Прямоугольные электрические соединители. Основные виды механической обработки, применяемые при изготовлении изоляторов

Александр Сафонов

Леонид Сафонов

Окончание. Начало в № 8`2009

Сверление

Сверление широко применяется при производстве
изоляторов. Технология сверления пластмасс позволяет получать достаточно точные (8-й, 9-й квалитет)
отверстия с шероховатостью Ra = 2,5–4 мкм.

Высокая упругость и низкая теплопроводность
пластмасс создают неблагоприятные условия для работы сверла. Высокая упругость пластмасс увеличивает площадь контакта и сил трения между сверлом и обрабатываемой поверхностью отверстия,
при этом выделяется большое количество тепла,
что из-за низкой теплопроводности пластмасс приводит к интенсивному повышению температуры
сверла и ее концентрации в поверхностном слое
заготовки. По мере увеличения глубины сверления
условия обработки усложняются. Высокая температура в зоне резания приводит к интенсивному налипанию стружки, перегреву сверла, разупрочнению
его режущей части и интенсивному изнашиванию.

Неправильно выбранные геометрические параметры сверла, режимы резания, а также работа изношенным сверлом вызывают образование сколов
кромок отверстий на входе и выходе сверла, появление трещин вокруг отверстия, разлохмачивание
материала. Поэтому реализация заданных требований к обрабатываемому изолятору требует в каждом
случае технически обоснованного выбора условий
и режимов резания.

Выбор марки инструментального
материала сверл, его конструктивных
и геометрических параметров

Выбор марки инструментального материала, конструкции и формы заточки режущей части сверла зависит от свойств материала обрабатываемого изолятора,
диаметра отверстия, глубины сверления, требований
к точности и качеству поверхности отверстия.

Для сверления отверстий в термопластичных
изоляторах целесообразно применять стандартные
спиральные сверла со специальной формой заточки
режущей части из быстрорежущей стали. Отверстия
в изоляторах из термореактивных материалов рекомендуется обрабатывать спиральными твердосплавными и перовыми быстрорежущими сверлами
с разной формой заточки режущей части, конкретно
для каждого вида обрабатываемого материала.

Для сверления отверстий в стеклопластиках обычно применяют алмазные инструменты: алмазные
головки, трубчатые сверла, сверла-коронки и др.
Особенностью использования алмазных инструментов является обязательное применение СОЖ или интенсивное удаление продуктов резания.

Особенность геометрических параметров сверл заключается в том, что они влияют не только на шероховатость и качество обработанной поверхности,
способность выводить стружку и противостоять изнашиванию, но и на диаметр полученного отверстия,
то есть на его точность. Это обстоятельство усложняет выбор геометрических параметров и подбор
комбинации углов сверла, которая позволяет обеспечить производительную обработку при его высокой
стойкости, получить требуемое качество и точность
размера отверстия.

Наибольшее влияние на производительность
и стойкость сверла оказывает угол при вершине
(2φ). При значении углов при вершине 30–60° сила
подачи (осевая составляющая) минимальна, а крутящий момент максимален. Сверла с такими углами
целесообразно применять для сверления сквозных
отверстий глубиной до (2–2,5)D, когда из-за кратковременной работы сверла температура его нагрева
невелика. Обязательным условием при этом является
удаление стружки из канавок сверла после сверления
каждого отверстия.

При увеличении глубины обрабатываемого отверстия угол при вершине сверла следует увеличивать
до 70–90°. Стружка при этом легче перемещается
по канавкам сверла, теплоотводящая способность
режущей части возрастает, увеличивается и стойкость
инструмента. Такая величина угла при вершине сверла
оптимальна для сверления как сквозных, так и глухих
отверстий в пластмассах многих марок.

С целью повышения стойкости быстрорежущих
сверл при обработке реактопластов необходимо применять двойную заточку их режущей части с углами
2_φ0 = 35–70° и 2φ = 120°.

При сверлении отверстий малого диаметра (0,4–
3 мм) рекомендуется применять сверла с углами
при вершине 130–165°. Увеличенный угол при вершине улучшает образование и выход стружки
по винтовым канавкам.

