Обработка акрила
Механическая обработка приводит к изменению пластмассовых изделий. Так, напряжение, которое появляются в материале в местах механической обработки, может вызвать трудности на последующих стадиях работы, таких как, например, склеивание. Это внутреннее напряжение – такое же, как и в формованных деталях, устраняется путем отжига.
Термоформование обычно вызывает усадку материала в результате действия нагрева. Усадка по длине и ширине изделия может отличаться в зависимости от марки используемого материала и должна учитываться, когда заготовка вырезается точно по размеру.
Если обрабатывается только одна поверхность листового материала, то могут возникать искажения заготовки. Это можно устранить так же последующим отжигом. В случае обработки сложных технических изделий искажения можно устранить до начала механической обработки при температуре выше температуры размягчения полимера.
Как и большинство других пластмасс, акриловые материалы имеют высокий коэффициент линейного термического расширения. Его величина составляет 0,07 мм/м.к. Влажность также оказывает влияние на стабильность размеров, но в меньшей степени, чем нагрев.
Пример. Деталь из оргстекла длиной 1000 мм при температуре от 10 до 30°С демонстрирует удлинение 1,4 мм (20к*[0,07 мм/м•к]*1 м).
Поэтому необходимо всегда проверять размеры идентичных деталей при одинаковых температурах окружающей среды и материала.
На поверхность листа акрила нанесена защитная пленка. Обычно защитную пленку на поверхности листового материала следует оставлять до начала эксплуатации готовой продукции. Если листовые материалы подвергались воздействию погодных условий, то защитная пленка должна быть удалена в течение четырех недель, поскольку в течение этого времени полиэтилен может стать хрупким или адгезия между листовым материалом и полиэтиленом может существенно усилиться и пленку нельзя будет удалить обычным способом, поэтому высока вероятность повреждения поверхности листа.
Механическую обработку акрилового стекла можно проводить на оборудовании, которое обычно используется при обработке древесины и металла. Высокоскоростное оборудование, работающее без вибрации, гарантирует чистую резку. Шлифовальные станки и циркулярные пилы должны быть оборудованы пылеотделителем.
Оргстекло обрабатывается инструментами, сделанными из быстрорежущей стали, твердосплавными режущими инструментами или алмазными инструментами. Твердосплавные режущие инструменты имеют самый большой срок службы, но необходимо учитывать, что высокое содержание пигментов в акриловом стекле существенно сокращает их срок службы. Тупые инструменты могут привести к образованию заусенцев на кромках изделий и сколов, напряжению материала и т.д. Режущие инструменты должны быть всегда остро заточены, и особое внимание следует уделять заднему и переднему углам резца. Инструменты, которыми ранее обрабатывались металлы или древесина, не следует использовать для обработки пластмасс. Для механической обработки следует пользоваться только острыми инструментами и необходимо соблюдать адекватный режим охлаждения. При обработке можно использовать смазывающе-охлаждающие жидкости, которые не содержат масло.
РЕЗКА АКРИЛА ЦИРКУЛЯРНЫМИ ПИЛАМИ
При резании листов акрила для получения гладкой и чистой обрезной кромки необходимо использовать только неразведенные полотна циркулярных пил. Тупые и неправильно заточенные полотна пил вызывают образование нежелательных сколов на рабочей поверхности материала. Зубья должны быть прямыми или попеременно трапециевидными.
Лучше использовать полотна с твердосплавными наконечниками с наибольшим количеством зубьев, так как их срок эксплуатации больше срока эксплуатации полотен из быстрорежущей стали.
Скорость подачи пилы должна быть установлена таким образом, чтобы предотвратить образования сколов на обрезной кромке. Если скорость подачи слишком низкая, то это может привести к трению и нежелательному перегреву обрезной кромки. При резке листов толщиной более 3 мм рекомендуется применять охлаждение водой, охлаждающей смазкой или сжатым воздухом.
Существует зависимость скорости резки, диаметра диска пилы и скорости вращения пилы. Например:
- диаметр диска равен 320 мм.
- скорость вращения пилы 4200 об/мин
- скорость резки 4230 м/мин.
