Обробка різанням оргскла

Для обробки оргскла (поліметилметакрилат, ПММА) застосовуються верстати, як правило, використовується при обробці деревини і металу. Проте, потрібно врахувати те, що вони повинні працювати на високій швидкості і без вібрації для досягнення чистих зрізів. Наскільки це можливо, все верстати, перш за все шліфувальні та фрезерно-відрізні, повинні бути оснащені аспіраційними пристроями для негайного відсмоктування як стружок, що утворюються, так і газів.

Для обробки органічного скла особливо придатні інструменти з високоміцної сталі для швидкісного зрізання, з твердого металу або в особливих випадках з алмазним покриттям. Ріжучі кромки інструменту завжди повинні бути гостро заточені. Навіть трохи зношені інструменти призводять до нечистої обробки зрізів і внаслідок обумовленого тертям перегріву можуть навіть викликати пошкодження оброблюваної деталі або інструменту. Інструменти, які вже застосовували для обробки металів або деревини, слід застосовувати тільки після спеціального заточення.

Синтетичні матеріали мають суттєво меншу, ніж метали, теплопровідність і здатність зберігати форму. Крім того, через відсутність відводу тепла в крайових зонах створюються напруги, які в несприятливих випадках призводять до пошкодження оброблюваних деталей. Як охолоджуючі засоби застосовуються вода, розчинні масла, парафін або струмінь повітря. Традиційні мастильні рідини для металів не повинні застосовуватися, так як вони можуть містити розчинники, які впливають на ПММА.

Поверхня органічного скла покривається захисною плівкою, яку залишають на оброблюваній деталі під час будь-якої її обробки і використання. Плівку знімають тільки після зробленого монтажу. Якщо в якомусь конкретному випадку це неможливо, то з метою запобігання її непередбаченому нанесенню подряпин застосовують такі відповідні допоміжні засоби, як тканинні або повстяні підкладки.

Розмітку або маркування, наприклад, отворів для просвердлювання, відрізних крайок або контурів по можливості необхідно проводити на захисному шарі. У тому випадку, якщо його вже довелося видалити, маркування за допомогою спеціальних маркерів наносяться безпосередньо на поверхні пластини. Кресленку або кернер слід застосовувати тільки в тому випадку, якщо є впевненість, що надрізи, зроблені цими інструментами, знову видаляються в процесі подальшої обробки. В іншому випадку, при впливі навантаження пластини можуть розламуватися через концентрацію напружень в місці надрізу.

1. Види пилок

У більшості випадків для різання оргскла використовуються дискові пили для прямих розрізів і стрічкова пила або фреза для інших розрізів. Ручна пила для різання екструзійного органічного скла (ЕОС) не рекомендується. Для цих же цілей можна використовувати лазер.

1.1 Дискові пилки

Дозволяють проводити прямі точні розрізи. Зріз розпиленого скла виходить чітким. У більшості випадків використовуються два види лез:

• Лезо з наконечником (нависають зубці з твердого матеріалу (карбіду). Пряма або трапецієвидна форма з зубами, які чергуються (крок зубів - 1 см) рекомендується для промислового використання і для різання скла на окремі частини.
• Лезо з швидкорізальної сталі зазвичай використовується для різання цільних листів. Зуби є радіальними (ребро врізання проходить через центр) і затиловане під кутом 45° у верхній точці зуба. Зуби не розведені, але пила володіє затилованою поверхнею в 0,2% з кожного боку. Крок зубів 2-5 зуб/см. в залежності від типу матеріалу.

Для пильних полотен з твердого металу діють наступні рекомендації:

Найкращі результати досягаються застосуванням машини з фрезами невеликого діаметру (наприклад, циліндрична фреза з вирізаними кутом γ = 5° і допоміжним кутом α = 10 °) і високою швидкістю обертання фрези (до 1000 об/хв).

Рекомендоване число обертів в залежності від діаметру леза:

1.2 Стрічкові пилки

Даний тип пилки дозволяє робити різання по кривій лінії. Однак при цьому не вдається отримати геометрично рівний зріз і необхідно зробити значне доопрацювання для отримання абсолютно геометрично рівної поверхні. Метод найбільш підходить для різання заготовок перед формуванням, а також для обробки штампованих деталей за заданим профілем перед доопрацюванням. Ширина стрічкового полотна може бути від 3 до 13 мм. Число зубів має становити 3-8 шт/см довжини полотна. Швидкість зрізання може варіюватися між 1000 і 3000 м/хв.

