Комбинированный способ токарной обработки заготовок из пластмасс
COMBINED METHOD OF TURNING PLASTIC WORKPIECES

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 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 повышение 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 высокие физико-механические характеристики готового изделия, так как предварительной обработке подвергается весь объем материала заготовки, что является причиной образования многочисленных внутренних дефектов (разрывов полимерных цепей, суб- и микротрещин), которые остаются и после токарной обработки.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности и качества обработки заготовки, а также физико-механических свойств изделий.
Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем обработку заготовок из пластмассы, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно, при этом заготовку подвергают предварительной обработке, согласно изобретению предварительную обработку заготовки из пластмассы производят путем ее скручивания до величины касательных напряжений не более 0,8 предела прочности материала заготовки, при этом скручивание производят в направлении противоположному при вращении заготовки во время токарной обработки.
При скручивании заготовки ее материал подвергается сдвиговой деформации, в результате которой в сечении заготовки возникают касательные напряжения, максимальное значение которых находится у края сечения (Зозуля В.В., Мартыненко А.В., Лукин А.Н. Механика материалов. - Харьков: Изд-во Национ. ун-та внутр. дел, 2001. С. 268), то есть в поверхностном слое заготовки. При этом величина создаваемых предварительных касательных напряжений должна быть не более 0,8 предела прочности материала заготовки, так как только при соблюдении данного соотношения обеспечивается стабильность размеров и формы заготовки при деформировании.
Пример реализации способа
Заготовку из пластмассы, например капролона, закрепляют в патроне токарного станка известным способом. Затем производят предварительную обработку заготовки путем ее скручивания за счет приложения внешнего крутящего момента известным способом, в результате чего материал заготовки испытывает сдвиговые деформации, что является причиной возникновения в сечении заготовки касательных напряжений, максимальное значение которых находится у края сечения, то есть в поверхностном слое заготовки.
Величина крутящего момента, прикладываемого к заготовке при скручивании, имеет такое значение, при котором величина предварительных касательных напряжений не превышает 0,8 предела прочности материала.
Соблюдение такого условия гарантирует стабильность размеров и формы заготовки при ее деформировании, так как такой режим нагружения соответствует области упругой деформации, т.е. до развития явления вынужденной эластичности или момента образования на заготовке участка с измененным поперечным сечением.
При скручивании образуется такая структура материала, в которой часть связей разрушена, а часть напряжена и имеет низкую энергию активации связей, что способствует к разрыву части возбужденных связей в полимерных цепях тепловыми флуктуациями. Так как максимальные значения касательных напряжений находятся в поверхностном слое заготовки, то и наиболее технологически разупрочненный материал также находится именно в поверхностном слое. Затем производят точение заготовки режущим инструментом, при этом направление вращения заготовки выбирается противоположным направлению ее скручивания, что обеспечивает формирование более напряженно-деформированное состояние материала в зоне резания на основе суммирования остаточных напряжений после снятия скручивающей нагрузки и напряжений сжатия, возникающих при взаимодействии режущего инструмента с заготовкой. При этом облегчается процесс деформирования срезаемого слоя за счет образования зоны предразрушения. Магистральная трещина приобретает более устойчивое направление развития вдоль линии среза, что является предпосылкой повышения качественных показателей обработанной поверхности, так как снижается вероятность образования вырывов, сколов и подобных дефектов обрабатываемого резанием материала заготовки. Качество обработанной поверхности значительно улучшается, кроме того, обеспечиваются высокие физико-механические свойства изделий (прочность при растяжении, твердость, прочность при статическом изгибе), которые зафиксированы и подтверждены длительными эксплуатационными испытаний.
В отличие от аналогов предлагаемый способ обеспечивает повышение производительности и качество обработки, а также прочности, жесткости, модуля упругости изделий на основе пластмасс в процессе эксплуатации за счет технологического разупрочнения поверхностного слоя обрабатываемой заготовки из пластмассы путем предварительного ее скручивания.