Для циркулярных пил (с твердосплавными наконечниками):
задний угол резца α : от 10 до 15°
передний угол резца γ : от 0 до 5°
шаг зуба : от 9 до 15 мм
скорость резания Vc : до 4 500 м/мин
РЕЗКА АКРИЛА ЛЕНТОЧНЫМИ ПИЛАМИ
Для контурной резки используются ленточные пилы. На полотнах пил, которые обычно применяются в деревообрабатывающей и металлообрабатывающей отраслях промышленности всегда имеется небольшой развод зубьев, поэтому независимо от материала обрезная кромка получается более шероховатой, чем в случае использования циркулярных пил. В связи с этим обычно требуется последующая обработка обрезной кромки. При этом основное правило – чем ниже скорость резки, тем большее количество зубьев. Во время резки должны быть приняты меры по устранению вибрации и колебаний листов.
Идеальная скорость резки при диаметре колеса ленточной пилы – 380 мм составляет – 1 675 м/мин, скорость вращения рабочего шпинделя – 1 400 об/мин.
РЕЗКА АКРИЛА ЛОБЗИКОВЫМИ ПИЛАМИ
Для резки тонких листов с частой сменой направления могут использоваться лобзики. Стружка, появляющаяся во время распиливания, должна сдуваться с помощью сжатого воздуха. Низкая скорость подачи лобзика и скорость резки ниже 1 500 м/мин предотвращают перегрев материала.
Рекомендации при работе с лобзиками:
- для разрезания листовых материалов регулятор хода маятника
лист толщиной до 4 мм – в положении «ноль»
лист толщиной от 5мм – в положение «1» или «2»
- скорость подачи – средняя
- скорость реза – высокая
- всегда включаеть пилу до начала резания
- плотно прижимайть основание пилы к защитной пленке
- охлаждайте листы толщиной от 3 мм водой или сжатым воздухом.
- При выпиливании пазов – предварительно в углах должны быть просверлены отверстия для устранения влияния надрезов и возможного разламывания (разрушения) обрабатываемой детали.
ВЫРУБНАЯ ШТАМПОВКА АКРИЛА И РЕЗКА ГИЛЬОТИННЫМИ НОЖНИЦАМИ
До обработки вырубной штамповкой или резки гильотинными ножницами
- экструзионное оргстекло должно быть нагрето до температуры 100–140°С
- литьевое оргстекло – до 150°С.
Режущие инструменты должны иметь температуру 120–130°С.
Рекомендуемая толщина листового материала – 4 мм.
Стальные штампы позволяют получать торцы прямоугольной формы, если края инструмента имеют угол 20°.
Во время вырубки и порезки нагретого материала необходимо учитывать эффект расширения и сжатия.
ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА АКРИЛА
Акриловые листы легко разрезаются СО2-лазером. Получается гладкая обрезная кромка, качество которой может изменяться в зависимости от вида материала, его толщины и цвета. Необходимо провести предварительное тестирование и настроить лазер соответствующим образом.
В зависимости от мощности лазера скорость подачи листового материала должна быть отрегулирована в соответствии с толщиной материал, чтобы получить блестящие обрезные кромки: чем тоньше листовой материал, тем выше скорость резания. Толстые листовые материалы необходимо резать с низкой скоростью. Если скорость подачи слишком мала, то получаются матовые обрезные кромки. Если скорость подачи слишком большая, то могут образоваться полоски и канавки. Такие дефекты могут быть также результатом неточной фокусировки лазерного луча. Обрезные кромки толстых листовых материалов могут быть слегка скошенными. Лазерный луч должен быть фокусирован на центр толщины листа. Если он падает выше или ниже этой точки, то обрезные кромки будут иметь V-образную форму или, в случае очень толстых листовых материалов, вогнутую форму. Для получения обрезных кромок, форма которых максимально приближена к прямоугольной, рекомендуется устанавливать следующие фокусные расстояния
- толщина листа до 6 мм – линзы 2½”
- толщина листа 6–15 мм – линзы 5”
- толщина листа более 15 мм – линзы 10”
Если фокусное расстояние составляет от 5” до 10”, то лазерная оптика не будет влиять на внешний вид обрезной кромки, несмотря на то, что она влияет на угловатость (угловые размеры) резки, наряду с фокальным положением и толщиной листового материала.
