Токарная обработка полиамида и полиацеталя: режимы резания и практические рекомендации

Полиамид (ПА-6, капролон) и полиацеталь (POM, Delrin®, Celcon®) — два наиболее востребованных конструкционных пластика в современном машиностроении [2]. Они успешно заменяют металлы в узлах трения, механизмах передач и деталях, работающих в контакте с агрессивными средами, благодаря уникальному сочетанию прочности, износостойкости, низкого коэффициента трения и химической стойкости [4]. Однако обработка этих материалов на токарных станках имеет свою специфику, принципиально отличающуюся от обработки металлов. Низкая теплопроводность, высокая пластичность, склонность к термическому расширению и деформациям требуют от технологов особого подхода к выбору инструмента, режимов резания и методов фиксации заготовок [3]. Компания «БОРИС-88» с 1998 года специализируется на серийном производстве деталей из конструкционных пластиков по чертежам заказчика. В этой статье мы подробно разберем особенности токарной обработки полиамида и полиацеталя, оптимальные режимы, выбор инструмента и методы предотвращения типичных проблем. Подробнее о наших возможностях вы можете узнать на странице токарной обработки полиамида и в разделе «Конструкционные пластики».

Содержание

• Полиамид и полиацеталь: свойства и классификация
  • Полиамид (ПА-6, капролон)
  • Полиацеталь (POM): POM-H и POM-C
• Особенности токарной обработки конструкционных пластиков
  • Низкая теплопроводность и перегрев
  • Высокий коэффициент термического расширения
  • Упругость и деформации
  • Стружкообразование
  • Влагопоглощение полиамида
• Выбор инструмента для токарной обработки
  • Материалы режущей части
  • Геометрия резца
  • Острота кромки и заточка
• Оптимальные режимы резания
• Охлаждение при обработке пластиков
• Способы фиксации заготовок
• Учет влагопоглощения и стабилизация размеров
• Типовые детали и области применения
• Контроль качества при точении пластиков
• Возможности нашего производства
• Как заказать токарную обработку деталей из полиамида и полиацеталя

Полиамид и полиацеталь: свойства и классификация

Полиамид и полиацеталь относятся к классу конструкционных термопластов, обладающих высокими механическими свойствами и широко применяемых в машиностроении [2, 4].

Полиамид (ПА-6, капролон)

Полиамид-6 (капролон) — один из самых распространенных конструкционных пластиков. Выпускается в виде стержней, листов и блоков [6]. Ключевые свойства [6]:

• Высокая прочность и износостойкость — успешно заменяет бронзу и латунь в узлах трения.
• Низкий коэффициент трения — хорошие антифрикционные свойства.
• Химическая стойкость — устойчив к маслам, топливу, щелочам.
• Высокое влагопоглощение — может поглощать до 6-7% влаги, что вызывает разбухание и изменение размеров [6].

Полиацеталь (POM): POM-H и POM-C

Полиацеталь (полиоксиметилен) существует в двух основных типах [2]:

POM-H обладает более высокой прочностью и жесткостью, что критично для зубчатых передач и точных механизмов. POM-C предпочтительнее там, где требуется повышенная химическая стойкость и безопасность при контакте с жидкостями или в медицинских изделиях [2].

Особенности токарной обработки конструкционных пластиков

При обработке полиамида и полиацеталя необходимо учитывать их физико-механические отличия от металлов [3, 6].

Низкая теплопроводность и перегрев

Теплопроводность полиамидов значительно ниже, чем у металлов. Выделяемое при резании тепло не рассеивается, а концентрируется в зоне обработки, что ведет к местным перегревам [3]. Температуры плавления полиамидов намного ниже, чем у металлов, поэтому при перегреве происходит размягчение, оплавление и даже разложение материала [3]. Максимальная температура при обработке термопластов не должна превышать 60-120°С [6].

Высокий коэффициент термического расширения

Коэффициент теплового расширения пластмасс значительно выше, чем у металлов [4, 6]. Это означает, что при нагреве в процессе обработки деталь расширяется, а после остывания дает усадку. Для получения точных размеров перед измерениями деталь необходимо полностью охладить [6].

Упругость и деформации

Жесткость ненаполненного полиамида во много раз меньше жесткости металлов, особенно при повышенных температурах [3]. Это вызывает изменение размеров отверстий при обработке — материал "пружинит" [6]. Тонкостенные детали могут деформироваться под действием сил резания и зажима.