Задние углы сверл должны быть по возможности
большими, при условии, что режущий клин остается при этом достаточно прочным и отводит
теплоту так, чтобы она не концентрировалась
на режущих кромках. Рекомендуемые значения задних углов сверл (a) колеблются в зависимости от марки обрабатываемой пластмассы и формы заточки в пределах 14–30° для реактопластов и 8–25° — для термопластов.

Угол наклона винтовых канавок спиральных сверл (w) для обработки пластмасс рекомендуется увеличивать с ростом диаметра
сверла, он должен быть равен 8–20°.

Стойкость сверл

Наиболее полно состояние и режущие свойства сверла характеризует износ по задним поверхностям и уголкам. Критерий затупления
сверл принимают по технологическим признакам: появление сколов, трещин и отслоений материала на входе и выходе сверла из отверстия,
появление прижогов на обработанной поверхности, перегрев рабочих элементов сверла, обильное
выделение газов, несоответствие шероховатости
и точности обрабатываемых отверстий.

На практике установлено, что потеря режущих свойств наступает при износе сверла по задним поверхностям (h₃): для термопластов —
0,15–0,25 мм, для реактопластов — 0,1–0,3 мм.
Данный износ соответствует периоду стойкости
сверл (T ): 5–120 мин — для быстрорежущих
и 60–240 мин — для твердосплавных сверл.

Период стойкости в зависимости от диаметра
сверла можно определить по следующим значениям: T = (0,5–2)D — для быстрорежущих сверл
и T = (10–18)D — для твердосплавных сверл
при обработке пластмасс с невысокими абразивными свойствами и T = (2–3)D — для твердосплавных сверл при обработке пластмасс с высокими абразивными свойствами.

Выбор подачи

Сложность выбора подачи заключается
в том, что она по-разному влияет на предъявляемые к обработке требования. При малых
значениях подачи (до S = 0,1 мм/об.) шероховатость обработанной поверхности низкая,
отсутствуют сколы на кромках отверстий,
но сверло интенсивно нагревается вследствие
трения, и это приводит к образованию прижогов, оплавлению материала на поверхности
отверстия и ожогов на рабочей части сверла.
Большие значения подачи ведут к увеличению
осевой составляющей силы резания, появлению сколов, вспучиваний и отслоений вокруг отверстия на выходе сверла, увеличению
шероховатости обработанной поверхности.
Увеличение подачи приводит к уменьшению
диаметра отверстия по сравнению с диаметром
сверла после его вывода из отверстия, то есть
происходит усадка. Проведенные опыты показали, что при сверлении отверстий в термопластах увеличение подачи от 0,1 до 0,8 мм/об.
приводит к росту усадки отверстия от 0,05
до 0,1 мм. Аналогичное увеличение подачи
для реактопластов приводит к усадке от 0,01
до 0,07 мм.

Для каждой группы пластмасс опытным
путем установлен диапазон подачи, в пределах
которого обеспечиваются заданные требования к обрабатываемым отверстиям.

В таблице 3 приведены рекомендуемые значения подачи при сверлении быстрорежущими и твердосплавными сверлами в зависимости от требуемой шероховатости и точности
обрабатываемых отверстий.

Таблица 3. Рекомендуемые значения подач
при сверлении пластмасс быстрорежущими
и твердосплавными сверлами

Меньшие значения подач следует выбирать
для сверл малого диаметра, и наоборот, большие значения — для сверл большего диаметра.

Определение скорости резания

Скорость резания при сверлении определяется по формуле:

V = (C_v×D^xv)/(T^m×S^yv). (4)

Значения С_v, m, x_v, y_v для некоторых пластмасс и марок инструментального материала
представлены в таблице 4.

Таблица 4. Данные для расчета скорости резания при сверлении пластмасс

Точность размеров отверстий
и технологические требования
при сверлении

Диаметр отверстий, измеренный сразу после
сверления, получается, как правило, меньше
диаметра сверла на 0,03–0,1 мм, а через сутки
уменьшается еще на 0,01–0,05 мм, в зависимости от марки обрабатываемого материала,
геометрических параметров сверла и режимов
резания. Причины этого уменьшения — высокая упругость пластмасс, наличие остаточных
внутренних напряжений, влажность окружающей среды и др.

