МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет» Политехнический институт Кафедра электро- и нанотехнологий ОТЧЕТ ПО ПРАКТИКЕ по дисциплине «Технологическая (проектно-технологическая) практика» на тему: «Токарная обработка конструкционных материалов (полиуретан)» Студент группы 622431/04 Щедров А. А. Проверил: Волгин В. М. Тула 2025г Содержание Введение .................................................................................................... 3 Физико-механические характеристики полиуретана ............................ 4 Общие свойства полиуретана ............................................................... 4 Механические свойства и их влияние на обработку .......................... 6 Тепловые и химические характеристики полиуретана ...................... 8 Проблемы механической обработки полиуретана .............................. 10 Сложности при токарной обработке .. Error! Bookmark not defined. Износ инструмента и его влияние на качество обработки .............. 12 Проблемы, связанные с термическими свойствами полиуретана .. 13 Разработка технологии механической обработки полиуретана ........ 16 Выбор методов обработки .................................................................. 16 Оптимизация параметров резания...................................................... 17 Разработка технологических карт обработкиError! Bookmark not defined. Оборудование и инструменты для токарной обработки полиуретана ....................................................................................................... 19 Типы токарных станков....................................................................... 19 Режущий инструмент: выбор и характеристики .............................. 20 Специфика настройки оборудования для обработки полиуретана 23 Контроль качества готовых изделий из полиуретана ......................... 34 Методы контроля размеров и формы ................................................ 34 2 Заключение .............................................. Error! Bookmark not defined. Список литературы ................................................................................. 35 Введение Полиуретан, как один из наиболее универсальных и востребованных полимерных материалов, находит широкое применение в различных отраслях промышленности. Его уникальные физико-механические свойства, такие как высокая эластичность, прочность и устойчивость к внешним воздействиям, делают его незаменимым в производстве деталей и изделий, используемых в условиях интенсивных нагрузок. Тем не менее, обработка полиуретана, особенно токарная, представляет собой сложную задачу, обусловленную его специфическими свойствами. Изучение и оптимизация процессов токарной обработки полиуретана актуальны для повышения качества готовых изделий и снижения производственных затрат, что имеет значение для современных промышленных технологий. Целью данной курсовой работы является изучение особенностей токарной обработки полиуретана, анализ существующих проблем и разработка рекомендаций по улучшению технологий обработки для повышения точности и качества изделий. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить физико-механические свойства полиуретана, влияющие на процесс его обработки; проанализировать существующие методы токарной обработки данного материала. Кроме того, требуется исследовать применяемое оборудование и режущий инструмент, а также предложить способы оптимизации процесса обработки для достижения высокой точности и качества готовых изделий. 3 Физико-механические характеристики полиуретана Общие свойства полиуретана Полиуретан является представителем класса полимеров, который образуется в результате реакции полиолов и изоцианатов. Этот процесс позволяет варьировать химический состав материала, что, в свою очередь, влияет на его физико-механические свойства. Благодаря этому полиуретан может быть адаптирован под различные требования, что делает его универсальным материалом для множества применений. Структура полиуретана характеризуется наличием чередующихся мягких и жестких сегментов. Такая особенность придаёт материалу уникальные свойства, включая высокую эластичность и прочность. Мягкие сегменты обеспечивают гибкость, а жесткие — стабильность и устойчивость к нагрузкам, что делает полиуретан востребованным в различных отраслях промышленности. 4 Рисунок 1. Таблицы свойств полиуретана для промышленной обработки Рисунок 2. Таблицы свойств полиуретана для промышленной обработки 5 Физические свойства полиуретана охватывают широкий диапазон плотности — от 30 до 1200 кг/м³, что зависит от его состава и назначения. Этот параметр определяет использование материала, начиная от лёгких изоляционных панелей и заканчивая прочными конструкционными элементами. Полиуретаны обычно получают на основе диизоцианатной (ДИ) и гидроксилсодержащей составляющих, среди которых используются как простые, так и сложные полиэфиры (ПЭ), гликоли и триолы (Ягнов и др., 2005. 