Механическая обработка изделий из композитов.

Механическая обработка изделий из композитов.

Особенностью композитов является, как отмечалось выше, совме­щение технологического процесса получения материала с технологиче­ским процессом изготовления готового изделия. Прогрессивные мето­ды, такие как намотка, прессование, литье, экструзия и т.д., позволяют получать изделия из композитов относительно высокой точности и ка­чества поверхности. Однако весьма существенный объем механической обработки всегда остается. Поскольку речь идет только о высокопроч­ных материалах, полученных, главным образом, намоткой и прессова­нием, то необходимые операции механической обработки рассмотрим применительно к изделиям, характерным именно для этих методов формования. Это, в первую очередь, различные по размерам оболочки, плиты и изделия относительно простой формы. Для получения оконча­тельной формы и размеров готовых изделий необходимо применять почти все существующие виды механической обработки.

Механическая обработка необходима для достижения требуемой точности и качества поверхности, получения сложных конфигураций изделия. Это вполне оправдано, особенно при сравнительно небольших объемах производства идентичных изделий, когда разработка и изго­товление сложных форм оказываются экономически невыгодными. Она необходима для разрезки изделий до требуемых размеров, а также для получения образцов, с помощью которых определяются физико-механические характеристики готовых изделий, например, оболочек из композитов.

При изготовлении изделий из композитов применяют следующие виды механической обработки: точение (наружное и подрезка торца), сверление и развертывание, фрезерование, разрезка, шлифование и нарезание резьбы.

Точение применяется для обработки сопрягаемых поверхностей оболочек, конических участков, для проточки шеек под нарезание резь­бы, а также для подрезания торцов заготовок и необходимых канавок, например, при установке уплотняющих элементов. Точение применяют и для сложного ступенчатого профиля оболочки. Кроме того, с помощью токарной обработки можно получить отдельные детали относительно небольших размеров из различных единичных заготовок.

Сверление - одна из наиболее распространенных операций меха­нической обработки композитов. В плитах и пластинах - это сверление различных отверстий под крепежные элементы и для других эксплуата­ционных целей, в оболочках - это, главным образом, сверление боль­шого количества сквозных и глухих отверстий для штифто-болтового соединения оболочки с другими элементами конструкции. При необхо­димости получения отверстий более высокой точности, а главным обра­зом, более высокого качества их поверхности, иногда применяется опе­рация развертывания.

Фрезерование применяют для прорезки пазов, вырезки окон, люч­ков, для получения различного рода канавок и уступов, причем при об­работке материалов типа стекло-, органо-, боро- и углепластиков -фрезерование концевыми, дисковыми и шпоночными фрезами и значи­тельно реже - торцовыми и цилиндрическими.

Разрезка является также весьма распространенным видом меха­нической обработки композитов. Она необходима как при получении требуемых размеров изделий, так и при изготовлении образцов для оп­ределения физико-механических характеристик композитов. При раз­резке основным требованием является требование к качеству реза -шероховатости поверхности и минимальной его ширине.

Шлифование при обработке композитов применяют как отделоч­ную операцию, главной целью которой является обеспечение качества поверхности. Отсюда требования, предъявляемые к этой операции, -это обеспечение требуемого параметра шероховатости поверхности. Основные виды шлифования - наружное круглое шлифование и плос­кое шлифование периферией круга.

Нарезание резьбы. В изделиях из композитов нарезают крепеж­ные резьбы - метрические и специального профиля. Нарезание метри­ческой резьбы, особенно внутренней, производят метчиками. Резьбу специального профиля, как правило, прямоугольного, нарезают абра­зивными или алмазными кругами и очень редко резцом.

 

Влияние механической обработки на свойства композитов

Водопоглощение композитов

Одним из специфических свойств композитов как конструкционных материалов является их склонность к водопоглощению, что приводит, в свою очередь, к изменению их физико-механических свойств, а порой к изменению размеров и формы готовых изделий. Водопоглощение зави­сит от многих факторов: видов полимерного связующего и волокнистого наполнителя, степени наполнения, формы, размера и взаимного распо­ложения частиц наполнителя, технологии изготовления, длительности увлажнения, состояния поверхности, остаточных напряжений.

Наиболее склонными к водопоглощению являются стеклопластики. Вода проникает в материал вследствие нарушения его структурной сплошности за счет имеющихся дефектов, к числу которых следует от­нести: микропоры, трещины, капилляры, полости, дефекты на границе раздела фаз. Микроскопический анализ показывает, что волокна окру­жены воздушными полостями и включениями, мелкие включения со­единены между собой и образуют непрерывные пути на поверхности раздела. Влага легко мигрирует по системе этих включений.