Для предотвращения оседания испаряющегося газа на линзы, достаточно подавать минимальное количество сжатого воздуха (использовать масляный и водяной сепаратор) к лазерной головке.
Кроме того, необходимо удалять образующиеся пары в месте выхода пучка, например, отсасыванием или продуванием воздухом.
Напряжения, которые возникают в непосредственной близости к обрезным кромкам, устраняются последующим отжигом, чтобы избежать растрескивания.
РЕЗКА АКРИЛА С ПОМОЩЬЮ ВОДЯНОЙ СТРУИ
Резка пластмассовых листовых материалов водяной струей похожа на резку лазерным лучом. Резка водой не даёт такие высокие скорости и не позволяет получать блестящие обрезные кромки.
Резка водяной струёй акриловых полимерных материалов (пластиков, пластмасс) не даёт хороших результатов, но её можно применять для резки, если в воду добавить абразивный материал.
Срез выглядит как после пескоструйной обработки. Скорость подачи зависит от толщины листового материала, желаемого качества обрезной кромки, и зернистости абразива. Например, скорость резки листа толщиной 10 мм составляет около 100 мм/мин.
СВЕРЛЕНИЕ АКРИЛА
Перед обработкой акриловых полимерных материалов (пластмасс, пластиков) промышленными свёрлами для металла наконечники свёрл должны быть переточены – угол между режущими кромками уменьшен с обычных 120° до 60–90°.
Главный передний угол должен быть сточен до значения от 4 до 0° (сверло работает правильно, если оно скорее соскабливает, нежели режет, и при этом на выходе из отверстия не дает сколов).
Угол зазора должен быть, по меньшей мере, 3°.
Если диаметр сверла превышает 8 мм, поперечная кромка должна быть заточена таким образом, чтобы уменьшить давление в начале сверления. Во избежание появления всякого рода зазубрин, отверстия для сверления должны быть слегка зенкованы.
Рекомендуемая заточка сверл и режимы сверления
- задний угол α :3 – 8°
- передний угол γ : 0 – 4°
- угол между режущими кромками σ : 60 – 90°
- угол наклона винтовой канавки сверла β : 12 – 16° (в обычном сверле-30°)
- скорость сверления Vc : 10 – 60 м/мин
- подача : 0,1 – 0,3 мм/об.
Если толщина материала составляет 5 мм и более, то следует использовать смазывающе-охлаждающую жидкость или эмульсию для сверления (эмульсия масла в воде), совместимую с акриловыми полимерными материалами. При сверлении глубоких отверстий рекомендуется использовать исключительно эмульсию для сверления.
Отверстия в обрабатываемых деталях изогнутой формы или длинных деталях лучше всего высверливать на токарном станке.
НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБЫ в АКРИЛЕ
Любые промышленные метчики и плашки можно использовать для нарезания внутренней и внешней резьбы на изделиях из акрила. Рекомендуется использовать смазочно-охлаждающее средство, совместимое с акриловыми полимерными материалами.
Перед навинчиванием детали убедитесь, что на металлическом винте нет смазки или что смазка совместима с пластиком. Пластмассовые винты из полиамида рекомендуется использовать для внутренней резьбы.
Нарезка резьбы в пластмассовом изделии всегда сопряжена с риском его разрушения из-за возникновения надрезов. Особенно это касается экструзионных изделий из акриловых полимерных материалов. Резьбовое соединение деталей должно быть выбрано в самую последнюю очередь, если детали нельзя склеить, скрепить зажиманием или вставить друг в друга.
Диаметр отверстия, в котором будет нарезаться резьба, должен быть примерно на 0,1 мм больше диаметра отверстия, которое обычно делается в изделии из стали. Чтобы свести износ резьбы к минимуму во время ремонтных работ или для повышения стабильности детали оборудования, следует укрепить внутреннюю резьбу, используя вставки из металла, которые можно вставить разными способами.
ФРЕЗЕРОВАНИЕ АКРИЛА
Метод фрезерования изделий из акрила используется для обработки кромки после вырубки или резки, для создания криволинейных форм и закруглений, а также при обрезке краев отформованных деталей.