1 с.). Кроме того, полиуретан демонстрирует отличные амортизирующие свойства, что делает его идеальным для применения в условиях динамических нагрузок. Полиуретан демонстрирует высокую устойчивость к воздействию масел, растворителей и ультрафиолетового излучения, что делает его надежным материалом для эксплуатации в агрессивных средах. Изделия из полиуретана находят успешное применение в машиностроении, строительстве и других отраслях, где требуются долговечность и устойчивость к внешним воздействиям. Вместе с тем, исследования показывают, что изменения поверхности полиуретана под действием плазмы аргоном были изучены с помощью атомно-силовой микроскопии (Морозов и др., 2021. 13 с.), что подтверждает его потенциальные возможности в различных технологических процессах. Механические свойства и их влияние на обработку Полиуретан, с плотностью от 1.1 до 1.3 г/см³, сочетает легкость с достаточной конструкционной прочностью, что делает его подходящим для использования в различных областях, таких как детали машин и элементы бытовой техники. Модуль упругости полиуретана варьируется в зависимости от его состава, что позволяет адаптировать материал под конкретные требования, обеспечивая необходимую жесткость или гибкость. Смирнова отмечает, что «литьевой полиуретан в интерьере, 6 сувенирная продукция из пластиков» демонстрирует разнообразие его применения, подчеркивая универсальность этого материала. Прочность полиуретана на растяжение достигает 50 МПа, что значительно превосходит показатели многих других полимеров. Это позволяет использовать его в конструкциях, где требуется высокая устойчивость к нагрузкам. Прочность на сжатие также находится на высоком уровне, что делает полиуретан идеальным материалом для амортизирующих элементов и уплотнителей, работающих под постоянным давлением. Высокая ударная вязкость полиуретана позволяет ему эффективно поглощать значительные механические удары, что делает материал особенно ценным для производства амортизирующих систем, таких как демпферы и изоляторы вибрации. Это свойство обеспечивает его широкое применение в автомобильной и строительной отраслях. При этом проблема утилизации промышленных отходов, включая измельченные остатки пенополиуретана, остается актуальной для предприятий-производителей (Шафигуллин и др., 2019. 2 с.). Полиуретан демонстрирует отличное сопротивление трению и высокую износостойкость, что делает его превосходным выбором для деталей, работающих в условиях интенсивного механического воздействия. Эти характеристики обеспечивают долговечность изделий, таких как ролики, шестерни и уплотнительные кольца, даже при эксплуатации в агрессивных средах. В частности, рассматриваются конструкции и экспериментальные образцы колес с безвоздушными шинами, изготовленными из полиуретана, а также их испытания на стендах (Рыков, Мазур, Тетерин, 2013. 2 с.). 7 Эластичность полиуретана, достигающая до 600%, представляет собой ключевой параметр, влияющий на его обработку. Высокая гибкость материала требует применения специальных методов и инструментов, чтобы избежать деформации или повреждения заготовки в процессе токарной обработки. В современных технологиях обработки полиуретана важным аспектом является использование высокопрочных материалов, обладающих повышенной стойкостью к внешним воздействиям и обеспечивающих высокое качество готовых изделий (Девятловская, 2017. 8 с.). Это свойство делает полиуретан особенно подходящим для изделий, где необходима высокая степень растяжимости. Механические свойства полиуретана, такие как плотность, прочность и эластичность, определяют параметры токарной обработки. Например, высокая прочность требует использования режущего инструмента с повышенной износостойкостью, а эластичность материала диктует необходимость точной настройки скорости резания и подачи. Эти аспекты необходимо учитывать для достижения оптимального качества обработки. Тепловые и химические характеристики полиуретана Полиуретан обладает относительно высокой термостойкостью, что делает его подходящим для использования в условиях повышенных температур. Температура плавления данного материала составляет около 200°C, что позволяет применять его в различных отраслях промышленности, где требуется устойчивость к нагреву. При этом важно учитывать его низкую теплопроводность при механической обработке, поскольку это может привести к локальному перегреву инструмента и материала без соответствующих мер для охлаждения. В таких ситуациях «при обработке с высокими скоростями, когда попадание СОЖ в зону 8 резания затруднено, и возникают высокие температуры в зоне резания, целесообразно применять специальные смазочно-охлаждающие жидкости» (Некрасов, Путилова, Корешков, Харитонов, 2013. 