СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА
METHOD FOR TURNING WORKPIECES FROM CAPROLON

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 токарной обработки заготовок из капролона, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно, при этом заготовку из капролона подвергают предварительной обработке (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 качества обработанной точением поверхности капролона.
Указанная задача решается тем, что в способе, включающем токарную обработку заготовок из капролона, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно, при этом заготовку из капролона подвергают предварительной обработке, согласно изобретению предварительную обработку заготовки из капролона производят путем нагрева до температуры 150°С со скоростью нагрева 60°С/час, последующей выдержки при данной температуре в течение 20 минут и охлаждения со скоростью 30°С/час до температуры 20°С.
Предварительная обработка заготовки капролона путем термообработки, например, в среде минерального масла или кремнийорганической жидкости, позволяет изменить надмолекулярную структуру капролона, что является предпосылкой повышения качества последующего процесса токарной обработки капролона.
Пример реализации способа.
Вначале производят предварительную обработку заготовки из капролона путем нагрева, например, в среде минерального масла или кремнийорганической жидкости, при этом оптимальным режимом термообработки является нагрев до температуры 150°С со скоростью нагрева 60°С/час с последующей выдержкой при данной температуре в течение 20 минут и охлаждение со скоростью 30°С/час до температуры 20°С. Реализация данных параметров термообработки позволяет изменить надмолекулярную структуру капролона, что доказано результатами экспериментальных исследований.
На снимках представлены результаты исследования надмолекулярной структуры различных образцов капролона с помощью растрового электронного микроскопа марки JSM-6480 (фирма JEOL, Япония), где а - исходный капролон; б - капролон после термообработки (нагрев до температуры 150°С со скоростью нагрева 60°С/час, последующая выдержка при данной температуре в течение 20 минут и охлаждение со скоростью 30°С/час до температуры 20°С).
Структура исходного материала является фибриллярной. После термообработки по выбранному режиму, параметры которого представлены выше, происходит трансформация надмолекулярной структуры капролона от фибриллярной к сферолитной. В результате чего происходит структурное изменение полимера с изменением степени порядка в укладке цепей, что приводит к повышению процентного содержания кристаллической фазы в полимере. Затем заготовку закрепляют на токарном станке и производят резание заготовки обычным инструментом. При взаимодействии поверхностного слоя капролона с режущим клином инструмента облегчается процесс деформирования срезаемого слоя за счет образования зоны предразрушения, благодаря повышенному содержанию кристаллической фазы. 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 капролона.
В отличие от аналогов предлагаемый способ обеспечивает повышение качества обработанной поверхности за счет обеспечения стабильности процесса точения на основе трансформации надмолекулярной структуры капролона в результате термообработки капролона в среде минерального масла и кремнийорганической жидкости.