По сравнению с распиливанием очевидны два основных преимущества:
Из листового материала можно вырезать любой контур с высокой степенью точности и без образования сколов с нижней стороны выреза. Кроме того, благодаря более высокому качеству резки, не требуется дополнительная обработка изделия.
Для работы фрезерной обработки акрила необходимо использовать одно- или двухкромочные концевые фрезы малого диаметра с эффективным удалением стружки, что позволит добиться высоких скоростей резки и чистого среза.
Если фреза с множественной кромкой используется на высоких скоростях, то зубцы могут засориться. В случае использования фрезы с одной кромкой важно точно сбалансировать зажимной патрон закрепляющими винтами. В противном случае неустойчивость может привести к появлению на обрабатываемом изделии следов от вибрации и/или поломке станка.
Наилучшие результаты фрезерования достигаются при использовании фрезы диаметром 8 мм и 11 000 об/мин или алмазной фрезерной головки диаметром 90 мм и скорости вращения 15 000 об/мин.
Рекомендуемая заточка фрез и режимы фрезерования
- угол зазора α : 2 – 10°
- передний угол γ : 0 – 5°
- скорость резки Vc : 200 – 4500 м/мин
- подача: до 0,5 мм/об.
- глубина резки : до 6 мм
ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКА АКРИЛА
Токарная обработка акрила производится на токарных станках, предназначенных для обработки металла при этом необходимо использовать правило – скорость обработки полимерного материала в 10 раз выше скорости обработки металла. Необходимое условие успешной обработки – остро заточенный токарный инструмент.
Как и при сверлении, непрерывный поток стружки свидетельствует о правильном угле заточки инструмента, правильной скорости подачи материала и правильной скорости резки, а также об оптимальном соотношении этих параметров. Во всех случаях радиус режущей кромки инструмента должен быть не менее 0,5 мм.
Тонкая отделка поверхности достигается:
- при применении инструментов с закругленными резцами
- высоких скоростях резки
- низких скоростях подачи
- минимальной глубине резки.
Такие поверхности можно затем полировать без предварительного шлифования.
Токарные твердосплавные инструменты пригодны для черновой обработки, но глубина резки не должна превышать 6 мм. Для последующей тонкой обработки обычно используются инструменты из инструментальной стали. Тем не менее, качество поверхности обрабатываемого изделия зависит не только от инструмента, но и от скорости резки и скорости подачи.
Для охлаждения можно использовать охлаждающие эмульсии, совместимые с акрилом.
Высокоглянцевые поверхности высокого качества получаются при использовании хорошо отполированных алмазных инструментов на высокоточных токарных станках без вибрации. Скорость резки при этом может быть выше, чем при использовании других токарных инструментов. Для точных работ охлаждение не рекомендуется, поскольку это может привести к появлению оптических дефектов.
Рекомендуемая заточка сверл и режимы сверления
- угол зазора α : 5 – 10°
- передний угол γ : 0 –4°
- угол между режущей кромки σ : ≈45°
- скорость резки Vc : 20 – 300 м/мин
- подача : 0,1 – 0,5 мм/об.
- глубина резки : до 6 мм
ШЛИФОВАНИЕ АКРИЛА
Рекомендуется влажное шлифование изделий из акрила, поскольку это позволит избежать образования термического напряжения в заготовке и предотвратить загрязнение поверхности абразивного инструмента.
Выбор зернистости абразива зависит от глубины следов, оставленных инструментом, или царапин: чем глубже следы, тем более грубый абразивный материал используется. Процесс шлифовки обычно имеет несколько стадий,и на каждой последующей стадии используется более мелкая наждачная бумага.
Рекомендуются следующие этапы:
1) грубая шлифовка, абразивный материал номер 60 (60 grit);
2) средняя шлифовка, абразивный материал номер 220 (220 grit);
3) тонкая шлифовка, абразивный материал номер 400–600 (400–600 grit).
Все следы предыдущей шлифовки должны быть удалены. Шлифовать изделия можно вручную, используя наждачную бумагу или шлифовальные блоки. В обоих случаях абразивный материал следует водить по поверхности изделия, совершая круговые движения.