13 с.). Полиуретан обладает высокой химической устойчивостью, что делает его востребованным в средах с агрессивными химическими воздействиями. Материал устойчив к большинству органических растворителей, кислот и щелочей, что значительно увеличивает срок службы изделий, изготовленных из полиуретана. Эта характеристика позволяет использовать полиуретан в таких отраслях, как химическая промышленность, где изделия подвергаются воздействию агрессивных веществ. Химическая стойкость полиуретана играет важную роль в токарной обработке. Благодаря устойчивости материала к воздействию химических веществ, можно использовать широкий спектр смазочно-охлаждающих жидкостей, не разрушая его структуру. Это, в свою очередь, улучшает качество обработки и увеличивает срок службы режущего инструмента. Также стоит отметить, что разработки, позволяющие перерабатывать отходы обувного производства, содержащие полиуретан, имеют особое значение. 9 Проблемы механической обработки полиуретана Технологические параметры токарной обработки на станке 2ТС1730Ф4 Рисунок 3. Технологические параметры и характеристики станка 2ТС1730Ф4 для токарной обработки 10 Рисунок 4. Технологические параметры и характеристики станка 2ТС1730Ф4 для токарной обработки Токарная обработка кольца из полиуретана на станке 2ТС1730Ф4 является технически сложным процессом, требующим внимательного выбора технологических параметров для достижения необходимого качества обработки. На данном этапе важно понимать специфику работы токарного центра, который может выполнять различные операции, включая черновую и чистовую обработку. Этот станок предназначен для обработки деталей сложной формы с высокой точностью, что критично для изделий из полиуретана, обладающего уникальными физико-химическими свойствами. Станок 2ТС1730Ф4 обладает высокой жесткостью конструкции и точностью, позволяя осуществлять обработку деталей с максимальным 11 диаметром заготовки до 580 мм. Спецификация станка также включает возможность работы с длиной между центрами до 2000 мм, что предоставляет гибкость в выборе размеров заготовки. Базовая комплектация включает систему ЧПУ Siemens 828 и 12-ти позиционную револьверную голову, что значительно увеличивает производительность и универсальность обработки. Износ инструмента и его влияние на качество обработки Износ режущего инструмента представляет собой одну из ключевых проблем при токарной обработке полиуретана. Этот материал отличается низкой теплопроводностью, что приводит к значительному нагреву инструмента в процессе работы. В результате инструмент подвергается ускоренному износу, который может быть в 2–3 раза выше по сравнению с обработкой металлов. Это связано с тем, что тепло, выделяющееся при резании, не отводится эффективно через материал и концентрируется на режущей кромке инструмента. Кроме того, большинство изделий из полимерных материалов, включая полиуретан, изготавливаются методами литья и прессования, что подчеркивает значимость этих технологий в современном производстве (Клименков, Дубинский, [б. г.]. 1 с.). Ускоренный износ режущего инструмента существенно влияет на точность и качество обработки полиуретана. С увеличением износа режущей кромки возрастает шероховатость поверхности обрабатываемого изделия, что может увеличиваться до 20%. Изношенный инструмент также теряет способность обеспечивать точные размеры деталей, что приводит к отклонениям от заданных параметров и необходимости повторной обработки или полной замены изделия.В этом контексте исследование влияния вторичного сырья и отходов, представляющих собой сэндвичевые конструкции изделий из полиуретанового пенопласта (ППУ), показало 12 снижение деформативности при вдавливании на 11% (Шафигуллин и др., 2019, с. 1). Это подчеркивает, что выбор материалов и состояние инструмента играют ключевую роль в достижении высоких эксплуатационных характеристик изделий из ППУ. На износ инструмента при обработке полиуретана влияют как физико-механические свойства самого материала, так и параметры обработки. Высокая эластичность полиуретана приводит к тому, что материал оказывает переменное сопротивление режущему инструменту, что усиливает механическое воздействие на режущую кромку. Исследования показывают, что акустическая обработка полиуретанов может изменять их физико-механические свойства, включая вязкость и прочность (Ягнов и др., 2005. 3 с.). Вместе с тем, использование неподходящих режимов резания, таких как слишком высокая скорость или недостаточное охлаждение, также способствует ускорению износа инструмента. Для минимизации износа режущего инструмента при обработке полиуретана применяются различные методы. Основным компонентом, подвергаемым переработке, был выбран полиуретан с добавлением других отходов в качестве наполнителей (Амирханов и др., [б. г.]. 