Капролон: основные методы обработки

Капролон — упругий и скользкий материал с низкими показателями теплопроводности. По этим причинам он требует специфического подхода. Среди общих рекомендаций:

• в холодное время года заготовки из капролона можно обрабатывать только после хранения при комнатной температуре в течение нескольких суток;
• для прогрева нельзя использовать радиаторы отопления, электрокалориферы и пр.;
• режущий инструмент должен быть хорошо заточен, после работы с него необходимо тщательно удалить стружку.

Рассмотрим основные методы обработки капролона, среди которых — механическая, термическая и фрезерная.

Механическая обработка

Механическая обработка или резка капролона требует учета его специфических свойств, среди которых — высокая прочность и вязкость. Сопротивление резанию у материала незначительное, но за счёт низких теплопроводности и теплостойкости не рекомендуется работать на больших скоростях. Это может привести к нагреванию инструмента и плавлению капролона. Результат — кривой шов, наличие заусенцев, обугленные заготовки.

С учётом плохой теплопроводности и сравнительно низкой точки плавления рекомендуется свести выделение тепла при мехобработке к минимуму. Также стоит учитывать низкую в сравнении со сталью прочность заготовок, поэтому при обработке прижимное усилие должно быть меньше. Это предотвратит раздавливание.

Механическая обработка возможна только с равномерно прогретыми до температуры не менее 18°С капролоновые блоки. Чтобы избежать коробления тонкостенных изделий, необходимо сначала снять поверхностный слой (около 2 мм).

Для обработки капролона рекомендуется использовать твердосплавный инструмент из углеродистой и быстрорежущей стали. Продолжительная обработка требует применения инструментов с наконечниками из карбида вольфрама или с алмазной режущей кромкой. Особенно если речь идёт о капролоне, армированном стекловолокном или углеродным волокном.

Для резки используются преимущественно ручные резаки, дисковые и ленточные пилы шириной 15-25 мм, толщиной 0,5-1 мм и шагом зубцов 0,8-2 мм. Скорость резки — 15-20 м/с (ручная подача).

Листы капролона разрезают как вручную, так и механическим способом. При работе с толщиной более 3 мм применяют ручные резаки, для механической обработки — ленточные пилы. Важна хорошая заточка инструментов, притупление зубьев недопустимо.

Допуски при обработке для деталей из полимерных материалов обычно значительно шире, чем для металлических деталей. Это обусловлено большим коэффициентом теплового расширения и возможными деформациями, вызванными внутренними напряжениями во время и после обработки.

Как правило, для токарных и фрезерных работ допуск на обработку должен составлять от 0,1 до 0,2% от номинального размера. Минимальный допуск для малых размеров составляет 0,05 мм. 

Термическая обработка

В ходе изготовления капролоновых расходников (листов, стержней, блоков и пр.) нельзя избежать образования внутренних напряжений, особенно при работе с литьевым материалом. Для заготовок, диаметр и толщина которых превышает 60 мм, необходима термическая обработка. Она позволяет свести к минимуму риск геометрического искажения, растяжения и разрыва.

Термообработка капролона осуществляется в масле и воде, важно чёткое соблюдение всех этапов в ходе нагрева и остывания.

Термическая обработка в масле подразумевает нагрев до 160°С. Выдерживать материал необходимо 3 часа, плюс 15 минут на каждые 10 мм толщины. Например, блок толщиной 200 мм нужно держать при температуре в 160°С в течение 3 часов + 15x20 минут — то есть, 480 минут (8 часов).

Охлаждение осуществляется в два этапа: до 120°С со скоростью не более 2°С в час и затем до комнатной температуры со скоростью, не превышающей 10°С в час.

Термообработка в воде осуществляется при температуре 94-98°С в течение 7 часов + 0,04*на толщину детали. Охлаждение заготовки проводят в воде со скоростью не более 5°С в час до температуры 20-30°С.

Фрезерная обработка

Токарная обработка капролона производится специально заточенными резцами на обычном токарном оборудовании. Для токарной обработки капролона применяют резцы из инструментальной углеродистой и быстрорежущей стали.
Для механической обработки капролона с твердыми наполнителями (стекловолокно, металлические порошки и т.п.) рекомендовано применять твердосплавные пластины ВК 6, ВК 8.
Геометрия резца: передний угол γ до 15-20°, задний угол α до 20°, угол в плане φ=45°. Вершины резца закруглить радиусом 0,6-1,5 мм.
Режимы резания: подача S = 0,1-0,15 мм/об, при черновой обработке S до 0,5 мм/об; скорость резания Vрез.= 200-300 м/мин; чистота обработки β= 2,0-0,80.
При токарной обработке может быть применено жидкостное охлаждение (эмульсией или водой).

Токарная обработка

Токарная обработка капролона производится специально заточенными резцами на обычном токарном оборудовании. Для токарной обработки капролона применяют резцы из инструментальной углеродистой и быстрорежущей стали.
Для механической обработки капролона с твердыми наполнителями (стекловолокно, металлические порошки и т.п.) рекомендовано применять твердосплавные пластины ВК 6, ВК 8.
Геометрия резца: передний угол γ до 15-20°, задний угол α до 20°, угол в плане φ=45°. Вершины резца закруглить радиусом 0,6-1,5 мм.
Режимы резания: подача S = 0,1-0,15 мм/об, при черновой обработке S до 0,5 мм/об; скорость резания Vрез.= 200-300 м/мин; чистота обработки β= 2,0-0,80.
При токарной обработке может быть применено жидкостное охлаждение (эмульсией или водой).