Стружкообразование

Полиамид при точении образует длинную спиралевидную стружку, которая может наматываться на заготовку и инструмент, создавая аварийные ситуации [6]. Необходимо предусмотреть эффективный отвод стружки.

Влагопоглощение полиамида

Полиамид имеет высокое влагопоглощение (до 6-7% от массы) [6]. При напитывании влагой он не только теряет физические характеристики, но и меняет линейные размеры. Поглощение 3% влаги вызывает изменение размеров примерно на 0,5% [6]. Это критично для изготовления прецизионных деталей.

Выбор инструмента для токарной обработки

Правильный выбор инструмента — ключевой фактор качественной обработки пластиков [5, 6].

Материалы режущей части

• Быстрорежущая сталь (Р6М5, Р9, Р18): Отлично подходит для обработки пластиков, легко затачивается до острой кромки [1, 6].
• Твердые сплавы (ВК8, Т15К6): Обеспечивают более высокую стойкость в серийном производстве. Резцы из вольфрамового твердого сплава или алмазные предпочтительны для обработки термопластов с добавкой стекловолокна [6].
• Пластины по алюминию: Многие специалисты успешно используют китайские пластины, предназначенные для обработки алюминия [1].

Геометрия резца

Для обработки конструкционных пластиков рекомендуется следующая геометрия [5]:

Важно, чтобы режущая кромка была установлена так, чтобы она только касалась пластмассы, без излишнего давления [6].

Острота кромки и заточка

Главное условие качественной обработки пластиков — исключительно острый инструмент [1, 6]. Тупые кромки вызывают перегрев, налипание материала и ухудшение качества поверхности. Заточку следует производить до минимального радиуса скругления, передние и задние поверхности рекомендуется доводить до высокой чистоты.

Оптимальные режимы резания

Режимы резания существенно отличаются от металлообработки. Основные рекомендации [1, 5, 6]:

Рекомендации по режимам:

• При меньших скоростях резания (ниже 200 м/мин для полиамида) возможно смятие поверхностных слоев и ухудшение качества поверхности [5].
• Подачу можно выбирать "поагрессивнее" для улучшения стружкодробления [1].
• Для достижения высокой чистоты поверхности рекомендуется использовать малые подачи и большой радиус при вершине [1, 5].
• При черновой обработке с большими припусками целесообразно разделять съем материала на несколько проходов для уменьшения тепловыделения [4].

Охлаждение при обработке пластиков

Вопрос применения СОЖ требует осторожного подхода:

• Для полиамида: из-за высокого влагопоглощения не рекомендуется использовать водные эмульсии. Лучше применять масляные СОЖ, сжатый воздух или работать без охлаждения [6].
• Для полиацеталя: возможно применение сжатого воздуха или специальных СОЖ. Важно обеспечить отвод тепла, особенно при высоких скоростях.
• Общие рекомендации: при сверлении глубоких отверстий необходимо периодически вынимать сверло для охлаждения и удаления стружки [6]. Следует позаботиться о хорошем удалении стружки с режущего инструмента [6].

При использовании охлаждения важно убедиться, что оно не вызывает термического шока и не ухудшает качество поверхности.

Способы фиксации заготовок

Закрепление заготовок из пластиков требует особого подхода из-за их упругости и малой жесткости [1, 6]:

• В патроне: необходимо уменьшить зажимные усилия по сравнению с металлами. Слишком сильный зажим деформирует заготовку.
• С поджимом центром: для длинных заготовок рекомендуется применение заднего центра для предотвращения прогиба.
• На оправке: для тонкостенных деталей эффективны разжимные оправки или специальные втулки [1].
• Боковая фиксация: при обработке наружного диаметра тонкостенных втулок часто применяют боковую фиксирующую оснастку [6].

Детали следует поддерживать соответствующим образом во время обработки для избегания прогибов [6].

Учет влагопоглощения и стабилизация размеров

Для полиамида критически важно учитывать влагопоглощение [6]:

• Изменение размеров: поглощение 3% влаги вызывает изменение размеров примерно на 0,5%. Тонкостенные детали (до ~10 мм) могут поглощать влагу быстрее и в большем объеме.
• Рекомендации: для прецизионных деталей из полиамида необходимо учитывать возможное разбухание при эксплуатации во влажной среде. Для особо точных применений рекомендуется использовать полиацеталь, который имеет минимальное влагопоглощение.
• Термообработка (отжиг): для снятия остаточных напряжений после обработки рекомендуется проводить отжиг, особенно для деталей с асимметричной обработкой или большими изменениями поперечного сечения [6]. Для заготовок большого диаметра (>100 мм) рекомендуется предварительный нагрев до 80-120°C перед обработкой [6].

