методы обработки акриловых материалов

МЕТОДЫ обработки АКРИЛОВЫХ материалов
Обработка резанием
Для обработки акрилового стекла подходит обыкновенное оборудование для обработки
дерева и металлов. Все же следует обратить внимание на то, что для получения чистых
поверхностей среза оборудование должно быть высокоскоростным и безвибрационным.
Все машины, прежде всего шлифовальные станки и циркулярные пилы, должны быть
оснащены вытяжной вентиляцией для отвода стружки и газа.
ПММА легко обрабатываются инструментами из высококачественной быстрорежущей
стали или армированными твердыми сплавами, в особых случаях можно использовать
алмазный инструмент. Режущие поверхности инструментов должны быть всегда остро
заточены. Уже незначительно изношенные инструменты приводят к нечистым
поверхностям среза и могут вызывать повреждения заготовки или самого инструмента
вследствие перегрева, обусловленного повышенным трением. Инструменты, которые
ранее уже применялись для обработки дерева или металла, для органических стекол могут
использоваться только после специальной заточки.
Поскольку пластмассы по сравнению с металлами имеют незначительную
теплопроводность и устойчивость формы, применение систем охлаждения особенно
важно. При отсутствии охлаждения возникает опасность перегрева, размягчения и
деформации материала у поверхности среза. Кроме того, из-за недостаточного отвода
тепла возникают напряжения в краевых зонах, которые в неблагоприятных условиях ведут
к повреждению заготовок.
Вода, растворимые масла, парафин или воздушная струя подходят в качестве
охлаждающих средств. Стандартные смазочно-охлаждающие жидкости для металлов не
должны использоваться, т.к. они могут содержать растворители, агрессивные по
отношению к ПММА.
Все поверхности листов защищены полиэтиленовой пленкой, которая должна сохраняться
в течение всей обработки и удаляться в кратчайшие сроки после монтажа готового
изделия. Если по какой-либо причине сохранение пленки невозможно или она
отсутствует, следует в качестве вспомогательного средства использовать ткань или
фетровые прокладки во избежание непреднамеренного царапанья.
Разметка, например отверстий, кромки разреза или контуров, должна по возможности
делаться на защитной пленке. Если пленка уже удалена, разметка производится
специальным карандашом прямо на поверхности листа. Другие средства разметки могут
использоваться только при уверенности, что с помощью последующей обработки следы
этих инструментов будут удалены. В противном случае листы с сохранившимся
надрезом под нагрузкой сломаются.
Пиление и надрезание
Акриловое стекло чаще всего пилят циркулярной или ленточной пилами. Применение
лобзиков и ручных пил всякого рода также возможно.
Циркулярная пила
Для резки ПММА подходят циркулярные пилы с дисками исключительно с
неразведеными зубьями. Применение лезвий из твердого сплава, с высоким числом зубьев
дает значительно более высокий результат, чем использование лезвий из
высокопроизводительной быстрорежущей стали. Из опыта известно, что обработка будет
еще более чистой, если использовать прямозубое лезвие из твердого сплава, углы каждого
или каждого второго зуба которого затачиваются попеременно. Попеременная вогнутая
заточка зубьев лезвий из быстрорежущей стали на деле доказала свои преимущества.
Для лезвий из твердого сплава действуют рекомендации, указанные в таблице 2.
Табл. 2 Применение лезвий из твердого сплава
Материал
Задний угол α
Передний угол γ
Скорость резания
Шаг зубьев
Литой ПММА
10 - 15
0-5
3000 об/мин
5 - 8 мм
Экструдированный ПММА
15 - 20
0-5
3000 об/мин
10 - 20 мм
Для подачи должна применяться средняя установка. Это значит, что подача
устанавливается так, чтобы у краев разреза не происходило отщепление материала.
Слишком медленная подача может привести к высокому трению и к излишнему
нагреванию кромок разреза.
Ленточная пила
Ленточная пила имеет лезвия со слегка разведеными зубьями. Это ведет к неровным
кромкам разреза, что как правило требует последующей дополнительной обработки.
Ширина ленты лезвия может быть от 3 до 13 мм. Количество зубьев должно быть 3 - 8 на
каждый сантиметр.длиы ленты. Скорость резания может варьироваться от 1000 до 3000
м/мин.
Для лезвий из твердого сплава действуют рекомендации, указанные в таблице 3.
Табл.3. Рекомендации по обработке ленточной-пилой
Задний угол α
Передний угол γ
Скорость резания
Шаг зубьев
30 - 40
0-8
1000 - 3000 м/мин
3 - 8 мм
Остроконечная пила
Для дополнительной обработки пластмасс и вырезания выемок и пазов хорошо себя
зарекомендовала остроконечная пила. Кромки разреза получаются все же относительно
грубыми и нуждаются в дополнительной обработке. Рекомендуется высокая скорость
резания и средняя скорость подачи.