Для обробки пластин з органічного скла рекомендуються наступні орієнтовні параметри по стрічковим пил:

Даний метод також може бути використаний для різання товстих заготовок. Для цього можуть використовуватися будь-які столярні верстати за умови, що їх лінійна швидкість становить від 4 до 6 м/хв.

1.3 Лобзикові пилки

При здійсненні подальшої обробки, пригону або вирізання виїмок у випадку з синтетичними матеріалами виправдали себе відповідні лобзики. Але при цьому кромки зрізу виходять порівняно грубими і вимагають подальшої обробки. Місце розпилювання повинне надрізатися тільки при працюючому верстаті. Слід надавати перевагу високій швидкості  зрізання і середньої швидкості подачі ріжучого інструменту.

1.4 Різання за допомогою лазерного променя

Даний процес являє ряд переваг:

• Дозволяє відтворити більшість форм з винятковою точністю
• В результаті застосування даного способу утворюється мало відходів обробки
• Завдяки даному способу виходять розрізи високої якості, що вимагають незначного шліфування при доопрацюванні або зовсім не потребують останнього

Однак, дана технологія сприяє появі внутрішніх напружень, в результаті яких виникає чутливість до розчинників у краю розрізу.

Таким чином, не рекомендується проводити склеювання поверхонь, розрізаних за допомогою лазера.

2. Свердління

Проводиться за допомогою стаціонарного або мобільного свердлувального верстата з використанням спеціальних свердел для легких металів і швидкорізальної сталі, загартованої сталі карбіду підвищеної продуктивності. Припустимо і використовувати як канонічні, так і свердла стандартної форми з кутом заточування 60-90°.

Задній кут повинен бути зішліфований до значення між 0° і 4°. Тільки в цьому випадку свердло зможе працювати належним чином: воно скоблить замість того, щоб зрізати, і таким чином запобігає появі відколів у висвердленому отворі при виході з пластини. Передній кут повинен становити, щонайменше 3 °. Ці параметри наведені в таблиці.

Для отримання гладкої поверхні просвердленого отвору необхідно оптимальне поєднання швидкості зрізання і швидкості подачі інструменту. У цьому випадку утворюється рівномірна безперервна зливна стружка. Наприклад, при дуже високій швидкості обертання і / або занадто великій швидкості подачі ріжучого інструменту утворюється нерівномірна стружка, а отвір просвердлюється нечисто. При дуже низькій швидкості обертання та / або надмірно малій швидкості подачі мають місце перегрівання і явища розшарування в просвердленому отворі, а стружка розплавляється.

Особливу важливість при свердлінні представляє охолодження. При обробці матеріалу товщиною понад 5 мм слід проводити охолоджування і змазування емульсією для свердління або маслом для свердління, сумісним з органічним склом.

У випадку з товстостінним матеріалом, при глибоких і глухих отворах необхідно, щоб уникнути перегріву виводити свердла з просвердленого отвору кілька разів, оскільки підведення різального інструменту проводиться вручну.

При просвердлюванні тонких пластин їх слід затискати разом з твердими плоскими підкладками для того, щоб виключити розколювання нижньої кромки отвору. Свердла слід підводити не поспішаючи, з великою обережністю. Після того, як ріжучі кромки повністю увійдуть в матеріал, можна почати повільно збільшувати швидкість подачі ріжучого інструменту, а незадовго до того, як буде пробитий нижній край, - знову знизити. При обробці формованої або вбудованої деталі за допомогою ручного дриля можна вставляти спеціальні свердла. Найбільш поширені спеціальні свердла і зенкери:

а) ступеневе свердло
Це свердло з одною ріжучою крайкою забезпечує отримання чистих циліндричних просвердлених отворів без наявності слідів обробки. Кожною наступною сходинкою свердла в отворі знімається фаска.

б) конічне свердло
Ним просвердливаються отвори, що мають злегка конічну форму, однак розтріскування на вихідній стороні виключається.

в) спеціальний зенкер
Особливо придатний для видалення грата вже наявних отворів, хорошого зняття стружки через похилі отвори.

г) фрезерне свердло
За його допомогою можуть бути добре виконані подовжені отвори.

