УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВСПЕНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к устройству для механической обработки вспененных полимерных материалов различной плотности и может быть использована при изготовлении мерных деталей из материалов такого рода для их последующего применения в различных отраслях промышленного производства.
Известно устройство для механической обработки пористого материала (патент РФ №2169071, опубл. 20.06.2001), содержащее основание, множество направляющих роликов с возможностью вращения, раму, на которой установлено основание, движущуюся непрерывную ленту с возможностью вращения вокруг упомянутого основания, и с возможностью контакта с поверхностью заготовки и ее бездефектного перемещения, а также содержащее обрабатывающее средство, установленное на раме и воздействующее на поверхность заготовки с целью ее механической обработки. В качестве обрабатывающего средства использована фреза, шлифующее средство и полирующее средство. К недостаткам описанного устройства следует отнести примененный в устройстве способ подачи заготовки к обрабатывающему устройству - фрезе, допускающий возможность смещения заготовки относительно обрабатывающего средства, а также сложность обработки крупногабаритных деталей, их деформацию в процессе обработки из-за возникающего в процессе резки усилия на обрабатываемый материал, образование «ступенек» на поверхности обрабатываемого материала в местах перехода обрабатывающего устройства и, как следствие, необходимость применения шлифующего средства и полирующего средства, что в совокупности не позволяет обеспечить заданную точность обработки.
Также известно устройство для резки вспененных пластиков (DE 2149257, опубл. 12.04.1973), содержащее отрезные диски, располагающиеся вертикально и движущиеся по направляющим. Диски выполнены в виде ножей, используемых, например, в составе ленточной раскройной машины. На выходе данного устройства получается тонкая непрерывная лента из обрабатываемого материала. К недостаткам описанного устройства следует отнести сложность обеспечения точности обработки материала из-за недостаточной жесткости примененных в устройстве ножей и эффекта «увода» ножей обрабатываемым материалом, который имеет место при обработке поверхностей крупногабаритных деталей.
Аналогом предлагаемой полезной модели может служить устройство для резки вспененных пластиков (DE 2023562, опубл. 09.12.1971). Резка вспененного полимерного материала осуществляется при помощи горизонтального ножа. Транспортный блок выполнен с использованием бесконечного приводного ремня, причем нож в процессе резки остается неподвижным, а транспортная плита, располагаясь на бесконечном приводном ремне, совершает взаимное перемещение относительно ножа, перемещаясь по круговой траектории по возвратным роликам, движущимся по направляющим, в позицию загрузки и выгрузки материала для обработки. В составе устройства предусмотрен механизм регулировки положения горизонтально расположенного ножа по высоте. Транспортная плита совершает рабочий ход (резка), возврат в исходное положение и завершающий ход для отделения отрезанного слоя. Устройство предусматривает возможность механизации посредством установки регулируемого электропривода с задаваемым редуктором числом оборотов. Устройство может быть выполнено с автоматизированной подачей обрабатываемого материала (питателем). К существенным недостаткам описанного устройства следует отнести невозможность обработки крупногабаритных заготовок, деформацию вспененного материала (замины, вырывы с обрабатываемой поверхности) неподвижным в процессе обработки ножом.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели, является устройство для вырезки тонкослойных пластин из вспененного материала (пенопласта) (CN 103056895, опубл. 24.04.2013), состоящее из рамы, дефлектора с возможностью его перемещения вдоль направляющих, к которому посредством нажимной пластины, прикреплен по меньшей мере один режущий инструмент, например, нож. Устройство снабжено электроприводом. В режиме резки тонкослойных пластин лезвием режущего инструмента, использование приспособления для сбора стружки, не предполагается. Использование данного устройства позволяет экономить электроэнергию, не загрязняет окружающую среду, устройство удобно в использовании. Из описания не ясно, какие именно (жесткие, мягкие) вспененные материалы могут быть обработаны на данном устройстве. К недостаткам описанного устройства следует отнести невозможность обеспечения точности обработки из-за эффекта «увода» лезвия ножа пористым полимерным материалом, как малой, так и высокой плотности, невозможность обработки крупногабаритных заготовок с обеспечением заданной точности, а также низкая производительность процесса обработки.
Техническая задача заключается в создании устройства для механической обработки вспененных полимерных материалов различной плотности, позволяющего формировать равнотолщинные слои обрабатываемого материала, с обеспечением возможности обработки поверхностей крупногабаритных заготовок большой площади (например, прямоугольной формы размером 500*1000 мм) с заданной точностью ±0,25 мм.