Сверление отверстий

Для сверления в капролоне отверстий применяют стандартные спиральные и перовые сверла с измененной геометрией режущей части.
Для получения хорошего качества поверхности стенок отверстия ширина ленточки должна равняться 0,15-0,3 мм. Длину ленточки делают равной толщине листа плюс 6-10 мм.
Заточку сверл и шлифование ленточки производят на универсально-заточном станке в специальном приспособлении. После заточки и шлифования все режущие кромки сверла заправляют для снятия заусенцев и рисок.
Вырезку в листах отверстий диаметром 40-160 мм производят циркуляционными резцами. Радиусы при вершине резца не делают.
Обрабатываемый материал должен плотно прилегать к базовым поверхностям, обрабатываемая поверхность должна быть перпендикулярна сверлу.
Подточка перемычки и передних граней должна быть выполнена симметрично относительно осевой линии сверла.
При сверлении капролона стандартными сверлами (для металла) наблюдается «затягивание» сверла в материал и его заедание. Этот недостаток устраняется, если сверло удовлетворяет следующим требованиям: угол наклона канавки 15-17°, угол при вершине до 70°, задний угол – 4-8°, при следующих режимах сверления подача S – 0,1-0,3 мм/об, V резан. – 20-50 м/мин.
Условия качественного сверления капролона: высокая частота вращения сверла, небольшие подачи и частый его подъем.
При обработке отверстий необходимо применять сверла несколько большего (на 0,04-0,1 мм) диаметра, чем диаметр отверстия. Это позволяет учесть несоответствие размеров, получать отверстия необходимых размеров с учетом отклонений в результате упругой деформации материала, а также усадочных и релаксационных явлений в нем при повышении температуры за счет трения.
Отверстия большого диаметра лучше сверлить поэтапно. Начинать сверлом диаметром 8-12 мм, затем 25 мм с последующим доведением отверстия до необходимого размера.
При сверлении или расточке сквозных отверстий для предотвращения отщеплений и отломов, при подходе к задней границе сверления скорость подачи должна быть снижена.
Сильное давление при зажиме заготовки, неправильная заточка инструмента и несоблюдение рекомендаций по отводу тепла приводят к растрескиванию и последующему разрушению заготовки.

Нарезание резьбы

Небольшие внутренние и наружные резьбы нарезают стандартными плашками и метчиками из быстрорежущей стали при скорости 12-20 об/мин и смазке маслом или мыльным раствором.
У метчиков должен быть передний угол отрицательным γ= - (5-10°), а канавки с целью повышения срока службы инструмента должны полироваться и хромироваться.

Особенности гидроабразивной резки капролона

Фрагментирование синтетического материала происходит при помощи воды с примесями абразива. Смесь подается в режущее сопло под высоким давлением со сверхзвуковой скоростью. Сила напора жидкости разрушающе воздействует на капролон, делая аккуратный и красивый рез по строго заданным координатам. Метод практически полностью исключает появление деформаций или каких-либо других повреждений в месте обработки.

Преимущества гидроабразивной резки капролона

Раскрой полимера при помощи воды по сравнению с другими технологиями фрагментирования имеет следующие достоинства:

• Универсальность – допускается изготовление деталей даже по наиболее сложным чертежам.
• Высокое качество реза – холодная или бесконтактная обработка гарантирует четкие, без расслоений и оплавов, шлифованные кромки, которые строго соответствуют исходным параметрам.
• Безопасность и экологичность – в процессе гидроабразивной резки капролона не выделяются вредные для природы и человека вещества.
• Относительно невысокая цена – за счет рационального расхода электроэнергии стоимость изделий получается ниже, чем при лазерной обработке.
• Высокая скорость раскроя, возможность изготовить детали любого формата.
• Минимум отходов.

Резка капролона гидроабразивом – это наиболее эффективный способ получения изделий необходимого формата.

Обработка капролона в домашних условиях

Свойства капролона вполне позволяют обрабатывать его вручную, в том числе в домашних условиях. Речь не идёт о сложной геометрии или тонкой шлифовке, но простые действия вполне осуществимы. Для этого используются пилы и ножовки с мелкими, частыми зубцами. Рассмотрим способы.

Резка капролона ручной слесарной ножовкой

Чаще всего этот способ используется для резки капролоновых стержней диаметром до 120 мм и листов толщиной до 150 мм. Слесарная ножовка имеет форму дуги, а также сменные стальные полотна. Необходимо контролировать соответствие пропила нанесённой разметке.

Резка капролона сабельной пилой

Сабельная пила или электроножовка — это эффективный инструмент, который подходит для работы со стержнями и листами из капролона. Преимущества способа — высокая скорость, но среди минусов — низкая точность. Поэтому лучше всего этот способ подходит тем, у кого есть опыт резки.

Резка капролона лобзиком

Также для резки капролона применяют лобзик. Однако следует придерживаться ряда правил, а именно:

• пилы должны быть с мелкими зубцами;
• при работе с листами большой толщины есть риск перегрева;
• резка стержней не рекомендуется, поскольку это опасно.

Так же, как и с сабельной пилой, качество результата зависит от навыков.

Техника безопасности

• Выполняйте общие рекомендации по промышленной технике безопасности. Капролон – упругий скользкий материал! Не рекомендуется наносить удары по свободно лежащему полимеру молотком, кувалдой и т.д.
• Соблюдайте осторожность при штабелировании. Во избежание порезов рук рекомендуется работать в нитяных или тканевых перчатках.

Заключение

Капролон — сложный в обработке материал, требующий специфического подхода. Рекомендуется строго придерживаться правил работы с ним и соблюдать технику безопасности.