Ручная пила
Акриловое стекло и поликарбонат можно также обрабатывать мелкозубой ручной пилой,
например ножовкой, а также лучковой и лобзиком. При тщательной, аккуратной работе
возможно достичь хороших результатов.
Надрезание
На листах из ПММА можно делать надрезы глубиной до 3 мм. Лист многократно
надрезается подрезателем вдоль линейки или криволинейного шаблона по не слишком
малому радиусу, а затем ломается. Прямые отрезки можно легко сломать на краю стола.
Излом должен быть соответствующим образом обработан, например циклей.
Сверление
Для акрилового стекла можно применять спиральное сверло (см. рис.4) с углом при
вершине 60 - 90 град. (в отличии от обычного 120 град.). Передний угол γ должен
затачиваться в пределах от 4 град. до 90 град. Только в этом случае сверло даст
необходимый результат, и можно будет избежать выламываний около отверстий при
выходе сверла из листа. Задний угол α должен быть величиной минимум 3 град. В таблице
4 обобщены эти характеристики.
Табл. 4 Ориентировочные значения для сверления (в соотв. с VDI 2003)
Характеристики заточки и работы
Задний угол α
Передний угол γ
Угол заточки β
Скорость резания
Подача
ПММА
3-8
0-4
12 - 16
10 - 60 м/мин
0,1 - 0,5 мм/об
ПК
5-8
3-5
ок 30
10 - 60 м/мин
0,1 - 0,5 мм/об
Чтобы получить гладкую поверхность края отверстия, необходима оптимальная
комбинация скорости резания и подачи (см. рис.5). В этом случае образуется равномерная
сплошная стружка. При слишком высокой скорости вращения и/или слишком быстрой
подаче образуется нерегулярная стружка, и отверстие будет не чистым. При низкой
скорости вращения и/или незначительной подаче наступает перегрев, влекущий за собой
разрушение материала и плавление стружки.
Охлаждение при сверлении особенно важно. При толщине материала от 5 мм необходимо
пользоваться сверлильной или совместимой с ПММА смазочно-охлаждающей эмульсией.
Для ПК (из-за возможного растрескивания) никогда нельзя использовать сверлильные
эмульсии и масло для смазки и охлаждения режущего инструмента! В этом случае можно
использовать сжатый воздух. В случае толстостенного материала при сверлении глубоких
отверстий, когда подача регулируется вручную, рекомендуется время от времени
поднимать сверло из отверстия во избежание перегрева.
Если сверлится тонкий лист, необходимо подложить твердую гладкую прокладку, чтобы
избежать выламывания нижнего края отверстия. Сверло должно вводиться медленно и
осторожно. После входа в материал скорость подачи может быть постепенно увеличена и
незадолго до пробивания нижнего края снова уменьшена.
Для работы с обрабатываемыми или встроенными деталями с помощью ручной дрели
можно применить специальное сверло.
Употребляемые специальные сверла и зенкерный инструмент:
Ступенчатое сверло
Это врезное сверло гарантирует чистое и гладкое цилиндрическое отверстие. Каждой
последующей сверлильной ступенью отверстие расширяется.
Коническое сверло
Дает слегка конические отверстия, но выламывание отверстия у выхода предотвращается.
Зенкерный инструмент
Особенно подходит для зачистки имеющихся отверстий, обеспечивая качественный
отвод стружки с помощью наклонного отверстия.
Фрезерное сверло
Им можно получить простые глубокие отверстия.
Комбинированное сверло - зенковка
Этот многосторонний зенкерный инструмент рекомендуется для зачистки, расточки и
зенковки.
При применении любых специальных сверел следует обращать внимание на
безупречное качество их острия. Во всех случаях (кроме фрезерного сверла)
используются более низкие скорости вращения, чем при использовании спиральных
сверел. В случае применения фрезерного сверла, напротив, скорости вращения чисто
превышают 10000 об/мин.
Прорезание круглого отверстия
Отверстия большого диаметра в тонком листе можно легко прорезать следующим
инструментом:
эксцентриковый резак;
круглая пила.
Для прорезания круглого отверстия можно использовать инструменты в стандартном
исполнении.
Передние углы зксцентрикового резака для ПММА должны иметь значение 0 град., для
ПК - между 3 град. и 5 град. Для получения чистых поверхностей среза полезно закрепить
с нижней стороны материала тонкую твердую пластину. Прорезать крутое отверстие до 60
мм в диаметре можно круглой пилой. Оба инструмента допустимо использовать с ручной
дрелью. Центр круглого отверстия обычно предварительно сверлится центровым сверлом
для стабильности процесса прорезания круглого отверстия.