При механическом шлифовании, например, с помощью вращающихся абразивных дисков, орбитального шлифовального станка или ленточно-шлифовального станка (скорость ремня 10 м/сек), обрабатываемое изделие должно двигаться легко, нельзя прижимать его слишком долго или слишком сильно (несмотря на влажную шлифовку), т.к. нагрев в результате трения может привести к возникновению напряжений и повреждению поверхности.
Влажная обработка с помощью мелкой стальной ваты, например, типа 00, рекомендуется для шлифовки деталей вращения или неровных поверхностей. Образование при шлифовании (до полирования) грубой поверхности или матирование изделия при пескоструйной обработке приводит к тому, что на поверхности легче собирается грязь, а также остаются отпечатки пальцев.
ПОЛИРОВАНИЕ АКРИЛА
Полировать изделий акрила материалы можно тремя способами:
- лентой, матерчатым полировальным кругом или тканью
- пламенем
- алмазным полированием
Обычно для полировки используются воски и пасты, но можно пользоваться обычными полировальными пастами для автомобилей. После обработки остатки полирующих средств должны быть быстро удалены или смыты водой. Поэтому разумно использовать растворяемые водой виды паст.
Поскольку используемые для полировки материалы – войлочные ленты, матерчатые полировальные круги, подкладочная ткань для перчаток – очень мягкие, то поверхность, которую надо отполировать, должна иметь низкую шероховатость. В противном случае, хотя поверхность и станет глянцевой, но на ней сохранятся следы шлифования и царапины. Торцы могут быть тонко обработаны шабером, если после этого они будут отполированы войлочной лентой.
Так же, как и при шлифовании нельзя надавливать на полируемый материал инструментом слишком долго или слишком сильно. Это единственный способ избежать нагрева от трения и, как следствие, накопления напряжения и повреждения поверхности.
Обычно полирование проводится движущейся войлочной лентой или матерчатым полировальным кругом с использованием специального полировального воска. Блеск поверхности может быть усилен последующей ручной обработкой очень мягкой неворсистой тканью (подкладочная ткань для перчаток) или хлопковой ватой с полирующим средством.
Кромки изделия и мелкие детали преимущественно полируются на войлочных полирующих лентах, где их легко удерживать или направлять, в отличие от полировки широким матерчатым кругом. Заготовка должна совершать кругообразные движения во время полирования, что позволит предотвратить ее повреждение неровностями, которые могут быть на ленте или круге. Войлочная лента должна двигаться со скоростью около. 20 м/сек, т.е. в два раза быстрее, чем при шлифовании.
Матерчатые полировальные круги особенно пригодны для полирования крупногабаритных и изогнутых частей. Вращающийся блок с тканью состоит из петель хлопка и/или фланели, свободно посаженных для рассеивания нагрева от трения благодаря проветриванию. До начала полирования на вращающееся колесо наносится небольшое количество воска. На полировальном круге не должно быть остатков старого затвердевшего воска. Для удаления остатков воска можно использовать лезвие старых ножовок. Периферийная скорость вращения матерчатого полировального круга составляет 20–40 м/сек.
Другим способом конечной отделки торцов изделий из акрила – является полирование пламенем. Несмотря на то, что при данном способе нет необходимости в тонкой обработке, как дополнительном рабочем этапе, торцы должны быть очищены от остатков типа шлифовального шлама или следов пота, которые остаются после касания руками. Обычно после полирования пламенем остаются видимыми следы от предыдущего пиления или фрезерования. Поэтому этот более экономичный способ полирования (по сравнению с полированием матерчатым полировальным кругом) должен применяться в тех случаях, когда установленные требования не очень высоки, например, при работе со стандартными тонкими листовыми материалами. Обычно толстые листовые материалы нельзя полировать пламенем из-за накопления избыточного поверхностного напряжения. То же самое касается и цветных материалов, в которых присутствие красителей или пигментов может вызвать существенное снижение блеска.