1 с.). Одним из наиболее эффективных решений является использование инструментов с алмазным покрытием, которые позволяют снизить износ на 30–40%. Важным аспектом также является выбор оптимальных режимов резания, таких как скорость и подача. Применение охлаждающих жидкостей способствует снижению температуры на режущей кромке и уменьшению термического воздействия на инструмент, что в свою очередь помогает продлить его срок службы. Проблемы, связанные с термическими свойствами полиуретана 13 Теплопроводность полиуретана значительно ниже, чем у металлов, и составляет всего 0,02–0,03 Вт/(м·К). Это означает, что материал плохо проводит тепло, что оказывает существенное влияние на процесс токарной обработки. В отличие от металлов, которые быстро отводят тепло от зоны резания, полиуретан сохраняет тепло в обрабатываемой области. Это может привести к локальному повышению температуры, что в свою очередь влияет на свойства материала, такие как его жесткость и эластичность. Таким образом, низкая теплопроводность полиуретана создает дополнительные сложности при обработке, требуя разработки специальных методов для эффективного управления тепловыми процессами. Во время токарной обработки полиуретана температура на режущей кромке может достигать 100 °C. Это происходит из-за низкой теплопроводности материала и высокой скорости резания. Нагревание приводит к изменению структуры полиуретана, что проявляется в его размягчении или даже плавлении в зоне обработки. Такие изменения негативно сказываются на точности обработки и качестве поверхности изделия. Кроме того, высокая температура может вызывать внутренние напряжения в материале, что, в свою очередь, приводит к деформациям и ухудшению эксплуатационных характеристик готового изделия.Согласно исследованиям, увеличение твердости при сжатии происходит с возрастанием содержания ТЭОС до 10 массовых частей в композиции. Это связано с процессом образования межмолекулярных химических связей между реакционноспособными группами ТЭОС и полиуретановым предполимером (Чухланов, Селиванов, Селиванова, Чухланова, 2014, с. 1365). Таким образом, правильный выбор компонентов и контроль за температурой в процессе обработки являются критически важными для достижения желаемых эксплуатационных характеристик изделий из полиуретана. 14 Для минимизации термических проблем, возникающих при токарной обработке полиуретана, применяются различные подходы. Одним из наиболее эффективных решений является использование охлаждающих жидкостей. Они позволяют снизить температуру в зоне резания на 30–50 %, что значительно улучшает качество обработки и снижает вероятность повреждения материала. Кроме того, можно оптимизировать параметры резания, такие как скорость и подача, чтобы уменьшить выделение тепла. Также рекомендуется использовать инструменты с покрытием, снижающим трение, что дополнительно способствует уменьшению теплового воздействия на материал. 15 Разработка технологии механической обработки полиуретана Выбор методов обработки Полиуретан обладает уникальными свойствами, такими как высокая износостойкость, гибкость и устойчивость к воздействию химических веществ, что делает его востребованным материалом в различных отраслях промышленности. Однако эти же свойства затрудняют его механическую обработку. Традиционные методы обработки, включая токарную обработку, сверление и фрезеровку, требуют особого подхода, так как полиуретан имеет низкую теплопроводность, что приводит к накоплению тепла в зоне резания. Это может вызвать деформацию материала и ухудшение качества обработки. Поэтому важно понимать особенности каждого метода, чтобы выбрать наиболее подходящий для конкретных условий. Современные методы обработки полиуретана, такие как лазерная резка и гидроабразивная обработка, обеспечивают высокую точность и качество. Вместе с тем их применение ограничивается высокой стоимостью оборудования и сложностью настройки. Традиционные методы обработки, хотя и уступают в точности, предлагают большую универсальность и экономическую доступность. Скульптура больших и малых форм гармонично вписывается как в классические и этнические стили, так и в современные направления, такие как модерн и минимализм (Смирнова, 2014, с. 66). Таким образом, выбор между традиционными и современными методами определяется требованиями к качеству обработки, доступностью оборудования и экономической целесообразностью. Для обработки полиуретана наиболее подходящими являются методы, обеспечивающие баланс между качеством обработки и экономической эффективностью. Токарная обработка остается основным 16 методом, так как она позволяет эффективно обрабатывать полиуретан при правильном выборе режущих инструментов и параметров резания. В случаях, когда требуется высокая точность, могут быть применены современные методы, такие как гидроабразивная обработка. Таким образом, выбор метода обработки зависит от специфики