Основные физико-механические свойства некоторых пластмасс

Таблица 10.3.

№ п/п	Наименование	МПа					λ, Вт/м*град	θд, º С
		σВ	σ-В	σи	σС	Е
1	Капрон	50-80	70-80	70-100	35	2000	0,24	50
2	Полиэтилен	30-50	100	80		3200		70
3	Винипласт	40-50	80-160	90	42	2400	0,2	65
4	Фторопласт	35	50	60		2500	0,3-0,6	70
5	Полиамид	35-40		20				70
6	Волокнит	30-60	120	50		8500	0,24	140
7	Гетинакс	80-100	150-250	150		2500		155
8	Текстолит	100	250	150	15	4500		150
9	Асботекстолит	80	100	100	13	5000		250
10	Стеклотекстолит	930		400	50	12630	0,394	200-370
11	Органопластик	1500	300	600	40	78500	0,14	300
12	Боропластик	1030	760	1000	44	2,3·106	0,49
13	Углепластик	1000	390	1080	30	1,7·106	0,58

Плотность пластмасс укладывается в интервал от 1 до 2 г/см³ и в среднем составляет 1,5 г/см³. Как видно из табл. 10.3, пластмассы характеризуются невысокой теплостойкостью, низким сопротивлением сдвигу, на два порядка меньшим модулем упругости и коэффициентом теплопроводности по сравнению с металлами. К этим характеристикам следует добавить низкую твердость и анизотропию механических свойств, резко выраженную у реактопластов.

Стеклопластики - это материалы, наполнителем в которых служат стеклянные волокна. Обычно используют высокопрочные волокна из обесщелочного алюмоборсиликатного или магнийалюмосиликатного стекла. В зависимости от взаимной ориентации волокон стеклопластики бывают однонаправленные, когда волокна направлены одинаково, и перекрестные, в которых волокна уложены под углом друг к другу. Для однонаправленных стеклопластиков наибольшие показатели механических свойств имеются вдоль волокон, наименьшие - поперек. Например, для стеклопластика марки ППН предел прочности при растяжении вдоль волокон составляет 930 МПа, а поперек - 570 МПа, для стеклопластика марки КППН соответственно 830 МПа и 460 МПа.

Органопластики - материалы, наполнителем в которых являются органические волокна, в качестве которых применяются полиамидные и другие природные и синтетические волокна, которые устойчивы до температуры и сохраняют достаточно высокие механические свойства при температурах . Предел прочности при растяжении вдоль волокон для органопластиков достигает 1500...1700 МПа, при сжатии - 300 МПа, модуль упругости - 78500 МПа.

Боропластики состоят из наполнителя в виде волокон бора и связки, в качестве которой применяется эпоксидная смола ЭД6. Это высокопрочные пластики, обладающие высокой твердостью, наиболее высоким модулем упругости, жесткостью и выносливостью при нагружении вдоль волокон. Боропластики обладают наиболее высокой удельной прочностью, что имеет особое значение для аэрокосмической техники. Предел прочности при растяжении 1000 МПа, при сжатии 765 МПа, модуль упругости 2,3•10⁶ МПа.

Углепластики (карбопластики) - материалы, наполнителем которых служат углеродные волокна, а связкой - эпоксидная смола. Они обладают высокой прочностью - σ_В= 1000 МПа, высоким модулем упругости 1,76•10⁶ МПа, высокой термостойкостью, теплопроводностью и низким коэффициентом трения.

Обработке пластмасс резанием присущи те же закономерности, что и обработке металлов. Однако особенности их физико-механических свойств и структуры обуславливают количественные и некоторые качественные отличия, заключающиеся в следующем.