На размер диаметра отверстий влияют
и технологические условия ведения операции,
например, сверление по разметке или в кондукторе, методы крепления заготовки и др.

Изнашивание сверл и увеличение глубины
сверления также приводят к уменьшению
диаметра отверстия. Целесообразно при этом
наряду с выбором точности геометрических
параметров сверла выбирать его диаметр
таким образом, чтобы он был больше по сравнению с диаметром требуемого отверстия
на 0,01–0,05 мм и более, в зависимости от допуска на отверстие — для получения годных
отверстий.

Высокое качество и точность отверстий
в изоляторах могут быть получены только
с помощью оптимальных режимов резания
и при соблюдении необходимых технологических требований.

Методы отделки

Во многих случаях отлитые и механически
обработанные изоляторы требуют дополнительной отделочной обработки. Для отделочных операций используют напильники (для
опиливания или доводки, снятия заусенцев,
чистовой обработки формованных и литых
изоляторов, для отделки кромок и углов изоляторов, изготовленных из пластмассовых листов и т. п.), а также абразивные материалы.

Опиливание

При выборе напильника следует учитывать,
что его тип, форма, размеры и насечка определяют легкость и скорость съема припуска
и качество обработанной поверхности.

Изоляторы из термопластичных материалов легко поддаются опиливанию и при рациональном проведении операции могут быть
подготовлены для отделочного полирования
посредством одного опиливания. Применение
для отделки термопластов обычных напильников для металла не дает удовлетворительных результатов, так как они быстро забиваются стружкой. Бóльшую производительность
в данном случае обеспечивают напильники
с глубокой одинарной насечкой и дугообразными зубьями с крупным шагом, подобные
напильники применяются для опиливания
алюминия, магния и других мягких металлов
и сплавов. Этот способ подобен шевингованию и обеспечивает гладкую и чистую поверхность. Напильники нужно очищать с помощью проволочной или фибровой щетки.
Опиливание следует производить длинными
возвратно-поступательными движениями
с легким нажимом.

Изоляторы из реактопластов, полученные литьем под давлением или прессованием, всегда
нуждаются в некоторых отделочных операциях,
таких как удаление литников, грата по линии
разъема и т. п.

Количество снимаемого напильниками слоя
материала зависит от давления, приложенного
к напильнику, и скорости опиливания.

Эта зависимость для слоистого фенопласта
представлена на графике (рис. 5).

Рис. 5. Зависимость между количеством материала,
снимаемого в единицу времени, скоростью и давлением на напильник
при опиливании слоистого фенопласта

Установлено, что съем материала увеличивается с возрастанием скорости опиливания
и давления. Однако при опиливании реактопластов с минеральными наполнителями
напильники быстро изнашиваются.

Абразивная обработка

Абразивная обработка изоляторов из пластмасс позволяет:

1. Получить высокую точность размеров
   (6–8-й квалитет).
2. Получить низкую шероховатость поверхности (Ra = 0,16–0,63 мкм).
3. Удалить с поверхности следы предыдущих
   операций (риски, штрихи).
4. Удалить облой с деталей, полученных прессованием.
5. Придать обработанной поверхности прозрачность, блеск.
6. Изготовить детали из листового материала.

При абразивной обработке достигается стабильная шероховатость по всей обработанной
поверхности и увеличивается прочность изоляторов, за счет ликвидации микроконцентратов напряжений.

Однако при назначении этого вида операций
следует иметь в виду, что абразивная обработка
не исключает возможность шаржирования обработанных поверхностей зернами абразива.
Различают следующие виды обработки пластмассовых изоляторов: шлифование абразивной
лентой; шлифование — круглое, плоское и бесцентровое; разрезание, полирование, галтовка,
дробеструйная обработка и др.

Шлифование абразивными лентами

В ряде случаев с поверхностей формованных
изоляторов необходимо удалять следы от инструментов, срезающих литники, или грат, остающийся по линиям разъема форм. В таких
случаях обычно применяют ленточное шлифование. Рекомендуется начинать шлифование лентами с более крупными абразивными
частицами, переходя затем к лентам с мелкими
частицами, пока не будет достигнуто требуемое
качество обработки.