Если огневая полировка производится не достаточно квалифицированно, и пламя соприкасается с поверхностью заготовки за пределами кромки, на поверхности может накапливаться термальное напряжение. Это напряжение может вызвать растрескивание изделия при дальнейшей обработке или в процессе эксплуатации, например, когда материал будет контактировать с клеями, разбавителями красок или чистящими средствами. Чтобы устранить этот риск, необходимо провести отжиг.
При алмазном полировании нет необходимости в предварительной тонкой обработке акрила. Резка и полирование выполняются в один подход. Используются фрезерные алмазные головки, по меньшей мере, с двумя режущими точками, либо токарные инструменты с алмазным покрытием. Важным условием является эффективная система отвода стружки. Каждый инструмент должен использоваться только для материала одного типа.
Полирование в барабане можно применять для обработки мелких деталей, полученных акрила механическим способом: заготовки загружают в устройство для барабанного полирования, куда в качестве рабочего вещества добавляют специальный абразивный порошок и кусочки дерева специальной формы. После обычной трехступенчатой обработки: тонкое шлифование (6–24 часа), полирование (примерно 16 часов) и доводка (примерно 12 часов) – изделия из акрила приобретают высокий глянец.
ОТЖИГ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АКРИЛА
Отжиг – процесс нагревания и последующего медленного охлаждения пластмассовых изделий.
Пластмассы выдерживают значительные напряжения на растяжение, если на них одновременно не действует агрессивная среда.
Растягивающее напряжение может возникать по следующим причинам:
- машинная обработка: пиление, фрезеровка, токарная обработка или шлифование
- термоформование, особенно с образованием изогнутых контуров
- неравномерный нагрев
- усадка клея
- деформация в процессе соединения деталей (зажимание, сверление, винтовое соединение)
- усадка после локального перегрева, вызванного обработкой неправильно заточенным инструментом или полированием
- сопротивление термическому расширению
- внутренние напряжения в изделиях из PLEXIGLAS® ХТ, особенно в трубах, обусловленные технологией производства
- внешняя нагрузка.
В присутствии агрессивной среды, например, растворителей и разбавителей, используемых при склеивании, печати и окрашивании, мономерных испарений во время резки лазером или полирования пламенем, пластификаторов ПВХ, изоляционных материалов, герметики, пленок, агрессивных чистящих веществ, может произойти растрескивание изделия. Следовательно, необходимо избегать одновременного присутствия растягивающего напряжения и агрессивной среды.
Поскольку заранее невозможно исключить, что изделие в процессе эксплуатации не будет подвергаться воздействию агрессивных сред, то любое растягивающее напряжение лучше снять отжигом. Для этого изделия нагревают в печи до температуры ниже температуры размягчения. Продолжительность нагрева зависит от толщины изделия. Затем изделия медленно охлаждают. Слишком быстрое охлаждение приведет к образованию на поверхности изделия напряжения, потому что внутри материала будет продолжаться усадка в процессе его охлаждения.
Отжиг проводится при следующих температурах:
- литьевой акрил: 80 0С (неформованные изделия до 100 0С)
- экструзионный акрил: 70 – 80 0С (неформованные изделия до 85 0С)
Продолжительность отжига (в часах) равна толщине материала (в мм), разделенной на 3, но не менее 2 часов.
Продолжительность охлаждения в печи (в часах) равна толщине материала (в мм), деленной на 4. Скорость охлаждения не должна превышать 15 °С в час.
Температура материала при излечении из печи не должна превышать 60 °С.
ОЧИСТКА И ТЕХНИЧЕСКИЙ УХОД
Для очистки и ухода за изделиями из акрила нужна только чистая вода. Для удаления сильного загрязнения следует пользоваться теплой водой, в которую добавлено небольшое количество бытового моющего средства мягкого действия. Необходимо избегать сухого трения поверхности изделия.
После интенсивного трения на поверхности полимерного материала появляется статический электрический заряд, и она будет сильнее притягивать пыль. Поэтому её необходимо протирать специальными средствами, которые распыляют на слегка загрязненную или очищенную поверхность изделия и распределяют мягкой тканью без вытирания насухо. Пылеотталкивающее действие сохраняется надолго. Стекла и другие блестящие поверхности можно очищать работающей под высоким давление уборочной машиной с добавлением мягкого моющего средства.