Рекомендации по обработке заготовок из капролона

Общие сведения


Капролон без проблем обрабатываются на обычных металлообрабатывающих станках, но имеется несколько особенностей, которые необходимо учитывать.

В процессе производства капролона расплав капролактама полимеризуется и приобретает ту геометрическую форму, в которой происходит полимеризация. Так как процессы протекают при повышенных температурах и из-за низкой теплопроводности, блоки произведенного капролона остывают не равномерно. При охлаждении, внешние слои остывают быстрее и сжимают менее остывшие внутренние слои блока капролона, таким образом в блоке формируются внутренние напряжения (чем больше толщина блока, тем выше напряжение).

Из-за плохой теплопроводности и относительно низкой температуры плавления капролона, необходимо максимально осуществлять теплоотвод при механической обработке, чтобы избежать поднятия температуры в изготавливаемой детали, и использовать только хорошо заточенный инструмент. Это позволит избежать тепловой перегрузки пластмассы (изменение цвета, подплавление поверхности, растрескивание). Также необходимо учитывать, что геометрические размеры значительно зависят от температуры самой детали из капролона. Причинами этого является значительно более высокий коэффициент теплового расширения (в 5 раз больше чем у бронзы).

При обработке необходимо также учитывать объёмное расширение в силу влагопоглощения и возможность деформации из-за возникновения остаточных внутренних напряжений во время и после обработки. Последнее явление в основном проявляется для деталей, где обработка происходит асимметрично и/или в случае больших изменений поперечного сечения обрабатываемой детали. В таких случаях термообработка является необходимой (для снижения остаточных напряжений) после предварительной обработки и перед конечной стадией изготовления детали.

Исходя из выше перечисленного, допуска при обработке капролона значительно больше, чем допуска при обработке металлических деталей.

Подготовка к механической обработке


  • Блоки капролона в холодное время года допускаются к обработке только после выдержки в теплом помещении. Продолжительность выдержки зависит от размеров обрабатываемой заготовки.
  • К механической обработке допускаются только равномерно прогретые до температуры не ниже 18°С блоки капролона.
  • Запрещается для прогрева использовать радиаторы центрального отопления, электрокалариферы и т.д.
  • Блоки капролона толщиной свыше 100 мм и диаметром свыше 120 мм перед мех. обработкой необходимо подвергнуть термообработке, для снятия внутренних напряжений. При термообработке требуется обеспечить равномерный прогрев поверхности блока капролона.
  • Термообработка


    Термообработку можно проводить следующими способами:

    1 — В термошкафу равномерный разогрев до температуры 160°С. С выдержкой при данной температуре в течении 3 часов + 15 мин на каждые 10 мм толщины блока капролона. И последующем равномерном охлаждении со скоростью не более 2°С в час до температуры 120°С и до температуры при которой будет проходить мех.обработка (18 – 25°С) при скорости остывания до 10°С в час.

    2 — В минеральном масле равномерный разогрев до температуры 140°С. С выдержкой при данной температуре не менее 10 мин на 10 мм толщины (диаметра) блока капролона. И последующем равномерном охлаждении в масле до температуры при которой будет проходить механическая обработка (18 – 25°С).

    3 — В воде равномерный разогрев до температуры 95°С. С выдержкой при данной температуре в течении 7 часов + 30 мин на каждые 10 мм толщины блока капролона. И последующем равномерном охлаждении в воде до температуры при которой будет проходить механическая обработка (18 – 25°С).

    После термообработки, перед проведением основной механической обработки, необходимо снять поверхностный слой 1-2 мм по всей поверхности блока капролона.

    Общие рекомендации по обработке


    Капролон без проблем обрабатываются на обычных металлообрабатывающих станках, но имеется несколько особенностей, которые необходимо учитывать.

    Из-за плохой теплопроводности и относительно низкой температуры плавления капролона, необходимо максимально осуществлять теплоотвод при механической обработке, чтобы избежать поднятия температуры в изготавливаемой детали. Это позволит избежать тепловой перегрузки пластмассы (изменение цвета и даже подплавление поверхности).

    Для обеспечения качества обрабатываемой поверхности необходимо соблюдать следующие рекомендации:

  • кромки режущего инструмента должны всегда быть в безукоризненном состоянии и хорошо заточенными;
  • режущий инструмент должен быть установлен так, чтобы режущая кромка только касалась пластмассы;
  • следует позаботиться о хорошем удалении стружки с режущего инструмента;
  • в случае большого тепловыделения должно быть обеспечено охлаждение (например, при сверлении);
  • для снятия внутренних напряжений и во избежание растрескивания крупных изделий рекомендуется сложную обработку разделять на простые операции, в промежутках между которыми материал укладывать на 48 часов в воду;
  • Токарная и фрезерная обработка


    При обработке капролона обычно применяются инструменты из углеродистой или быстрорежущей стали или твёрдых сплавов. Допуска при обработке капролона значительно больше, чем допуска при обработке металлических деталей. Причинами этого являются: значительно более высокий коэффициент теплового расширения (в 5 раз больше чем у бронзы), объёмное расширение в силу влагопоглощения и возможность деформации из-за возникновения остаточных внутренних напряжений во время и после обработки. Последнее явление в основном проявляется для деталей, где обработка происходит асимметрично и/или в случае больших изменений поперечного сечения обрабатываемой детали. В таких случаях термообработка является необходимой (для снижения остаточных напряжений) после предварительной обработки и перед конечной стадией изготовления детали.

    Основное правило, которое действует для деталей подвергаемых токарной или фрезерной обработке, это соблюдение допуска 0,1% — 0,2% от номинального размера (минимальный допуск для малых размеров составляет 0,05 мм).