д) комбіноване свердло-зенковка
Цей багатогранний зенкер рекомендується застосовувати при знятті грата, фасок і зенкеруванніровании.

У випадку з будь-якими спеціальними свердлами необхідно стежити за бездоганним станом вістря свердла.

За винятком фрезерного свердла при всіх інших інструментах застосовують істотно більш повільні швидкості обертання, ніж при користуванні спіральними свердлами. А у випадку з фрезерним свердлом, навпаки, швидкості обертання часто перевищують 1000 об / хв.

Чашкові пили і кільцева головка

Для свердління отворів великого діаметра рекомендується застосовувати чашкові пилки, чашкові фрези типу Мілфорд або кільцеві фрези.

Отвори дуже великого діаметру можуть просвердлитися за допомогою регульованої кільцевої головки різцетримача. Під час свердління матеріалу великої товщини свердління проводиться в два етапи з перегортанням листа на іншу сторону.

3. Нарізання різьби

У всіх полімерних матеріалів при нарізанні різьби зазвичай виникає небезпека розлому внаслідок концентрації напружень в місці надрізу. А тому даний спосіб кріплення варто було б обирати тільки в тому випадку, якщо інша альтернатива є неможливою.

При нарізанні внутрішньої і зовнішньої різьби для всіх матеріалів застосовуються зазвичай наявні в продажу мітчики і плашки. Внаслідок зниження міцності матеріалів при надрізі різьблення не повинне мати гострих кромок. Пізніше при угвинчуванні слід не забувати про те, що на сполучних гвинтах не повинно бути масляної плівки. Отвори для кернів потрібно виконувати з трохи більшими розмірами, ніж у випадку зі сталлю. У багатьох випадках може виявитися вигідним посилення внутрішньої різьби різьбовою вставкою з металу.

4. Різьбове з'єднання

В даний час різьбове з'єднання набуває різнобічне застосування в області переробки полімерних як спосіб роз'ємного з'єднання. Для цієї мети застосовуються гвинти, як з полімерних матеріалів, так і з металів. Вибір матеріалу для гвинтів залежить від виникаючих механічних, теплових і хімічних навантажень. Тоді як пластмасові гвинти серед усього іншого легкі і безшумні і в більшості випадків в меншій мірі схильні до корозії, то при застосуванні металевих гвинтів можуть витримуватися великі навантаження. Крім того, немає необхідності враховувати внутрішні напруги, матеріал може перенести тривалий вплив температур. При застосуванні металевих гвинтів вирішальним є теплове розширення або стиснення. Особливо важливим при різьбовому з'єднанні вважається те, що воно повинно забезпечувати герметичність протягом тривалого часу. На противагу цьому відмінність коефіціентів лінійного термічного розширення органічного скла і металу при падінні температур зменшує фіксуюче зусилля і відповідно збільшує при підвищенні температур. В цьому відношенні вирівнювання можна досягти при застосуванні підкладок з таких сумісних матеріалів, як СКЕПТ, ПЕ, ПТФЕ і т.д.

Тип гвинта також повністю залежить від відповідного випадку застосування. Крім традиційних шестигранних гвинтів з гайкою застосовуються також установчі штифти, нарізні заглушки, гвинти з шліцьовою голівкою і т.д. Навпаки, непридатними представляються самонарізні гвинти, оскільки вони повинні "врізатися" в органічне скло. І все ж їх можна застосовувати в тому випадку, якщо в конструкції, що лежить внизу, наприклад, з металу, нарізається різьба, а в пластині з синтетичного матеріалу є наскрізні отвори досить великого розміру.

У разі транзитних різьбових з'єднань в полімерному матеріалі ще в більшій мірі, ніж при їх використанні в металах, слід пам'ятати про можливість виникнення внутрішніх напружень щоб уникнути поздовжніх і поперечних згинальних моментів. З цієї причини не варто було б сильно затягувати гвинти, а відповідні дії направляти на виріб з синтетичного матеріалу на великій площі. Крім того, має враховуватися відносно високий тепловий коефіцієнт органічного скла і можливу зміну розмірів від впливу вологи. При співвіднесенні на монтажну температуру, рівну, наприклад, 10°С, при більш низьких температурах пластини стискаються до 2,5 мм на метр. Для розтягування під дією тепла і вологи повинен бути передбачений паушальний просвіт на розширення, тобто відстань між пластинами "для монтажного просвіту", рівна 5 мм/м.