Технический результат, который будет достигнут при осуществлении данной полезной модели, заключается в повышении производительности при обеспечении заданной точности механической обработки крупногабаритных заготовок из вспененных полимерных материалов, повышении коэффициента использования материала за счет снижения количества отходов (стружки), снижении неблагоприятного воздействия на окружающую среду, за счет исключения возможности образования токсичных газообразных продуктов термической деструкции полимеров, а также благодаря низкому уровню шума при работе данного устройства.
Для достижения описанного выше технического результата предлагается устройство для механической обработки вспененных полимерных материалов, содержащее раму, по меньшей мере, один нож для обработки материала и держатель ножа, отличающееся тем, что на раме установлена каретка посредством, по меньшей мере, двух роликовых опор, причем каретка снабжена, по меньшей мере, двумя ходовыми винтами, каждый из которых кинематически связан с соответствующим держателем, причем в раме выполнены ячейки для обрабатываемого материала.
Предпочтительно, по меньшей мере один держатель с ножом выполнен с возможностью независимой регулировки своего вертикального положения.
Предпочтительно, каждый держатель с ножом выполнен с возможностью регулировки угла установки ножа к поверхности обрабатываемого материала.
Предпочтительно, каждый держатель с ножом выполнен с возможностью регулировки угла наклона.
Предпочтительно, каждый держатель с ножом выполнен с возможностью регулировки угла поворота.
Предпочтительно, по меньшей мере один держатель ножа выполнен с возможностью установки двух или более ножей.
Предпочтительно, нож снабжен продольно-поперечными ребрами жесткости.
Предпочтительно, нож имеет профилированную режущую кромку.
Предпочтительно, каждый держатель ножа посредством кривошипно-шатунного механизма связан с приводом, обеспечивающим его возвратно-поступательное перемещение.
Предпочтительно, по меньшей мере один ходовой винт имеет привод.
Предпочтительно, каретка имеет привод.
Предпочтительно, упомянутый привод является электромеханическим приводом с регулятором частоты возвратно-поступательного перемещения держателя.
Предпочтительно, упомянутый привод является электромеханическим приводом.
Предпочтительно, упомянутый привод является электромеханическим приводом с регулятором скорости перемещения каретки.
Предпочтительно, упомянутый привод выполнен с возможностью автоматизированного управления.
Настоящая полезная модель поясняется чертежами:
Фигура 1 - устройство для механической обработки вспененных полимерных материалов;
Фигура 2 - кронштейн;
Фигура 3 - узел держателя ножа;
Фигура 4 - ограничитель;
Фигура 5 - расположение держателя с ножом по отношению к обрабатываемому материалу.
Как показано на фигуре 1, предлагаемое устройство для механической обработки вспененных полимерных материалов состоит из рамы (1), на которой посредством двух роликовых опор (4) закреплена каретка (6) с держателем ножа (5) (показан на фигуре 3), в котором закреплен, по меньшей мере, один нож (10). Каретка (6) может быть снабжена приводом, в том числе электромеханическим. Позиционирование ножа осуществляется посредством регулирования положения держателя (5) с ножом (10) по отношению к обрабатываемому материалу вручную или при помощи, например, электромеханического привода, и предусматривает установку держателя (5) под углом α (угол установки ножа (10), показан на фигуре 5a), углом β (угол наклона ножа (10), показан на фигуре 5b) и углом γ (угол поворота ножа (10), показан на фигуре 5c). Роликовая опора (4) снабжена регулируемым ограничителем (3), в составе которого применен регулировочный ролик (12) (показаны на фигуре 4), посредством которого устанавливается зазор между поверхностью рамы (1) и ходовыми роликами (11), который должен быть установлен минимальным при их свободном перемещении. Держатель ножа (5) имеет возможность рабочего возвратно-поступательного перемещения. В режиме резания возможно применение профилированной режущей кромки ножа (10) для формирования слоев обрабатываемого материала переменной толщины. В случае применения электромеханического привода (7) держателя (5) ножа (10), рабочее движение режущего инструмента, т.е. ножа (10), осуществляется посредством кривошипно-шатунного механизма (8). Ходовой винт (13) также может быть оснащен приводом, в том числе электромеханическим. Вращением ходовых винтов, которых в предлагаемом устройстве, по меньшей мере, два, осуществляется регулировка, в том числе прецизионная, положения держателей ножа (5) по вертикали, что позволяет получать на выходе детали переменной толщины. Рама (1) опирается на основание (стол) посредством четырех соединительных элементов, например, кронштейнов (2). Кронштейн показан на фигуре 2. Упомянутые соединительные элементы позволяют регулировать положение рамы (1) по горизонтали или в горизонтальной плоскости. Данным видом регулирования задают требуемый в зависимости от свойств обрабатываемого материала угол наклона рамы (1), что в свою очередь, определяет необходимое усилие, с которым режущая кромка ножа (10) воздействует на обрабатываемый материал (15), расположенный в ячейке (14). В случае установки в держатель ножа (5) двух или более ножей (10), устройство позволяет формировать два и более равнотолщинных слоя обрабатываемого материала, которые могут быть использованы, например, в качестве компонентов слоистого композиционного материала.