Допуски при обработке: Основное правило — соблюдение допуска 0,1-0,2% от номинального размера. Минимальный допуск для малых размеров составляет 0,05 мм [6].

Типовые детали и области применения

Полиамид и полиацеталь широко применяются для изготовления ответственных деталей [2, 4]. На нашем производстве мы изготавливаем следующие виды изделий (полный перечень на странице «Детали на заказ»):

Примеры готовых изделий можно посмотреть в галерее наших работ.

Контроль качества при точении пластиков

Готовые детали из полиамида и полиацеталя проходят многоступенчатый контроль в нашем отделе технического контроля (ОТК):

• Визуальный контроль — проверка на отсутствие оплавлений, задиров, трещин, следов перегрева.
• Контроль размеров — микрометры, штангенциркули, нутромеры. Важно проводить измерения после полного остывания детали.
• Контроль чистоты поверхности — при необходимости измерение шероховатости профилометром.
• Стабилизация размеров — для ответственных деталей проводится контроль после 24-часовой выдержки.

По требованию заказчика предоставляется паспорт качества с протоколами замеров.

Возможности нашего производства

Для токарной обработки полиамида и полиацеталя мы используем современный парк оборудования с ЧПУ (токарное оборудование ЧПУ):

Для универсальных работ и крупногабаритных деталей применяется токарно-винторезный станок 1В625М/1500 с УЦИ (Ø до 500 мм, L до 1000 мм) из раздела «Токарное оборудование универсальное».

Подробнее о парке оборудования – на странице «Наше оборудование».

Имея многолетний опыт обработки конструкционных пластиков, мы гарантируем:

• Точность размеров в пределах 0,1-0,2% от номинала (минимально 0,05 мм) [6].
• Высокое качество поверхности без оплавлений и дефектов.
• Стабильность результатов в серийном производстве (минимальная партия — от 100 штук).
• Учет влагопоглощения и термического расширения при назначении режимов.

Как заказать токарную обработку деталей из полиамида и полиацеталя

Для получения расчета стоимости и сроков изготовления деталей из полиамида или полиацеталя отправьте чертежи (PDF, DWG, CDR, KOMPAS) и укажите требуемый объем партии. Наши технологи проведут бесплатный анализ и подготовят оптимальное коммерческое предложение с учетом всех особенностей материала и ваших требований.

Производство: Московская область, г. Подольск, ул. Комсомольская, 1. Ежедневно с 7:00 до 19:00 (без выходных). Ориентир в навигаторах: «БОРИС-88 ПОДОЛЬСК».

Офис в Москве: ул. Вавилова, 9А, стр. 6, офис 12. Пн–Пт с 8:00 до 16:00. Ориентир в навигаторах: «БОРИС-88».

Ссылка на страницу контактов: https://boris88.ru/kontaktyi/

Условия оплаты и доставки: https://boris88.ru/oplata/

Список литературы:

1. Токарная обработка пластика (полиамид) // Форум ChipMaker. – 2020. – URL: https://www.chipmaker.ru/topic/232461
2. POM-H и POM-C: наглядное руководство для инженеров // Tuofa CNC Machining. – URL: https://www.tuofa-cncmachining.com/ru/tuofa-blog/pom-h-vs-pom-c.html
3. Механическая обработка изделий из полиамидов // Справочник химика 21. – URL: https://www.chem21.info/article/129113/
4. Обработка ПОМ на станках с ЧПУ: как обрабатывать ПОМ-пластик? // WayKen. – 2023. – URL: https://www.waykenrm.com/ru/blogs/cnc-machining-pom/
5. Обработка полиамида ПА-6 (капролон) // Арморика. – 2022. – URL: https://armorika.ru/obrabotka-poliamida-pa-6-kaprolon.html
6. Механическая обработка Капролона // polimer1.ru. – URL: https://polimer1.ru/mehanicheskaya-obrabotka/mehanicheskaya-obrabotka-kaprolona