Абразивные ленты с более мелкими частицами чаще применяют для шлифования
термопластов, чем реактопластов. Ленточношлифовальные станки для отделочных операций должны работать с охлаждением и с малой подачей. Это необходимо для того, чтобы
уменьшить выделение тепла и предохранить
абразивную ленту от забивания стружкой,
особенно при обработке термопластов. Нужно
также обеспечить фильтрование охлаждающей
жидкости — для предохранения обрабатываемой поверхности от повреждений абразивными частицами. Обработку изоляторов из гигроскопичных пластмасс следует производить
с воздушным охлаждением.

Были проведены исследования влияния
давления подачи и скорости резания на снятие
материала при шлифовании (с охлаждением)
абразивными лентами двух номеров зернистости. Исследовались пять видов пластмасс,
при этом была установлена следующая зависимость: чем больше давление подачи и скорость резания, тем больше количество снимаемого материала (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость съема материала от давления подачи и скорости резания при ленточном шлифовании в течение 2 минут лентой С60 (сплошная линия) и лентой С240
(штриховая линия): а) полиметилметакрилат; б) жесткий поливинилхлорид; в) поликарбонат; г) слоистый фенопласт; д) полиэфиропласт: 1 — v = 2000 м/мин; 2 — v = 1000 м/мин

Дополнительно установлено, что количество снятого материала возрастает с увеличением времени шлифования по закону
прямой линии, а лента с более крупными
частицами абразива снимает больший объем
материала (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость количества снятого материала
от времени обработки пластмасс шлифовальными лентами С240 и С60:
1, 10 — поливинилхлорид; 2, 8 — полиметилметакрилат;
3, 9 — поликарбонат; 4, 7 — фенопласт; 5, 6 — полиэфир

Поверхность с меньшей высотой неровностей получается при шлифовании лентами
с более мелкими частицами абразива. Однако
при шлифовании термопластов лентой более
мелкой зернистости возможно ее засаливание, даже при охлаждении водной эмульсией. Засаливание ленты усиливается, когда
скорость резания и давление подачи на ленту
возрастают.

Шлифование абразивными кругами

Шлифование (круглое, бесцентровое и плоское) и разрезание относятся к разряду шлифования абразивными кругами.

Для многих марок реактопластов с порошковыми и волокнистыми наполнителями процесс шлифования может быть эффективным
только при исключении или уменьшении
засаливания кругов. Для шлифования пластмасс с порошковым наполнителем применяют
круги из нормального белого электрокорунда,
а для термопластов и некоторых марок реактопластов — круги из черного или зеленого
карбида кремния. Для разрезания и шлифования пластмасс с высокими абразивными
свойствами (наполнитель — стекловолокно)
целесообразно применять круги из натуральных или синтетических алмазов.

Пластмассы из-за низкой теплостойкости
и интенсивного слипания с зернами и, в частности, со связкой шлифовального круга быстро
их засаливают, в результате чего появляются
прижоги на поверхности резания, и нормальный ход этого процесса прекращается. Для обеспечения нормального и продолжительного
шлифования, особенно материалов, склонных
к сильному засаливанию шлифовальных кругов, рекомендуется применять шлифовальные
круги с открытой структурой, то есть с большими порами между зернами абразива, низкой
твердостью и хорошей способностью к самозатачиванию, а также работать с обильным охлаждением. Для шлифования пластмасс без засаливания круга широкое применение нашли также
сравнительно недавно созданные шлифовальные круги с пустотелыми абразивными зернами
из окиси алюминия.

При плоском шлифовании пластмасс, независимо от их марки, можно применять электрокорундовые круги на бакелитовой связке.
Практика показывает, что в течение всего периода стойкости с помощью этих кругов можно
обеспечить необходимую шероховатость и высокую производительность. Хорошо зарекомендовали себя алмазные круги для обработки
стекловолокнитов АГ-4В и ДСВ.