задачи и доступных ресурсов. Оптимизация параметров резания При обработке полиуретана важное значение имеет анализ факторов, влияющих на параметры резания, так как этот материал обладает уникальными физико-механическими свойствами. Низкий коэффициент теплопроводности полиуретана вызывает необходимость учета теплового воздействия на режущий инструмент и заготовку. Кроме того, высокая эластичность материала приводит к изменению формы заготовки под воздействием механических нагрузок, что требует корректировки параметров резания. Также важным фактором является твердость полиуретана, которая может варьироваться в зависимости от его состава, что, в свою очередь, влияет на выбор скорости резания и усилия подачи. Оптимальные режимы резания для полиуретана определяются с учетом его свойств и требований к качеству обработки. Исследования показывают, что скорость резания в диапазоне 150–300 м/мин является наиболее подходящей для большинства типов полиуретана, так как она обеспечивает баланс между качеством поверхности и долговечностью инструмента. Подача и глубина резания также выбираются в зависимости от твердости материала и требуемой точности. Использование охлаждающих жидкостей может значительно улучшить условия обработки, снижая температуру в зоне резания и уменьшая износ инструмента. 17 Выбор режущего инструмента для обработки полиуретана играет ключевую роль в достижении высокого качества обработки. Применение алмазных и керамических инструментов обеспечивает высокую точность и минимальный уровень шероховатости поверхности. При этом для операций, где высокая точность не критична, могут использоваться инструменты из быстрорежущей стали. Важно также обратить внимание на геометрию режущей кромки, так как она влияет на процесс образования стружки и качество поверхности. Клименков и Дубинский подчеркивают, что «в настоящее время все большее значение в технике приобретают детали, изготовленные из полимерных материалов, резины, цветных сплавов и стекла» (Клименков, Дубинский, [б. г.]. 1 с.). Для достижения оптимальных параметров резания при обработке полиуретана рекомендуется использовать токарные станки с высокой точностью настройки. Необходимо обеспечить стабильность заготовки и минимизировать вибрации, которые могут негативно повлиять на качество обработки. Настройка станка должна включать выбор подходящих режимов резания, установку системы подачи охлаждающей жидкости и использование инструментов с оптимальной геометрией. Эти меры позволят повысить производительность и качество обработки, а также продлить срок службы режущего инструмента. 18 Оборудование и инструменты для токарной обработки полиуретана Типы токарных станков Токарные станки классифицируются по различным признакам, включая их автоматизации. конструктивные Основные особенности, типы назначение токарных и станков степень включают универсальные, специализированные и автоматизированные системы. Универсальные станки широко применяются в малом производстве благодаря их гибкости и возможности выполнять широкий спектр операций. Специализированные станки разрабатываются для выполнения определённых задач, таких как обработка сложных профилей или материалов с особыми свойствами. Автоматизированные системы, включая станки с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивают высокую точность и производительность, что делает их незаменимыми в серийном производстве. Универсальные токарные станки составляют более 70% всех используемых станков в малом производстве. Их популярность обусловлена простотой конструкции, универсальностью и доступной стоимостью. Эти станки позволяют выполнять различные операции, включая точение, расточку и нарезание резьбы, что делает их незаменимыми в условиях, где требуется обработка небольших партий изделий. Однако они имеют ограничения в точности и скорости обработки по сравнению с более специализированными и автоматизированными системами. Специализированные токарные станки для обработки полиуретана разрабатываются с учётом уникальных характеристик этого материала. Полиуретан обладает низкой теплопроводностью и высокой 19 эластичностью, что требует использования инструментов с острыми режущими кромками и минимальной вибрацией. Такие станки часто оснащаются системами охлаждения и пылеудаления, что способствует улучшению качества обработки и увеличению срока службы инструмента. Применение специализированных станков также гарантирует высокую точность и минимальные отходы материала. Важно учитывать, что «для герметизации подвижных соединений гидросистем в основном применяют уплотнения с эластичным герметизирующим элементом» (Актуальные вопросы физики и техники, 2017. 10 с.)