Небажані внутрішні напруги матеріалу можна усунути за допомогою просвердлювання великих отворів, можливого розтягування по краях і збірки в системі з наявністю фіксуючих ковзаютчих елементів.

5. Фрезерування

Даний спосіб дозволяє отримати складні форми, зберігши при цьому чітку, гладку поверхню при обробці. Для даної обробки рекомендуються циліндричні фрези з двома або кількома канавками зі швидкорізальної сталі підвищеної продуктивності або карбіду. Найкращі результати досягаються застосуванням фрез невеликого діаметру (наприклад, циліндрична фреза з вирізаними кутом? = 5°С і допоміжним кутом? = 10°С) і з високою швидкістю обертання (до 1000 об/хв). Швидкість обертання залежить від діаметру і кількості канавок, при цьому доцільно застосовувати охолодження струменем повітря. Необхідно передбачити видалення стружки. Фрезерування дозволяє виконати такі дії:

• Розріз
• Фрезерування виїмок
• Гравірування

Що стосується гравіювання, то воно в більшості випадків проводиться за допомогою розпушувачів, які встановлюються на пантографи і оснащені фрезами малого діаметра (2- 6 мм) різного профілю.

Також можуть використовуватися лазерні ріжучі верстати, які дозволяють виробляти гравірування шляхом обмеження глибокої дії лазерного пучка.

6. Обробка на токарному верстаті

Органічне скло може оброблятися на токарному верстаті таким же чином, що і тверда деревина. Застосовуються і токарні верстати, які зазвичай використовуються в металообробці. У цьому випадку також дуже високі швидкості обробки. Як орієнтовний параметр діє наступне:

Швидкість зрізання в 10 разів вище, ніж для сталі, для досягнення бездоганного результату вирішальне значення має заточка токарного різця. Особливу увагу слід приділяти задньому кутку. Так само, як під час свердління, відповідні умови обробки мають місце в тому випадку, якщо утворюється безперервна стружка. Таку стружку отримують при приведенні у відповідність трьох найбільш важливих факторів: швидкість підведення інструменту, швидкість зрізання і заточка інструменту.

Токарні різці з накладкою з твердого металу застосовуються для грубої обдирної обробки, проте глибина зрізання не повинна перевищувати 6 мм. Для подальшої чистової обробки зазвичай застосовують інструменти з високоміцної сталі для швидкісної обробки зрізанням.

Токарні різці повинні мати радіус вершини ріжучої кромки, що дорівнює щонайменше 0,5 мм. При великих значеннях радіуса вершини ріжучої кромки, у випадку з круглозаточеними токарськими різцями, поєднуючи одночасно високу швидкість обробки і малу швидкість подачі інструмента, а також мінімальну глибину зрізання, можна досягти точної чистової обробки поверхонь, які потім можна відразу ж полірувати, не вдаючись до процесу шліфування між двома цими операціями.

Для охолодження знову ж можна застосовувати сумісні з акриловим склом емульсії і стиснене повітря.

7. Пемзування

Пемзування необхідно для шліфування грубих поверхонь зрізу або усунення дрібних поверхневих дефектів, таких як подряпини. Даний метод вимагає застосування мокрого наждачного паперу з корунду і виробляється або вручну, або за допомогою дискової полірувальної машини або стрічкового шліфованого верстата. В останньому випадку рекомендована швидкість стрічки становить 10м/сек. Щоб уникнути перегріву матеріалу рекомендується поливання водою.

8. Шліфування

За допомогою шліфування і наступного полірування шорстким і матовим поверхням крайок зрізу можна додати дзеркальний блиск і прозорість.

Шліфування можна здійснювати як вручну за допомогою звичайно наявного в продажу шліфувального паперу або шліфувального блоку з нанесеним на нього шліфуючим шаром, так і механічним способом на верстаті. Для шліфування на верстаті застосовуються обертові тарілчасті шліфувальні круги, суперфінішний пристрій і стрічко-шліфувальні верстати. При шліфуванні слід уникати сильного і тривалого тиску, так як в результаті можуть виникати тертя, напруги і пошкодження поверхні, що при цьому утворюються. Тому завжди слід шліфувати з охолоджувальною рідиною.