Нарезание резьбы
Для всех видов пластиков при нарезании резьбы существует опасность разлома
вследствие наличия надреза. Поэтому этот способ закрепления должен выбираться только
тогда, когда никакая другая альтернатива невозможна.
Для нарезки внутренней и внешней резьбы для всех материалов подойдут стандартные
метчик и плашка. Из-за чувствительности материалов к надрезу, резьбы должны быть не с
острыми краями. При нарезании резьбы в поликарбонате для смазки и охлаждения
режущего инструмента недопустимо применение смазочных и охлаждающих масел. Для
акрилового стекла должны применятся совместимые эмульсии и масло для смазки и
охлаждения режущего инструмента при последующем привинчивании следует обращать
внимание на то, чтобы винты не имели масляной пленки.
Отверстия должны быть незначительно больше, чем для стали. Во многих случаях
полезно усилить внутреннюю резьбу с помощью резьбовой вставки из металла.
Фрезерование
С помощью фрезерною оборудования можно обработать края распила, сделать
закругления и создать криволинейные поверхности, а также снять кромку с формованной
детали. Кроме того, фрезерованием можно удалить фланцы. При фрезеровании, в
противоположность пилению, нет опасности выламывания нижнею края разреза, что
уменьшает затраты на дополнительную обработку.
Для ПММА можно применять стандартные фрезерные станки по возможности с более
высокой скоростью резания (табл. 5). В качестве инструментов обычно применяются
многолезвийные цилиндрические фрезы, а также крупнозубые двухлезвийные или даже
врезные концевые фрезы, качественно удаляющие стружку.
Табл. 5 Ориентировочные значения для фрезерования (в соотв. с VDI 2003)
Характеристики заточки и работы
Задний угол α
Передний угол γ
Скорость резания
Подача
ПММА
2 - 10
0-5
1000 - 2000 м/мин
до 0,5 мм/об
ПК
5 - 10
до 10
1000 - 2000 м/мин
до 0,5 мм/об
В обычном случае при фрезеровании акриловое отекло не нужно охлаждать. При
применении многолезвийного инструмента большого диаметра охлаждение полезно, а при
применении цилиндрических фрез - необходимо. Можно применять совместимые с
акриловым стеклом эмульсии или масло для смазки и охлаждения режущего инструмента.
Поликарбонат в данном случае должен охлаждаться сжатым воздухом.
Токарная обработка
Акриловое стекло можно обрабатывать на токарном станке подобно очень твердому
дереву. Применяются также обыкновенные металлообрабатывающие токарные станки.
Здесь скорости резания также очень высоки. Как ориентировочное значение действует
следующее: скорость резания в десять раз выше, чем для стали. Для безупречного
результата резания заточка резца имеет решающее значение. Особое внимание должно
быть уделено переднему углу γ (табл. 6) Подобно тому, как при соблюдении условий
сверления образуется непрерывная стружка, в процессе токарной обработки это также
является определяющим фактором качества осуществляемого процесса. На это оказывают
влияние скорость подачи, резания и заточка инструмента.
Табл. 6 Ориентировочные значения для токарной обработки (в соотв. С VDI 2003)
Характеристики заточки и работы
Задний угол α
Передний угол γ
ПММА
5 - 10
0-4
ПК
5 - 10
0–5
0 - 10
Угол установки (угол реж. инстр. в плане)
ок 15
ок 45
200 - 300 м/мин
0,1 - 0,5 мм/об
до 6 мм
45 - 60
Скорость резания
Подача
Глубина резания
200 - 300 м/мин
0,1 - 0,5 мм/об
до 6 мм
Токарные резцы с поверхностью из твердого сплава хорошо подходят для грубой
черновой обработки, глубина резания должна быть не более 6 мм. Для последующей
чистовой обработки обычно используются инструменты из быстрорежущей стали.
Резцы должны быть с радиусом вершины не менее 0,5 мм. При еще больших радиусах
вершины, т.е. при круглозаточенных резцах, одновременно высокой скорости резания и
незначительной подаче, а также минимальной глубине резания, обработанная начисто
поверхность может без промежуточного процесса шлифования непосредственно
подвергаться полировке. Для охлаждения в данном случае также может применяться
совместимая с акриловым стеклом сверлильная эмульсия или для поликарбоната сжатый
воздух.