[1], что подчеркивает необходимость тщательной обработки полиуретана в этих приложениях. Современные управлением (ЧПУ) токарные станки обеспечивают с числовым высокую программным точность обработки полиуретана, достигая значений до 0,001 мм. Этот материал, обладая рядом технических преимуществ по сравнению с резинами, находит всё более широкое применение в производстве уплотнительных манжет. Применение технологий ЧПУ не только улучшает качество изделий, но и снижает отходы материала на 30% по сравнению с традиционными ручными методами. Автоматизация процессов обработки значительно сокращает время выполнения операций и минимизирует влияние человеческого фактора. Развитие ЧПУ-станков, начавшееся в 1952 году, стало основой для повышения эффективности производства в различных отраслях. Режущий инструмент: выбор и характеристики Режущие инструменты, используемые для обработки полиуретана, можно классифицировать по нескольким критериям, включая материал изготовления, геометрию режущей части и тип покрытия. Основными типами инструментов являются резцы, фрезы и сверла. Каждый из них предназначен для выполнения определённых операций: резцы используются для токарной обработки, фрезы — для обработки плоских и 20 фасонных поверхностей, а сверла — для создания отверстий. Выбор конкретного типа инструмента зависит от задачи обработки и характеристик обрабатываемого материала. Материалы для изготовления режущих инструментов, предназначенных для обработки полиуретана, должны учитывать физикомеханические свойства этого материала. Полиуретан, обладая низкой теплопроводностью, требует применения инструментов с высокой теплоотводящей способностью. Наиболее часто используются инструменты из твердых сплавов, которые обеспечивают высокую износостойкость и долговечность при работе с данным материалом. Для задач, требующих высокой точности, также применяются инструменты с алмазным покрытием, что минимизирует износ и повышает точность обработки. Полиуретан широко используется в качестве уплотнительных элементов благодаря своей эластичности и долговечности (Актуальные вопросы физики и техники, 2017. 10 с.). Геометрия режущих кромок играет ключевую роль в успешной обработке полиуретана. Оптимальный угол заточки режущей кромки составляет около 20 градусов, что позволяет минимизировать усилие резания и избежать перегрева материала. При этом форма режущей кромки должна быть адаптирована для предотвращения образования заусенцев и обеспечения высокой точности обработки. Тщательный выбор геометрии инструмента не только улучшает качество поверхности, но и снижает износ инструмента. перспективным Вместе с способом тем, «плазменная модификации обработка поверхности. является В случае гетерогенных материалов изучение локальных свойств поверхностей на структурном уровне представляет интерес» (Морозов и др., 2021. 13 с.). Такой подход может дополнительно способствовать улучшению характеристик обработки полиуретана. 21 Использование покрытий на режущих инструментах позволяет значительно увеличить их долговечность и производительность. Например, покрытия на основе нитрида титана увеличивают срок службы инструмента при обработке полиуретана на 30%. Такие покрытия обеспечивают высокую износостойкость и снижают коэффициент трения, что особенно важно при обработке материалов с низкой теплопроводностью, таких как полиуретан. Выбор покрытия должен соответствовать условиям обработки и требованиям к качеству поверхности готового изделия. Качество обработки полиуретана определяется параметрами режущего инструмента, такими как размеры, форма и материал. Скорость резания, варьирующаяся от 50 до 150 м/мин в зависимости от плотности полиуретана, также играет важную роль. Правильный выбор параметров инструмента помогает избежать перегрева материала и обеспечивает высокую точность обработки. Шероховатость поверхности инструмента также имеет значение, поскольку она влияет как на качество обработки, так и на долговечность инструмента. В работе рассматриваются проблемы, связанные с механической обработкой полиуретана, включая его физикомеханические характеристики и влияние различных наполнителей на прочностные свойства (Чухланов, Селиванов, Селиванова, Чухланова, 2014, с. 1365). При выборе режущего инструмента для обработки полиуретана необходимо учитывать такие факторы, как тип операции, свойства материала и требования к качеству обработки. Для операций, требующих высокой точности и минимального износа, рекомендуется использовать инструменты с алмазным покрытием. Для стандартных задач токарной обработки подходят инструменты из твёрдых сплавов с оптимальным углом заточки. Кроме того, важно учитывать условия обработки, такие как 22 скорость резания и охлаждение, чтобы обеспечить эффективность и долговечность инструмента. Специфика настройки оборудования для обработки полиуретана Настройка станка для работы с полиуретаном требует учета специфических свойств материала, таких как низкая теплопроводность и высокая эластичность. Эти характеристики влияют на