Таким образом, водопоглощение происходит путем заполнения дефектов материала, в результате чего происходит растрескивание связующего в местах концентрации остаточных напряжений, ослабле­ние адсорбционного воздействия на границе волокно-смола, а значит, и прочности материала. Возникающие трещины перпендикулярны оси волокна, что приводит к уменьшению эффективной длины волокна, а следовательно, и снижению его прочности. Наблюдаются трещины и вдоль поверхности раздела волокно-полимер, что ослабляет связь во­локна со связующим и ухудшает физико-механические свойства мате­риала.

Механическая обработка изделий из композитов интенсифицирует процесс водопоглощения. Это происходит за счет того, что при обра­ботке, во-первых, снимается всегда имеющийся на поверхности слой полимеризованного связующего, являющийся как бы защитным слоем, во-вторых, перерезаются армирующие волокна наполнителя, при этом образуются микротрещины и другие дефекты материала, нарушающие его сплошность. Если же при обработке применяют СОЖ, то процесс водопоглощения ускоряется еще больше.

Механическая обработка изделий из композитов.

Особенностью композитов является, как отмечалось выше, совме­щение технологического процесса получения материала с технологиче­ским процессом изготовления готового изделия. Прогрессивные мето­ды, такие как намотка, прессование, литье, экструзия и т.д., позволяют получать изделия из композитов относительно высокой точности и ка­чества поверхности. Однако весьма существенный объем механической обработки всегда остается. Поскольку речь идет только о высокопроч­ных материалах, полученных, главным образом, намоткой и прессова­нием, то необходимые операции механической обработки рассмотрим применительно к изделиям, характерным именно для этих методов формования. Это, в первую очередь, различные по размерам оболочки, плиты и изделия относительно простой формы. Для получения оконча­тельной формы и размеров готовых изделий необходимо применять почти все существующие виды механической обработки.

Механическая обработка необходима для достижения требуемой точности и качества поверхности, получения сложных конфигураций изделия. Это вполне оправдано, особенно при сравнительно небольших объемах производства идентичных изделий, когда разработка и изго­товление сложных форм оказываются экономически невыгодными. Она необходима для разрезки изделий до требуемых размеров, а также для получения образцов, с помощью которых определяются физико-механические характеристики готовых изделий, например, оболочек из композитов.

При изготовлении изделий из композитов применяют следующие виды механической обработки: точение (наружное и подрезка торца), сверление и развертывание, фрезерование, разрезка, шлифование и нарезание резьбы.

Точение применяется для обработки сопрягаемых поверхностей оболочек, конических участков, для проточки шеек под нарезание резь­бы, а также для подрезания торцов заготовок и необходимых канавок, например, при установке уплотняющих элементов. Точение применяют и для сложного ступенчатого профиля оболочки. Кроме того, с помощью токарной обработки можно получить отдельные детали относительно небольших размеров из различных единичных заготовок.

Сверление - одна из наиболее распространенных операций меха­нической обработки композитов. В плитах и пластинах - это сверление различных отверстий под крепежные элементы и для других эксплуата­ционных целей, в оболочках - это, главным образом, сверление боль­шого количества сквозных и глухих отверстий для штифто-болтового соединения оболочки с другими элементами конструкции. При необхо­димости получения отверстий более высокой точности, а главным обра­зом, более высокого качества их поверхности, иногда применяется опе­рация развертывания.

Фрезерование применяют для прорезки пазов, вырезки окон, люч­ков, для получения различного рода канавок и уступов, причем при об­работке материалов типа стекло-, органо-, боро- и углепластиков -фрезерование концевыми, дисковыми и шпоночными фрезами и значи­тельно реже - торцовыми и цилиндрическими.

Разрезка является также весьма распространенным видом меха­нической обработки композитов. Она необходима как при получении требуемых размеров изделий, так и при изготовлении образцов для оп­ределения физико-механических характеристик композитов. При раз­резке основным требованием является требование к качеству реза -шероховатости поверхности и минимальной его ширине.

Шлифование при обработке композитов применяют как отделоч­ную операцию, главной целью которой является обеспечение качества поверхности. Отсюда требования, предъявляемые к этой операции, -это обеспечение требуемого параметра шероховатости поверхности. Основные виды шлифования - наружное круглое шлифование и плос­кое шлифование периферией круга.

Нарезание резьбы. В изделиях из композитов нарезают крепеж­ные резьбы - метрические и специального профиля. Нарезание метри­ческой резьбы, особенно внутренней, производят метчиками. Резьбу специального профиля, как правило, прямоугольного, нарезают абра­зивными или алмазными кругами и очень редко резцом.