    Требование к инструменту и режимы обработки

    Токарная обработка

    α – Задний угол, ( 5 ÷ 15 °)

     γ – Передний угол, ( 0 ÷ 10 °)

     χ – Главный угол, ( 0 ÷ 10 ° )

                                                                           

    Продольноe точение

    Скорость резания      150 ÷ 320 м/мин 

    Подача                            0,1 ÷  0,5 мм/оборот

    Глубина резания            1 ÷ 10мм

    Растачивание

     

    Скорость резания     140 ÷ 300 м/мин

    Подача                         0,09 ÷ 0,4 5 мм/оборот

    Глубина резания           1 ÷ 10 мм

    Подрезка

    Скорость резания     120 ÷ 240 м/мин

    Подача                        0,08 ÷ 0,4 мм/оборот

    Глубина резания           1 ÷ 4 мм

    Отрезка                                                          

    Скорость резания —   100 ÷ 320 м/мин

    Подача —                      0,05 ÷ 0,5 мм/оборот

     
    Фрезерование

    α – Задний угол, ( 5 ÷ 15 ° ) 

    γ – Передний угол, ( 0 ÷ 15 ° )

     

     

    Фрезерование концевыми фрезами

    Применять быстро режущие фрезы с крупным шагом

    Скорость резания 200 ÷ 500 м/мин

    Подача                   0,1 ÷ 0,3 мм/зуб

    Глубина резания 1 ÷ 6 мм

    Фрезерование отрезными фрезами

    Для фрез из быстрорежущей стали:

    Скорость резания    300 ÷ 200 м/мин

    Подача                        0,01 ÷ 0,03 мм/зуб           

    Для фрез из твердых сплавов: 

    Скорость резания    230 ÷ 300 м/мин

    Подача                        0,01 ÷ 0,03 мм/зуб

                                        

                                     

    Сверление


    Для сверления заготовок капролона хорошо подходят спиральные сверла из быстрорежущей стали, но из-за большого тепловыделения необходимо применение применять воду или сжатый воздух. Для лучшего теплоотвода и отвода стружки, сверло необходимо регулярно вынимать из места сверления, особенно в случае глубоких отверстий. Для отверстий больших диаметров следует, прежде всего, уменьшить обычную толщину перемычки сверла для уменьшения теплоты трения. Также для отверстий большого диаметра рекомендовано работать последовательно, например, для сверления 50 мм: следует сверлить по очереди 12 и 25 мм. После этого диаметр необходимо увеличивать сверлами больших диаметров или с помощью плоского токарного резца.

    Во избежание трещин, для круглых заготовок диаметром более 100 мм при сверлении отверстий, не следует применять спиральные свёрла из быстрорежущей стали. Вместо этого отверстия должны растачиваться с помощью плоского токарного резца, режущая кромка которого устанавливается точно в центр.

    При сверлении сквозных отверстий в конце процесса обработки подача должна быть уменьшена, чтобы предотвратить биение начальной стороны сверлом или плоским резцом, что могло бы вызвать кромочное выламывание. По возможности следует всегда применять механические подачи, чтобы избежать прихватывание и разрушение пластмасс при неравномерной ручной подачи.

    α – Задний угол, ( 10 ÷ 15 ° )

    γ – Передний угол, ( 3 ÷ 5 ° )

    ϕ – Главный угол, ( 90 ÷ 120 ° )

    Скорость резания       50 ÷ 100 м/мин

    Подача                           0,1 ÷  0,3 мм/оборот

    Резание


    Для разрезания заготовок из капролона могут применяться ленточные, циркулярные пилы или ножовочные пилы с относительно большим шагом зубьев, чтобы получить хорошее резание, а не зажимание пильного полотна. Чтобы минимизировать трение между пилой и рабочей поверхностью и избежать зажима или даже излома полотна пилы, детали, обрабатываемые резкой, следует фиксировать на столе.

    α – Задний угол, ( 25 ÷ 40 ° )

    γ – Передний угол, ( 0 ÷ 8 ° )

    ϕ – Шаг зубъев, ( 4 ÷ 10 мм )

    Скорость резания 50 ÷ 500 м/мин

    Склеивание капролона


    Состав клея для капролона:

    Скливание:

    1 — Очистить поверхность, обезжирить ее спиртом или любым другим растворителем.

    2 — Обработать склеиваемые поверхности наждачной бумагой средней зернистости (80-150).

    3 — Удалите оставшуюся крошку чистой мягкой щеткой.

    4 — Нанести по 1 слою на каждую из склеиваемых поверхностей. Толщина одного слоя от 0,3 до 0,5 мм. Расход клея (ориентировочный) – 0.04 кг/м2.

    5 — Соединить склеиваемые поверхности и приложить давление от 0,4 до 0,5 кгс/см2 на 30 мин. После снятия давления обрезать выступающие излишки клея.

    6 — Выдержать для полного отверждения клеевого соединения при 20°С — 24 часа и температуре 80 – 90°С — от 4 до 5 часов.

    Цианакрилатный монтажный клей (PLASTOFIX)

    Скливание:

    1 — Очистить поверхность, обезжирить ее спиртом или любым другим растворителем.

    2 — Нанести клей тонким ровным слоем на одну из поверхностей, подлежащих соединению.

    3 — Немедленно соединить, приложив достаточное давление, для достижения полного контакта между поверхностями.

    4 — Выдержать давление в течение 30-40 сек. Для оптимального отверждения требуется относительная влажность в пределах 40-60%.

    Склеивание капролона с другими материалами


    Для этих целей можно применить:

    1 — двухкомпонентный эпоксидный клей;

    2 — двухкомпонентный полиуретановый клей;

    3 — клеи резиновые с органической основой;

    4 — цианакрилатный клей;

    5 — клеи-расплавы.