Шлифование
С помощью шлифования и последующей полировки можно из шершавых и матовых
кромок разреза получить высокоглянцевую прозрачную поверхность. Шлифование может
осуществляться как вручную стандартной шлифовальной бумагой и покрытым
шлифовальным блоком, так и машинным способом. Для машинного шлифования
подходит вращающийся тарельчатый шлифовальный круг, качающийся шлифовальный
или ленточно-шлифовальный станки. Сильного и длительного надавливания при
шлифовании следует избегать, т.к. возникающее от трения тепло вызывает напряжения и
повреждения поверхности. Поэтому шлифование всегда должно осуществляться влажным
способом. В зависимости от глубины следов обработки или царапин на поверхности
заготовки соответствующим образом выбирается грануляция шлифовального средства:
чем глубже след обработки, тем грубее грануляция. Шлифование всегда должно
осуществляться в несколько этапов с все более тонкой грануляцией.
Рекомендуется способ в три ступени:
Грубо, грануляция 60
Средне, грануляция 220
Тонко, грануляция 400 - 600
При этом следует следить, чтобы при каждой стадии были полностью устранены следы
предыдущей. Когда последний процесс шлифования устранит все следы
предшествующего, можно приступать к полированию.
Полировка
Полировка - последняя ступень обработки для получения высокоглянцевой прозрачной
поверхности. Кромки разреза отполировать легко, но полирования больших поверхностей
следует избегать, т.к. идеально выполнить эту операцию очень трудно, и чаще всего следы
окончательной обработки остаются заметными. Обычно для полировки применяются мази
и пасты. Непосредственно после обработки следы полировальных средств необходимо
тщательно удалить, споласкивая водой.
Машинная полировка может осуществляться тремя методами:
полировка на ленте, тканевом круге или сукне;
полировка пламенем;
алмазная полировка.
Поскольку войлок, тканевый круг и замша - очень мягкие материалы, полируемые
поверхности должны быть заранее обработаны начисто. В противном случае
После полировки поверхность хоть и станет блестящей, все же оставшиеся царапины и
внешние повреждения останутся заметными. При обработке краев подготовка к
полированию производиться циклей. Следует избегать обусловленного трением перегрева
поверхности материала и связанного с ним термического повреждения.
Края и детали малого размера полируются преимущественно на войлочных лентах. В этом
случае их легко закреплять и перемещать. Заготовка должна быть и постоянном
вращении, чтобы неровности войлочных лент или тканевого круга не вызывали брака.
Оптимальная скорость движения войлочной ленты - около 20 м/с.
Тканевые круги наилучшим образом подходят для полировки больших и криволинейных
поверхностей. Подобные круги представляют собой пакеты материала (фланель или др.), в
которых слои ткани расположены как можно менее плотно, чтобы создать возможность
отвода тепла от трения с помощью вентиляции. Скорость перемещения по наружному
диаметру полировального крута должна быть между 20 и 40 м/с. Если достигнутый
машинной обработкой глянец недостаточен, можно дополнительно дополировать
поверхность вручную мягкой, не оставляющей волокон тканью или ватой с применением
полировальной эмульсии.
При полировке акрилового стекла пламенем подобными сварочной горелке устройствами
несмотря на то, что чистовая обработка, как дополнительная операция, не осуществляется,
края все же должны быть освобождены от остатков предыдущих обработок, прилипшей
стружки, например. Поскольку следы предшествующего фрезерования или пиления после
огневой полировки еще видны, этот экономически выгодный метод годится только в тех
случаях, когда к полированной поверхности не предъявляются высокие требования.
Огневая полировка толстых пластин может вызвать высокие поверхностные напряжения.
Неаккуратная работа приводит к попаданию пламени на поверхность заготовки за
кромкой разреза и к связанным с этим термически обусловленным напряжениям в
материале. При дальнейшей обработке или при последующем применении они могут
вызвать образование трещин, если материал окажется в контакте с растворителями лака
или клея, или с чистящими средствами.
Алмазная полировка подходит в основном для серийного производства. При применении
этого метода нет необходимости в предшествующей чистовой обработке. Резание и
полирование осуществляются в ходе одной операции. Для данного типа полировки
используются высококачественные прецизионные инструменты и оборудование. Это
могут быть фрезерные ножевые головки с минимум двумя алмазами в режущем элементе,
либо оснащенные алмазным режущим элементом резцы. Следует обращать внимание на
качественное удаление стружки. Оборудование должно работать без вибраций, чтобы
исключить появление дефектов на заготовке. При полировальном фрезеровании алмазом
возникают острые края, которые целесообразно снять циклей.
В таблице 7 дается обозрение отдельных методов полировки.
Табл. 7 Полировка акрилового стекла
Метод
Тканевый круг и
фетровая лента
Качество
очень хорошее
поверхности
Напряжения
средние
Затраты времени
от высоких до очень
высоких
Капиталовложения
средние
Полировка
пламенем
среднее
Алмазная полировка
очень высокие
низкие
от хорошего до очень
хорошего
средние
низкие
высокие
очень высокие
Для поликарбоната полировка поверхности достаточно проблематична, только огневая
полировка имеет смысл.