Розмір частинок шліфуючого засобу слід обирати відповідно до глибини слідів обробки або слідів від скребків на поверхні оброблюваної деталі: чим глибше сліди від обробки, тим грубіше частки. Варто було б проводити обробку шліфуванням в кілька етапів, зменшуючи з кожним разом розмір часток.

Рекомендується послідовна обробка, що складається з трьох наступних етапів:

1. грубе шліфування, розмір часток 60
2. помірне шліфування, розмір часток 220
3. остаточна обробка, розмір часток 400-600

При цьому потрібно простежити за тим, щоб кожен наступний етап шліфування видаляв сліди попередньої обробки. Якщо останній етап шліфування усунув всі сліди попередніх обробок, то можна полірувати.

9. Полірування

Полірування - це останній етап обробки з метою отримання дзеркально-блискучих прозорих поверхонь. Кромки зрізу можна відполірувати без особливих труднощів, полірування поверхонь з більшою площею, навпаки, слід було б уникати, так як у багатьох випадках це залишається видимим.

Мають місце три способи механічного полірування:

Очищення поверхні матеріалу проводиться теплою водою із застосуванням м'якого миючого засобу, що не містить розчинників. Використання абразивних речовин не допускається.

Оскільки повстяна стрічка, тканинний притир або матерія є дуже м'які матеріали, то поліровану поверхню необхідно попередньо піддати обробному обточуванню. Якщо ця умова не буде виконана, то поверхня хоч і стане блискучою, але все ж залишаться видимими сліди подряпин і обробки. При обробці крайок досить зробити чистову обробку циклею.

Необхідно запобігати обумовленому тертям перегріву поверхні матеріалу а значить, і термічному пошкодженню.

Краї і невеликі деталі поліруються переважно на повстяних стрічках, так як в цьому випадку їх можна зручно тримати і підводити. Оброблювана деталь повинна постійно переміщуватися по колу, так що нерівності повстяних стрічок або тканинних пригарів не завдають пошкоджень матеріалу. Швидкість переміщення повстяної стрічки повинна становити приблизно 20 м/с.

Тканинний притир дуже добре придатний для полірування великих, а також вигнутих поверхонь. Подібними тканинними притирами можуть бути бязеві і / або фланелеві пакети, пачки яких розташовуються якомога більш нещільно, щоб теплота тертя могла відводитися за допомогою вентилювання. Окружна швидкість тканинного полірувального кола повинна бути в діапазоні від 20 до 40 м/с.

Якщо блиск, отриманий в результаті механічної обробки, не представляється достатнім, то полірування можна завершити вручну м'якою НЕ волокнистою тканиною або ватою, застосовуючи полірувальне молочко.

При поліруванні органічного скла полум'ям за допомогою пристроїв, аналогічних зварювальному пальнику, відпадає необхідність в чистовій обробці як додатковій робочій операції, і все ж кромки повинні бути вільні від залишків, наприклад, від прилипаючих стружок або залишків ручного зварювання. Оскільки подряпини від попередньої фрезерної обробки або розпилювання ще залишаються видимими після полірування полум'ям, то їх застосовують в якості економічно більш вигідного способу в тому випадку, де до відполірованій поверхні не пред'являється високих вимог. Полірування вогнем більш товстих пластин може привести до поверхневих напружень.

Якщо робота проводиться без належної старанності, то це також може привести до "перекидання полум'я" на оброблювану деталь за кромкою зрізу, а значить, до навантажень матеріалу, обумовленим термічним впливом. При подальшій обробці або подальшому застосуванні вони можуть зумовлювати появу тріщин, наприклад, при контактуванні з клеючими засобами або розчинниками для лаків.

Полірування на алмазному притирі гарантує тривалі терміни служби і таким чином особливо придатне для серійного виробництва. При цьому відпадає необхідність у попередній чистовій обробці. Зняття стружок і полірування здійснюється за одну робочу операцію.

Є необхідним застосування високоякісних прецизійних інструментів та верстатів. Застосовуються або різцеві головки фрез, які мають щонайменше два алмазних різця, або токарні різці з алмазним покриттям. Необхідно простежити за хорошим відведенням стружки. Верстат повинен працювати при повній відсутності вібрації, щоб уникнути появи резонансних ліній на оброблюваній деталі. Гострі кромки, що з'являються при застосуванні алмазних полірувальних фрез, доцільно згладжувати за допомогою циклі.

<< Назад