В предлагаемом устройстве режущий инструмент в виде ножа изготавливается с заточкой зубьев относительно вектора возвратно-поступательного перемещения ножа (10) предпочтительно в пределах 75-90 град., совершает возвратно-поступательные движения, причем упомянутый вектор может быть повернут на угол предпочтительно от 0 до 25 град, относительно торца обрабатываемого материала. Режущий инструмент (нож) может иметь зубья, шаг, профиль и глубина нарезки которых обеспечивает механическую обработку вспененного полимерного материала различной плотности с образованием поверхности, шероховатость которой удовлетворяет требованиям для выполнения последующих технологических операций (например, склейки или пайки деталей конструкционного назначения из вспененных полимерных материалов), а также обеспечивает точность обработки и форму изготавливаемых из пористых полимерных материалов деталей. Профиль, заточка зубьев, их шаг и глубина нарезки, варьируются в зависимости от свойств обрабатываемого материала. Отличительной особенностью устройства является возможность обработки поверхностей крупногабаритных заготовок, в том числе с технологическим облоем (коркой), сравнительно большой площади, с обеспечением заданной точности обработки, сравнимой с характерным размером ячейки вспененного полимерного материала. В случае обработки поверхностей крупногабаритных заготовок из вспененных полимерных материалов, для обеспечения точности обработки, предпочтительно использование ножа (10) с продольно-поперечными ребрами жесткости, располагающимися, например, с шагом 25-50 мм. Упомянутые выше электро-механические приводы могут быть объедены в единую систему автоматизированного управления с пультом управления (9). Конструкция устройства допускает его масштабирование и обеспечивает простоту изготовления устройства с использованием традиционных методов обработки конструкционных металлических материалов отечественного производства с привлечением рабочего персонала средней квалификации (4-5 разряда), устройство отличается малым весом, который может быть дополнительно снижен за счет применения в его составе полимерных материалов.
Примеры выполнения механической обработки вспененных полимерных материалов на предлагаемом устройстве
Пример 1:
3
Устройство для механической обработки вспененных полимерных материалов использовалось для обработки пенопластов с плотностью от 60 до 120 кг/м. Применялся нож с зубьями с заточкой относительно вектора возвратно-поступательного перемещения ножа (10) в пределах от 75 до 85 град., и располагающийся под углом от 10 до 25 град, относительно торца обрабатываемой заготовки. Нож относительно поверхности обрабатываемого материала поддерживали параллельным.
Процесс резания: Производили крепление одного или двух ножей. Держателю ножа сообщали возвратно-поступательные движения. Наклон рамы по горизонтали составил от 10 до 25 град., что позволило создать необходимое для резки пенопласта данной плотности усилие, с которым режущая кромка ножа воздействует на обрабатываемый материал. Отделяемый материал сходил поверх ножа ровным тонким слоем толщиной 1,0-1,2 мм. Обеспечена заданная точность обработки материала (до ±0,25 мм).
Пример 2:
3
Обработку пористого полимерного материала функционального назначения (пенопласта для панелей шумоглушения) пониженной плотности (до 60 кг/м) производили по описанной выше схеме, применив заточку зубьев в пределах от 85 до 90 град, относительно вектора возвратно-поступательного перемещения ножа (10) и располагающегося под углом до 5 град, относительно торца обрабатываемой заготовки. Положение ножа относительно обрабатываемого материала не изменяли. Наклон рамы пол горизонтали устанавливали в пределах до 5 град., что в совокупности обеспечило механическую обработку пенопласта без вырывов и заминов, с заданной точностью.