ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ ПОЛИМЕРОВ ОТ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

STUDIES OF THE DEPENDENCE OF POLYMER PROCESSING MODES ON INSTRUMENTATION

Danila Alekseev

student, department «Engineering», Togliatti State University,

Russia, Tolyatti

Vadim Gulyaev

scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Equipment and Technologies of Machine-Building Production, Togliatti State University,

Russia, Tolyatti

Tatyana Naidenko

scientific supervisor, teacher, Department of Equipment and Technologies of Machine-Building Production, Togliatti State University,

Russia, Tolyatti

АННОТАЦИЯ

В данной статье будет рассмотрен вопрос фрезерной обработки полимера (капролон) с точки зрения оптимального выбора режимов работы фрезерного станка и выбора инструмента для его обработки. Вопрос будет решён с помощью фрезерной обработки с выбранными параметрами и математических расчётов. По итогу получена математическая модель, результаты которой можно использовать для обработки полимеров.

ABSTRACT

This article will deal with the issue of milling polymer (caprolon) in terms of optimal choice of milling machine modes and choice of tool for its machining. The question will be solved by milling with selected parameters and mathematical calculations. As a result, a mathematical model is obtained, the results of which can be used for machining polymers.

Ключевые слова: фрезерная обработка, стойкость фрез, режимы обработки, нагрев.

Keywords: milling, milling resistance, machining modes, heating.

В 21 веке с увеличением населения, возросла и нагрузка на промышленный сектор в который входят компании, производящие оборудование, сельскохозяйственную продукцию, транспортную инфраструктуру, автомобили и т.д. С увеличением нагрузки возрастает и потребность в быстром и массовом производстве того или иного товара. С 2019 года потребление изделий из полимеров растёт на 4% в год. Самый распространённый в данный момент способ обработки полимеров — это фрезерование. В данный момент в мире широко используются фрезы из инструментальной стали, твердого сплава и поликристаллического алмаза. По своему виду фрезы могут быть двухпёрые трёхпёрлые четырёхпёрлые. Какие сложности возникают при механической обработки изделий из полимеров?

1. Неправильно подобранные режимы что может привести к затуплению фрезы, а также сокращению срока службы фрезерного станка (из-за чрезмерной нагрузки на станок), но главное это выпуск некачественной продукции.
2. Скол, затуплению лезвий при фрезерной обработки.

Так же к осложнениям может привести и механические свойства обрабатываемого материала, к которым относится:

1. Низкая теплопроводность полимера, что чревато его нагреву и оплавлению.
2. Упругие свойства материалов, что ведёт к повышенному износ инструмента, а также его колебанию при фрезерной обработке.
3. Абразивное воздействие на режущий инструмент и его большая твердость.

Все вышеперечисленные факторы не позволяют быстро и качественно обрабатывать материал, проблема такого рода является актуальной и по сей день.

Исследование

В исследование будут участвовать фрезы:

1. Инструментальная быстрорежущая сталь марки Р6М5
2. Вольфрамокольботовый сплав марки ВК8
3. Безвольфрамовые твердые сплавы марки КНТ16

Сплавы данных фрез обладают теплостойкостью, высокой прочностью твердость и рекомендуются для обработки заготовок из полимеров.

Полимер, который будет использоваться в данном эксперименте блочный полиамид широко известный как капролон. Возьмём капролон марки А, что не допускает наличия пор на разрезе, а также данный материал широко применяется в промышленности для производства изделий путём механической обработки.

Эксперимент будем проводить на фрезерном станке японского производства Roland DMX-540S. Данный фрезерный станок оснащён большим рабочим пространством 500 (X) x 400 (Y) x 155 (Z) мм, погрешностью в 0,001 мм, шпинделем чья мощность варьируется от 400 до 12.000 оборотов/мин, сервоприводы по оси X, Y увеличенной мощности, CL-540 - дополнительная поворотная ось для 4-осевой обработки, а также защитным коробом.

В процессе была осуществлена механическая обработка капролона с режимами: скорость вращения шпинделя S=7000 оборотов/мин, глубина

резания t = 0,2 мм, подача на зуб Sz = 0,158…0,34, мм/зуб, скорость резания V = 44…47 м/с. Данные параметры были выбраны исходя из рекомендаций и предварительного исследования.

Для исследования поверхности применялся электронный микроскоп Carl Zeiss EVO50 с ускоряющее напряжение 0,2 – 30 кВ, максимальным разрешение: 3 нм детекторы вторичных и обратнорассеянных электронов и с Максимальным размером образцов 200х200х100 мм.

Результаты исследования

Как показывают исследования с увеличением и съёма материала увеличивается температура фрез и температура материала на который оказывается механическое воздействие что приводит к оплавлению капролона.

Для более точного исследования были проведены математические расчёты зависимости периода технологической стойкости инструмента от величины подачи на зуб и глубины резания при максимально допустимой оборудованием скорости резания:

1.  

2.  

3.  

По итогу получилось, что инструментальная быстрорежущая сталь марки Р6М5 обрабатывающая полимер при режимах Sz = 0,158 и t = 0,2 мм, показал период стойкости в 24 мин.

При режимах Sz = 0,158 и t = 0,2 мм, вольфрамокольботовый сплав марки ВК8, при обработке капролона показал результат стойкости в 50 мин.

Безвольфрамовые твердые сплавы марки КНТ16 при режимах резанья

Sz = 0,158 и t = 0,2 мм, продемонстрировал результат стойкости 29 мин.

Рисунок 1. График зависимость периода стойкости фрез от величины подачи на зуб при t = 0,2 мм.

Рисунок 2. Зависимость периода стойкости фрез от глубины резания при Sz = 0,158 мм/зуб.

Исходя из приведённых выше данных, предлагается применять следующие рекомендации для получения качественных изделий из капролона:

1. Режимы обработки Sz = 0,158 и t = 0,2 мм, скорость вращения шпинделя S=7000 оборотов/мин.
2. Рекомендуется брать фрезы из инструментальная быстрорежущая сталь марки Р6М5 и вольфрамокольботовый сплав марки ВК8

Данные результатов исследования могут быть полезны на предприятиях, занимающихся изготовлением деталей, оснастки или комплектующих к различным механизмам, исследования помогут ускорить технологический процесс, а также улучшить качество выпускаемой продукции.

Список литературы:

1. Doluk, E.; Rudawska, A.; Kuczmaszewski, J.; Miturska-Barańska, I. Surface Roughness after Milling of the Al/CFRP Stacks with a Diamond Tool. Materials 2021, 14, 6835.https://doi.org/10.3390/ma14226835
2. Зверева А.М., Гуляев В.А. Физическое моделирование конструкционных задач механики // Студенческий форум: электрон. научн. журн. 2020. № 23(116). URL: https://nauchforum.ru/journal/stud/116/74578 (дата обращения: 22.06.2022).
3. Фельдштейна, Э. И. Обрабатываемость сталей / Э. И. Фельдштейна. – М. : Машгиз, 1953. – 254 с.