Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ КАПРОЛОНА

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 обработки заготовок из капролона, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно (патент РФ №2317196, B29C 37/00, БИ №6, 2008).

Однако известный способ не позволяет обеспечивать высокую производительность и получать высокие физико-механические свойства изделий (прочность при растяжении, твердость, прочность при статическом изгибе).

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности обработки заготовки и физико-механических свойств изделий.

Указанная задача решается тем, что в способе, включающем обработку заготовок из капролона, при котором заготовке и режущему инструменту сообщают относительное движение формообразования, а подачу осуществляют дискретно, согласно изобретения, одновременно с резанием производят процесс облучения заготовки наносекундными электромагнитными импульсами, при этом в качестве электродов для облучения наносекундными электромагнитными импульсами используют резец и скользящий элемент, которые контактируют с заготовкой из капролона и изолированы от металлических частей станка. Кроме того, при этом используют наносекундные электромагнитные импульсы длительностью 1 нс, амплитудой от 8 до 12 кВ, мощность в одном импульсе от 1 до 2 МВт, частота повторения импульсов 1000 Гц.

При этом одновременная обработка заготовки резанием и наносекундными электромагнитными импульсами способствует возбуждению полимерных цепей, что вызывает уменьшение энергии ее связи. Данный эффект приводит к уменьшению механической стабильности нагруженной полимерной сетки и таким образом способствует разрыву цепи, возникновению разрушения или распространению трещины, увеличению дефектных тест, т.е. его разрыхлению и охрупчиванию и, следовательно, к снижению механической прочности материала.

Предлагаемые режимы заготовки обработки наносекундными электромагнитными импульсами являются оптимальными для обработки капролона.

Для реализации способа обработки заготовок из капролона используют слудующее оборудование.

Заготовка 1 из капролона установлена в токарном станке с режущим инструментом 2 (резцом). Для вращения заготовки имеется привод 3 и устройство подачи 4 режущего инструмента 2. Токарный станок оборудован генератором 5 облучения заготовки 1. При этом в качестве электродов для облучения заготовки 1 наносекундными электромагнитными импульсами используют режущий инструмент 2 (резец) и скользящий элемент 6, которые контактируют с заготовкой 1 и изолированы с помощью изоляции 7 от металлических частей станка.

Для осуществления способа используют генератор 5 наносекундных электромагнитных импульсов (ГНИ-01-1-6), изготовленный Южно-Уральским государственным университетом, имеющим следующие параметры:

- полярность импульсов - положительная;

- амплитуда импульсов более 8 кВ;

- длительность импульсов - 1 нс;

- мощность одного импульса более 1 МВт;

- максимальная допустимая частота следования генерирующих импульсов -1000 Гц;

- максимальный ток, потребляемый генератором во всем диапазоне питающих напряжений, не более 1,7 А при частоте 61 кГц.

Пример реализации способа.

Заготовку 1 из капролона закрепляют в токарном станке известным способом. Затем к режущему инструменту 2 и к скользящему элементу 6 с помощью электродов подключают генератор 5 наносекундных электромагнитных импульсов и производят обработку импульсами длительностью 1 нс, амплитудой от 8 до 12 кВ, мощностью в одном импульсе от 1 до 2 МВт, частотой повторения импульсов 1000 Гц. Одновременно производят механическую обработку заготовки 1 режущим инструментом 2 с образованием стружки. Режимы токарной обработки устанавливаются экспериментально.

При этом обработка наносекундными электромагнитными импульсами способствует возбуждению полимерных цепей, что вызывает уменьшение энергии ее связи. Данный эффект приводит к уменьшению механической стабильности нагруженной полимерной сетки и таким образом способствует разрыву цепи, возникновению разрушения или распространению трещины, увеличению дефектных тест, т.е. его разрыхлению и охрупчиванию и, следовательно, к снижению механической прочности материала.

Это позволяет увеличить скорость резания и величину подачи, повысить производительность обработки полимера. Качество обработанной поверхности значительно улучшается, кроме того получаются высокие физико-механические свойства изделий (прочность при растяжении, твердость, прочность при статическом изгибе), которые зафиксированы и подтверждены длительными эксплуатационными испытаниями.

В отличие от аналогов предлагаемый способ обеспечивает повышение производительности обработки, а также прочности, жесткости, модуля упругости изделий на основе капролона в процессе эксплуатации за счет повышения качества поверхностной зоны материала, обработанной наносекундными электромагнитными импульсами и обычной токарной операцией.