выбор параметров, таких как скорость резания, подача и глубина резания. Например, низкая теплопроводность полиуретана увеличивает риск перегрева инструмента и заготовки, что может привести к ухудшению качества поверхности. Для предотвращения таких проблем важно правильно настроить охлаждающую систему и использовать подходящие режимы резания, которые минимизируют выделение тепла. Режимы резания при обработке полиуретана должны быть тщательно подобраны в зависимости от его плотности и твёрдости. Оптимальные скорости резания варьируются от 100 до 200 м/мин, что позволяет достичь баланса между производительностью и качеством обработки. Важно учитывать, что полиуретан может демонстрировать различные механические свойства в зависимости от состава. Поэтому проведение предварительных испытаний для определения наиболее подходящих параметров обработки является необходимым шагом. Алексеев, Дудко и Войтешонок отмечают, что «исключение необходимости окончательной механической обработки полимерных деталей (группа «Полиацетали») за счет повышения точности обеспечения размерных параметров на операциях». Это подчеркивает значимость правильного выбора режимов резания для достижения необходимых характеристик готовой продукции. Точность настройки оборудования играет ключевую роль в обеспечении высокого качества готовых изделий из полиуретана. Даже 23 малейшие отклонения в параметрах могут привести к дефектам, таким как неравномерная поверхность или неправильные размеры детали. Использование станков с числовым программным управлением (ЧПУ) позволяет минимизировать подобные проблемы, обеспечивая стабильность и точность обработки. Это особенно актуально при изготовлении изделий с высокими требованиями к геометрическим и физическим характеристикам. В современных условиях «необходимность решения важнейших технических задач, связанных с экономным расходованием материалов для современной техники, обусловливает дальнейшее развитие науки о материалах» (Девятловская, 2017, с. 5). Для достижения оптимальных результатов при обработке полиуретана рекомендуется использовать острые и прочные режущие инструменты, такие как инструменты из твердосплавных материалов, и регулярно проверять их состояние. Также важно следить за температурой в зоне резания и при необходимости использовать охлаждающие жидкости. Настройка станка должна включать тестовые операции для проверки корректности параметров перед началом серийного производства. Эти меры помогут избежать брака и повысить эффективность обработки. Материал применяемый в исследовании: Полиуретан ППу-1 Применяемая заготовка: 24 25 Программа применяемая для обработки данной заготовки: G28 U0. W0. M01 N01 ( T01 ) G28 U0. T0101 G0 X150. Z200. G96 S300 M3 G0 X365.5 Z5. M8 G99 G96 G0 X365.5 Z5. X318.486 Z4.344 G1 X319.092 Z2.989 F0.45 (подача 0.45мм/об) X319.21 Z2.318 X315.2 G0 Z3.318 G1 X315.164 Z3.525 G0 X315.162 Z5. X365.5 G99 G96 G0 X365.5 Z5. X358.68 G1 Z-21.4 F0.45 G0 X360.68 Z5. X355.86 G1 Z-4.392 X356.5 Z-4.577 G3 X356.7 Z-4.75 R0.2 G1 Z-19.4 X360.7 G0 X362.7 Z5. X353.04 G1 Z-3.578 X355.86 Z-4.392 X357.86 Z-3.392 G0 Z5. X350.22 26 G1 Z-2.764 X353.04 Z-3.578 X355.04 Z-2.578 G0 Z5. X347.4 G1 Z-1.95 X350.22 Z-2.764 X352.22 Z-1.764 G0 Z5. X344.58 G1 Z-1.136 X347.4 Z-1.95 X349.4 Z-0.95 G0 Z5. X341.76 G1 Z-0.322 X344.58 Z-1.136 X346.58 Z-0.136 G0 Z5. X338.94 G1 Z0.2 X339.846 G3 X340.046 Z0.173 R0.2 G1 X341.76 Z-0.322 X343.76 Z0.678 G0 Z5. X336.12 G1 Z0.2 X338.94 X340.94 Z1.2 G0 Z5. X333.3 G1 Z0.2 X336.12 X338.12 Z1.2 G0 Z5. X330.48 G1 Z0.2 X333.3 X335.3 Z1.2 G0 Z5. X327.66 G1 Z0.2 X330.48 X332.48 Z1.2 G0 Z4.687 X324.84 G1 Z0.2 X327.66 X329.66 Z1.2 G0 Z4.564 X322.02 G1 Z0.2 X324.84 X326.84 Z1.2 27 G0 Z4.441 X319.2 G1 Z0.2 X322.02 X324.02 Z1.2 G0 Z2.205 X321.2 G1 X319.2 Z0.2 X321.2 Z1.2 G99 G96 S290 G0 Z2.2 X319.6 G1 Z0. F0.05 X338.752 X355.5 Z-4.835 Z-19.2 X359.5 G0 Z2. G97 M01 N05 ( T05 ) G0 X150. Z200. G28 U0. T0505 G96 S300 M3 G0 X321.95 Z2. X327.15 G1 Z-19.2 X323.15 G0 Z2. X360.3 G97 ;G0 X190. Z200. ; M30 28 29 Чертеж получаемой детали: 30 Полученное изделие: 31 При выборе инструментов для токарной обработки важно учитывать твердость полиуретана 95 Шор А и выше рекомендуется использовать специальный инструмент, такой как резцы марок РМ-5, РМ-4 и РМ-6. При этом выбор геометрии резца и его заточка критически важны для достижения нужного качества обработки. Проведение предварительных тестов и проверок инструмента помогает избежать его преждевременного износа и обеспечивает стабильность обработки на постоянном уровне. В ходе эксперимента, проводимого на станке 2ТС1730Ф4, наблюдалась прямая зависимость между величиной подачи и качеством поверхности обрабатываемого кольца. При увеличении подачи в пределах допустимых значений отмечалось ухудшение качества поверхности, что подтверждает необходимость строго следить за этой величиной на каждом этапе обработки. Результаты анализа экспериментальных данных показали, что оптимальными режимами для обработки являются те, которые обеспечивают не только минимальные затраты энергии, но и высокую стабильность процесса. Важную роль в этом также играет выбор правильного инструмента, который должен соответствовать характеристикам обрабатываемого материала. 