Шероховатость поверхности в значительной мере зависит от направления подачи детали по отношению к направлению вращения
круга. При встречном шлифовании шероховатость получается ниже, чем при попутном.
Объясняется это тем, что при попутном шлифовании часть стружки захватывается кругом,
прижимается к изделию и, проходя зону резания, царапает обработанную поверхность.
Большое влияние при плоском шлифовании
на шероховатость поверхности оказывает поперечная подача. При шлифовании изолятора
с поперечной подачей шероховатость поверхности значительно снижается.

Хорошие результаты позволяет получить
применение шлифовальных кругов, где в качестве абразивного материала используется
раздробленное стекло, а в качестве связки — бакелитовая смола. Абразивные круги
из стеклянных зерен способны значительно
эффективнее самозатачиваться в процессе работы, чем круги, предназначенные для металлообработки. Это объясняется тем, что зерна
из стекла имеют меньшую прочность, чем
электрокорунд или карбид кремния, и легче
разрушаются вследствие откалывания от зерен
небольших частиц и выкрошивания затупившихся зерен. Вместо выкрошившихся и отколотых кромок зерен в работу вступают новые
обнажившиеся зерна, и режущие свойства
круга в результате такого самозатачивания
поддерживаются достаточно долго.

Внедрение шлифовальных кругов со стеклянными зернами на предприятиях отрасли
показало, что они по стойкости превосходят
традиционные круги в 10–20 раз и позволяют получать более низкую шероховатость
поверхностей пластмассовых изоляторов.
Производительность труда возрастала
в 2,9–4,3 раза, а себестоимость операции снижалась в 3,3–5,4 раза.

Галтовка, полирование

Отделка изоляторов галтовкой применяется
для удаления грата, заусенцев, притупления
острых кромок, скругления углов, а также
для полирования поверхностей. Это самый
дешевый способ выполнения указанных
операций, так как оборудование недорогое,
а работа оператора сводится лишь к загрузке
и выгрузке изоляторов.

Операция галтовки выполняется в галтовочных барабанах, облицованных внутри
резиной, деревом или пластмассой. Вместе
с изоляторами в барабан загружают так называемые носители, играющие роль абразивных
полирующих инструментов: кубики, шарики
из твердых пород дерева, обрезки сукна, фланели, предварительно пропитанные полировальными композициями. Взамен носителей
применяют также опилки и мел, пемзу с водой, опилки с пемзой и другие полировальные
составы. Для того чтобы в процессе полирования обрабатываемые изоляторы не отделялись
от носителей, плотность тех и других должна
быть примерно одинакова.

Загрузка барабанов, количественное соотношение обрабатываемых изоляторов,
носителей, полировальных составов, частота вращения и время полирования зависят
от формы и размеров изоляторов, вида пластмассы, из которой они изготовлены, а также
от качества отливок.

Существуют два основных способа галтовки — мокрая и сухая. Первый из них применяется почти исключительно для удаления
слоя материала, второй — для различных
операций, включая полирование.

Нельзя получить поверхности хорошего
качества, если в барабан загружено слишком
много деталей. Однако недостаточная загрузка
замедляет процесс галтовки.

Большая скорость вращения барабана,
более 40–50 об/мин, отрицательно влияет
на эффект действия взаимного скольжения
галтуемых изоляторов, среды и галтовочной
смеси. Однако при малой скорости вращения барабана, менее 20 об/мин, не создается
достаточная сила трения между галтуемыми
изоляторами. Режимы галтовки для конкретных видов изоляторов необходимо уточнять экспериментально, поскольку действительный механизм процесса галтовки
достаточно сложен и зависит от большого
числа факторов.

После галтовки изоляторы отделяют от наполнителя, очищают и сушат.

Если качество отливок изоляторов недостаточно высокое (большая глубина рисок
от оформляющих элементов формы, толщина
грата более 0,4 мм и т. д.), то после галтовки приходится применять ручную доработку. Обычно
ее производят на полировальных кругах.

Для предварительного, чернового полирования применяют хлопчатобумажные,
байковые, суконные полировальные круги,
для окончательного — ткани: бязь, мадаполам, муслин.

Облой с полиамидных изоляторов и резиновых деталей (уплотнительных втулок, прокладок и т. п.) эффективно удаляется после их замораживания до температуры –(40…50)°С.
Для этого их загружают в контейнер с сухим
дробленым льдом, а затем проводят операцию
галтовки.

