СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА
METHOD OF TURNING OF CAPROLON BLANKS

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при механической обработке заготовок из пластмасс, преимущественно из капролона.
Известен способ механической обработки, например токарной, заготовок из пластмасс, для осуществления которого применяют специальный режущий инструмент, оснащенный твердыми сплавами (В.Н. Подураев. Резание труднообрабатываемых материалов: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1974, с. 574).
Однако реализация такого способа не обеспечивает получение качественной поверхности после обработки ввиду наличия существенных отличий в физико-химических свойствах металлов и пластмасс. При этом образуется значительная шероховатость поверхности, элементы которой создают концентраторы напряжений, негативно влияющие на прочностные характеристики готовой детали в целом.
Ближайшим аналогом является способ обработки заготовок из капролона, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно (патент РФ №2317196, В29С 37/00, БИ №6, 2008).
Однако известный способ не позволяет обеспечивать высокое качество обработанной поверхности и получать высокие физико-механические свойства изделий (прочность при растяжении, твердость, прочность при статическом изгибе), так как параметры резания заготовок капролона (скорость резания, глубина резания и продольная подача) назначаются без учета состояния динамической системы при токарной обработке.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение качества обработанной точением поверхности и физико-механических свойств изделий.
Указанная задача решается тем, что в способе, включающем токарную обработку заготовок из капролона, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, подачу осуществляют дискретно, назначают скорость резания, глубину резания и величину продольной подачи, согласно изобретению, значения скорости резания, глубины резания и продольной подачи назначают соответствующими стабильному состоянию динамической системы станок - приспособление - инструмент - заготовка. Кроме того, токарную обработку производят при скорости резания 145 м/с, глубине резания 1,0 мм, продольной подаче 0,1 мм/об.
Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 приведены фотографии стружек капролона (продольная подача 0,1 мм/об, глубина резания 1 мм): а - скорость резания 100 м/мин; б - скорость резания 150 м/мин; в - скорость резания 180 м/мин; г - скорость резания 240 м/мин. На фиг. 2 представлены зоны нестабильности при обработке капролона: а - подача 0,1 мм/об; б - глубина резания 1,0 мм.
Токарная обработка заготовок из капролона, при которой параметры резания выбираются без учета состояния динамической системы станок - приспособление - инструмент - заготовка не обеспечивают ее стабильность, что приводит к возрастанию колебаний технологической системы, изменению характера процесса стружкообразования и ухудшению параметров качества обработанной поверхности. Напротив, стабильное состояние динамической системы станок - приспособление - инструмент - заготовка обеспечивает низкий уровень колебаний, постоянный характер процесса стружкообразования с образованием непрерывной сливной стружки и низкую шероховатость обработанной точением поверхности. Подтверждением этого служат результаты экспериментальных исследований характера стружкообразования при точении капролона (фиг. 1).
Стружка, представленная на фиг. 1а, является непрерывной сливной и соответствует процессу обработки при стабильном состоянии динамической системы, а стружка, представленная на фиг. 1б, является непрерывной суставчатой и соответствует процессу обработки в области перехода от стабильного состояния к нестабильному. Стружки, представленные на фиг. 1в и фиг. 1г, являются прерывистой стружкой скалывания и прерывистой стружкой с трещинами соответственно и относятся к процессу обработки капролона при нестабильном состоянии динамической системы.
Предлагаемый режим токарной обработки (скорость резания 145 м/с, глубина резания 1,0 мм, продольная подача 0,1 мм/об) заготовок из капролона обеспечивает достижение высокого качества обработанной поверхности, так как его реализация обеспечивает стабильное состояние динамической системы станок - приспособление - инструмент - заготовка, что подтверждается данными экспериментальных исследований шероховатости обработанной поверхности капролона, таблица.
Пример реализации способа.
Заготовку из капролона закрепляют в токарном станке известным способом. Затем производят механическую обработку заготовки режущим инструментом с образованием стружки. При этом режимы токарной обработки выбираются так, чтобы их реализация обеспечивала стабильное состояние динамической системы станок - приспособление - инструмент - заготовка. Выбор конкретных значений осуществляется на основании результатов теоретических и экспериментальных исследований, представленных графически на фиг. 2, в виде границы зон стабильности, полученные при моделировании процесса точения заготовок из капролона
(Еренков О.Ю. Стабильность технологической системы при точении полимерных материалов / О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко, Е.О. Ивахненко // Известия ОрелГТУ. №3-7/271(546) 2008. С. 14-23; Еренков О.Ю. Экспериментальное исследование влияния состояния технологической системы при точении полимерных материалов на шероховатость обработанной поверхности / Еренков О.Ю., Еренков CO., Радченко М.В. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2013. №7. С. 46-48).
Токарная обработка заготовок из капролона, при которой параметры резания выбираются без учета состояния динамической системы станок - приспособление - инструмент - заготовка не обеспечивает ее стабильность, что приводит к возрастанию колебаний технологической системы, изменению характера процесса стружкообразования и ухудшению параметров качества обработанной поверхности. Напротив, стабильное состояние динамической системы станок - приспособление - инструмент - заготовка обеспечивает низкий уровень колебаний, постоянный характер процесса стружкообразования с образованием непрерывной сливной стружки и низкую шероховатость обработанной точением поверхности.
Кроме того, токарную обработку производят при скорости резания до 145 м/с, глубине резания 1,0 мм, продольной подаче 0,1 мм/об, так как реализация данного режима токарной обработки заготовок из капролона обеспечивает достижение высокого качества обработанной поверхности, что подтверждается данными экспериментальных исследований.
В отличие от аналогов предлагаемый способ обеспечивает повышение качества обработанной точением поверхности капролона и физико-механических свойств (прочности, жесткости, модуля упругости) изделий на основе капролона в процессе эксплуатации за счет снижения шероховатости рабочих поверхностей деталей на основе выбора режимов резания, обеспечивающих стабильность динамической системы станок - приспособление - инструмент - заготовка при токарной обработке заготовок из капролона.