получают при приведении в соответствие трёх наиболее важных факторов: скорость подвода инструмента, скорость срезания и заточка инструмента.

окарные резцы с накладкой из твёрдого металла применяются для грубой обдирочной обработки, однако глубина срезания не должна превышать 6 мм. Для последующей чистовой обработки обычно применяют инструменты из высокопрочный стали для скоростной обработки срезанием.

Токарные резцы должны иметь радиус вершины режущей кромки, равный по меньшей мере 0,5 мм. При больших значениях радиуса вершины режущей кромки, в случае с круглозаточенными токарными резцами, сочетая одновременно высокую скорость обработки и малую скорость подачи инструмента, а также минимальную глубину срезания, можно достичь точной чистовой обработки поверхностей, которые затем можно сразу же полировать, не прибегая к процессу шлифования между двумя этими операциями.

Для охлаждения опять же можно применять совместимые с акриловым стеклом эмульсии и сжатый воздух.

7. Пемзование

Пемзование необходимо для шлифовки грубых поверхностей среза или устранения мелких поверхностных дефектов, таких как царапины. Данный метод требует применения мокрой наждачной бумаги из корунда и производится либо вручную, либо при помощи дисковой полировочной машины или ленточного шлифованного станка. В последнем случае рекомендуемая скорость ленты составляет 10м/сек. Во избежание перегрева материала рекомендуется поливание водой.

8. Шлифование

С помощью шлифования и последующего полирования шероховатым и матовым поверхностям кромок среза можно придать зеркальный блеск и прозрачность.

Шлифование можно осуществлять как вручную с помощью обычно имеющейся в продаже шлифовальной бумаги или шлифовального блока с нанесённым на него шлифующим слоем, так и механическим способом на станке. Для шлифования на станке применяются вращающиеся тарельчатые шлифовальные круги, суперфинишные устройства и ленто-шлифовальные станки. При шлифовании следует избегать сильного и длительного нажима, так как в результате могут возникать образующиеся при этом теплота трения, напряжения и повреждения поверхности. Поэтому всегда следует шлифовать с охлаждающей жидкостью.

Размер частиц шлифующего средства следует избирать в соответствии с глубиной следов обработки или следов от скребков на поверхности обрабатываемой детали: чем глубже следы от обработки, тем грубее частицы. Следовало бы производить обработку шлифованием в несколько этапов, уменьшая с каждым разом размер частиц.

Рекомендуется последовательная обработка, состоящая из трёх следующих этапов:

1. грубое шлифование, размер частиц 60
2. умеренное шлифование, размер частиц 220
3. окончательная обработка, размер частиц 400-600

При этом нужно проследить за тем, чтобы каждый следующий этап шлифования удалял следы предшествующей обработки. Если последний этап шлифования устранил все следы предшествующих обработок, то можно полировать.

9. Полирование

Полирование - это последний этап обработки с целью получения зеркально-блестящих прозрачных поверхностей. Кромки среза можно отполировать без особых затруднений, полирования поверхностей с большей площадью, напротив, следовало бы избегать, так как во многих случаях это остаётся видимым.

Имеют место три способа механического полирования:

Очистка поверхности материала производится теплой водой с применением мягкого моющего средства, не содержащего растворителей. Использование абразивных веществ не допускается.

Поскольку войлочная лента, тканевый притир или перчаточная материя представляют собой очень мягкие материалы, то полируемую поверхность необходимо предварительно подвергнуть отделочной обточке. Если это условие не будет выполнено, то поверхность хоть и станет блестящей, но всё же останутся видимыми следы царапин и обработки. При обработке кромок достаточно произвести чистовую обработку циклей.

Необходимо предотвращать обусловленный трением перегрев поверхности материала а значит, и термическое повреждение.

Кромки и небольшие детали полируются преимущественно на войлочных лентах, так как в этом случае их можно удобно держать и подводить. Обрабатываемая деталь должна постоянно перемещаться по кругу, так что неровности войлочных лент или тканевых пригаров не наносят повреждений материалу. Скорость перемещения войлочной ленты должна составлять приблизительно 20 м/с.

Тканевый притир очень хорошо пригоден для полирования больших, а также изогнутых поверхностей. Подобными тканевыми притирами могут быть бязевые и/или фланелевые пакеты, пачки которых располагаются как можно более неплотно, чтобы теплота трения могла отводиться с помощью вентилирования. Окружная скорость тканевого полировочного круга должна быть в диапазоне от 20 до 40 м/с.

Если блеск, полученный в результате механической обработки, не представляется достаточным, то полирование можно завершить вручную мягкой не волокнистой тканью или ватой, применяя полировальное молочко.

При полировании органического стекла пламенем с помощью устройств, аналогичных сварочной горелке, отпадает необходимость в чистовой обработке как дополнительной рабочей операции, и всё же кромки должны быть свободны от остатков, например, от прилипающих стружек или остатков ручной сварки. Поскольку царапины от предшествующей фрезерной обработки или распиловки ещё остаются видимыми после полирования пламенем, то их применяют в качестве экономически более выгодного способа в том случае, где к отполированной поверхности не предъявляется высоких требований. Полирование огнём более толстых пластин может привести к поверхностным напряжениям.

Если работа производится без должной тщательности, то это также может привести к "перекидыванию пламени" на обрабатываемую деталь за кромкой среза, а значит, к нагрузкам материала, обусловленным термическим воздействием. При дальнейшей обработке или последующем применении они могут обуславливать появление трещин, например, при контактировании с клеящими средствами или растворителями для лаков.

Полирование на алмазном притире гарантирует длительные сроки службы и таким образом особенно пригодно для серийного производства. При этом отпадает необходимость в предшествующей чистовой обработке. Снятие стружек и полирование осуществляются за одну рабочую операцию.

Представляется необходимым применение высококачественных прецизионных инструментов и станков. Применяются или резцовые головки фрез, которые имеют по меньшей мере два алмазных резца, или токарные резцы с алмазным покрытием. Необходимо проследить за хорошим отводом стружки. Станок должен работать при полном отсутствии вибрации во избежание появления резонансных линий на обрабатываемой детали. Острые кромки, появляющиеся при применении алмазных полирующих фрез, целесообразно сглаживать с помощью цикли.

<< Назад