Низкий коэффициент теплопроводности пластмасс определяет большую долю выделяющегося при обработке тепла, переходящего в режущий инструмент: 90% тепла переходит в инструмент, остальное тепло переходит в стружку и заготовку. Поэтому предпочтение должны иметь инструментальные материалы с высоким коэффициентом теплопроводности, способные интенсивно отводить тепло из зоны резания. В связи с невысокой температурой, допускаемой пластмассами, не превышающей , что значительно ниже допускаемой температуры инструментальных материалов, для обработки пластмасс могут применяться любые из существующих инструментальных материалов. Однако в конкретных условиях приоритет имеют определенные марки инструментальных материалов.

Пластмассы характеризуются анизотропией физико - механических свойств, резко выраженной у пластмасс с наполнителем в виде волокон. Процесс стружкообразования у этих пластмасс зависит от направления скорости резания, и характер стружкообразования при обработке вдоль волокон сильно отличается при обработке поперек волокон. При обработке пластмасс пластические деформации не наблюдаются: при образовании стружки происходит упругая деформация, заканчивающаяся хрупким разрушением либо по плоскости резания, либо по плоскости скалывания, наклоненной к вектору скорости резания под углом сдвига.

В связи с низким сопротивлением сжатию и сдвигу обработка пластмасс сопровождается малыми силами резания, на 1-2 порядка меньшими, чем при обработке металлов. Для обработки пластмасс характерна относительно большая величина силы, действующей по нормали к плоскости резания, которая близка к главной составляющей силы резания P_Z и по мере изнашивания инструмента возрастает быстрее силы P_Z и, начиная с некоторого момента, превышает ее. С увеличением переднего угла нормальная сила и определяемые ею радиальная P_Y и осевая P_X составляющие уменьшаются и при некотором переднем угле исчезают. Передний угол, при котором составляющие и равны нулю, называется критическим. Критический передний угол является оптимальным. Для каждого материала - пластмассы существует свой оптимальный передний угол. Очень низкий модуль упругости пластмасс определяет большие упругие деформации обрабатываемых деталей, снижающих точность обработки, обуславливающих относительно большие силы резания по задней поверхности инструмента и особенности его износа. Изнашивание инструмента при обработке пластмасс происходит по задней поверхности путем образования фаски износа и скругления лезвия. Ширина фаски износа h_З и радиус скругления по мере изнашивания возрастают, что оказывает сильное влияние на качество обработки: при обработке пластмасс с наполнителем из волокон образуются трещины между волокнами, наблюдаются выкрашивание кромок на деталях, расслоение пластмассы, разлохмачивание волокон и другие дефекты. График износа инструмента не имеет участка катастрофического износа и состоит из двух участков: участка приработки и участка установившегося износа, который обычно заканчивается при достижении критерия притупления, определяемого не состоянием или непригодностью инструмента для дальнейшей обработки, а показателями качества обработки. В качестве критерия притупления обычно принимается ширина фаски износа по задней поверхности, превышение которой не обеспечивает заданное качество обработки. Критерий притупления инструмента значительно меньше допустимой ширины фаски износа при обработке металлов. Если при обработке металлов она составляет в среднем 1 мм, то при обработке пластмасс допустимая ширина фаски износа не превышает 0,25 мм. Инструмент для обработки пластмасс должен быть более острым, чем инструмент для обработки металлов. Все пластмассы склонны к поглощению влаги, ухудшающей их свойства. Поэтому при обработке пластмасс применение СОЖ нецелесообразно. Обработка пластмасс сопровождается образованием мельчайших частиц и пыли, а также выделением токсичных газов, что диктует необходимость отсоса стружки из зоны резания и применения для этого дополнительных устройств. Особые трудности возникают при обработке пластмасс с наполнителями из бора, углерода и стекла, соответственно называемых боропластиком, углепластиком и стеклопластиком. Боропластик характеризуется высокой твердостью НВ > 1500, превышающей твердость твердых сплавов и минералокерамики. Обработка боропластика возможна только инструментами и СТМ. Обработка вышеуказанных пластмасс, включающих наполнители с высокой твердостью, сопровождается интенсивным абразивным износом режущего инструмента, что обуславливает необходимость применения инструментов, оснащенных твердыми сплавами, минералокерамикой и СТМ.