Дробеструйная обработка

Удаление грата с пластмассовых изоляторов
путем их обдувки мелкими капроновыми кубиками и цилиндрами (на ФГУП «Карачевский
завод “Электродеталь”» в качестве «дроби»
применялась рубленая леска) обычно проводится двумя способами. Один из них основан
на использовании сжатого воздуха для приведения «дробинок» в движение. По другому
методу для метания «дробинок» используется
центробежная сила быстро вращающегося колеса. Заводской опыт показал, что для удаления
грата толщиной не более 0,15–0,20 мм наилучшие результаты достигаются при использовании пластиковых шариков и дробленой
ореховой скорлупы или фруктовых косточек.
Они обладают достаточной массой, чтобы быть
приведенными в движение с энергией, которая
позволяет снять грат или заусенец, но не столь
массивны или остры, чтобы повредить поверхность формованных изоляторов.

Скорость обдувки колеблется в пределах
от 3000 до 4500 м/мин в зависимости от материала изолятора и размера «дроби». Чем выше
скорость, тем грубее поверхность и больше
износ «дроби». Легче удалить грат у реактопластов. Чем мягче и пластичнее материал
изолятора, тем больше встречается трудностей
при отделке. При удалении грата у термопластов рекомендуется применять охлаждение,
например, сухой лед, чтобы придать материалу хрупкость.

Многие трудности, встречающиеся при отделочной обработке, можно устранить, изменив конструкцию пресс-форм.

В заключение следует отметить, что методы
отделки пластмасс обдувкой обычно экономичнее, чем отделка галтовкой, при условии,
что обдувка производится в оптимальном
режиме. Обдувка абразивными зернами
с жидкостью (метод распыления абразивной
эмульсии) также эффективна при обработке
пластмасс и обеспечивает получение поверхностей высокого качества.

Заключение

В данной статье обобщен значительный
объем практической и научно-теоретической
информации по механической обработке
пластмассовых деталей, как отечественных,
так и зарубежных производителей. Учтен
и 50-летний опыт в этой области ФГУП
«Карачевский завод “Электродеталь”».

Материалы и выводы, приведенные в данной работе, позволяют подробно ознакомиться с особенностями каждой из рассмотренных операций механической обработки
пластмассовых деталей: профессионально
определиться с выбором необходимой операции в каждом конкретном случае, подобрать оптимальную конструкцию и геометрию режущего инструмента, установить
технически обоснованные режимы обработки. Применение операций механической обработки или их сочетания, в определенной
последовательности, позволит решить практически любую из возникающих в производстве задач, связанных с доработкой отформованных изоляторов.

Немаловажное значение имеет и учет экономической целесообразности использования
в мелкосерийном производстве сложной дорогостоящей оснастки. В данном случае альтернативой этому может служить вариант
технологического процесса с использованием
менее сложной оснастки с введением операций механической обработки, для доведения
отлитых деталей до требуемого уровня.

Литература

1. Балыков А. В., Цесарский А. А. Алмазное
   сверление деталей из труднообрабатываемых неметаллических материалов. М.:
   Машиностроение, 1985.
2. Бортников В. Г. Основы технологии переработки пластических масс. Л.: Химия, 1986.
3. Кобаяши А. Обработка пластмасс резанием.
   М.: Машиностроение, 1984.
4. Трембовецкий А. Н., Муковоз Ю. А.
   Алмазная обработка неметаллических материалов. Киев: Знание, 1985.
5. Штучный Б. П. Механическая обработка
   пластмасс. М.: Машиностроение, 1987.
6. Степанов А. А. Обработка резанием высокопрочных композиционных полимерных
   материалов. Л.: Машиностроение, 1987.
7. Сафонов А. Л., Сафонов Л. И. Электрические
   прямоугольные соединители. Изготовление
   пластмассовых изоляторов повышенной
   точности // Технологии в электронной промышленности. 2009. № 6.
8. Сафонов А. Л., Сафонов Л. И. Электрические
   прямоугольные соединители. Основные
   вопросы теории и практики механической
   обработки пластмасс // Технологии в электронной промышленности. 2009. № 7.