32 Экспериментальные результаты и их анализ При проведении токарной обработки кольца из полиуретана на станке 2ТС1730Ф4 было установлено, что данный материал требует особых условий обработки. Определение оптимальных параметров подачи и скорости вращения. Полиуретан, обладая хорошей устойчивостью к различным растворителям и маслам, все же может разрушиться при контакте с кислотами. Это обстоятельство подчеркивает необходимость точного выбора инструментов и условий обработки При низкой подаче резца к заготовке увеличивается обьем стружки ввиду меньшего сьема материала с заготовки, которая будет мешать при обработке изделия (необходимо многократно чистить резец от отходов заготовки, иначе полиуретановое кольцо будет отгибаться от резца что приведет к искажению размеров готового изделия) а также увеличивается время изготовления детали При чрезмерно высокой подаче резца к заготовке из полиуретана, имеется большой шанс привести ситуацию к аварийной ввиду того что полиуретановая заготовка имеет недостаточную жесткость крепления на станке, но уменьшается время изготовления данной детали 33 Контроль качества готовых изделий из полиуретана Методы контроля размеров и формы Контроль размеров и формы является важным этапом в производстве изделий из полиуретана, особенно учитывая их применение в отраслях, требующих высокой точности, таких как автомобильная и медицинская промышленность. Этот процесс позволяет убедиться в соответствии готового изделия установленным требованиям и стандартам, что является залогом его надежности и функциональности. Полиуретановые изделия часто используются в условиях, где отклонения от заданных размеров могут привести к значительным проблемам, поэтому контроль размеров и формы является неотъемлемой частью производственного процесса. Для измерения размеров и формы полиуретановых изделий применяются различные инструменты и методы, включая координатно-измерительные машины (CMM). Эти устройства обеспечивают высокую точность измерений вплоть до 0,001 мм, что позволяет выявлять даже минимальные отклонения от заданных параметров. Кроме того, используются традиционные измерительные инструменты, такие как микрометры и штангенциркули, которые также обеспечивают достаточную точность для большинства задач. Современные методы измерения включают использование лазерных сканеров и оптических систем, что значительно ускоряет процесс контроля. Применение контроля размеров и формы на практике позволило значительно снизить процент брака при производстве полиуретановых изделий. Например, в автомобильной промышленности внедрение современных методов контроля позволило сократить количество дефектных деталей на 15-20%, что существенно улучшило общую производительность и качество продукции. Аналогично, в медицинской отрасли контроль размеров и формы обеспечивает высокую точность изготовления компонентов, что критически важно для их функциональности и безопасности. 34 Список литературы 1. Актуальные вопросы физики и техники [Электронный ресурс] : VI Республиканская научная конференция студентов и аспирантов (Гомель, 26 апреля 2017 г.) : материалы : в 3 ч. Ч. 1. — Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2017. — 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). 2. Алексеев Ю.Г., Дудко Н.А., Войтешонок М.А. Межотраслевой задачник – инструмент развития инновационно-технологической кооперации предприятий и университетов // Инженер-механик. — 2020. — № 1. — С. 15–16. 3. Амирханов Д. Р., Пятов В. В., Савицкий В. В., Ахтанин О. Н., Матвеев К. С. Разработка и внедрение технологии переработки отходов обувного производства // Сборник ВГТУ. — [б. г.]. — [б. м.]. — [б. и.]. 4. Белокобыльский С.В., Елисеев С.В., Ситов И.С. Упругое звено в рычажных соединениях с устройством для преобразования движения // Проблемы механики и машиноведения. — 2013. — [б. м.]. — [б. и.]. 5. Девятловская А.Н. Новые конструкционные материалы: курс лекций / А.Н. Девятловская. — Лесосибирск: Лесосибирский филиал СибГУ, 2017. — [б. с.]. 6. Клименков С.С., Дубинский Н.А. Современные методы изготовления литиевых пресс-форм // Сборник научных трудов. — [б. м.]: [б. и.], [б. г.]. — С. 286–287. 7. Костромской гос. технол. ун-т. Вестник Костромского государственного технологического университета: рецензируемый периодический научный журнал / Костромской гос. технол. ун-т. — Кострома: КГТУ, 2014. — № 2(33), декабрь. — 102 с. 35 8. Морозов И.А., Каменецких А.С., Беляев А.Ю., Щербань М.Г., Кисельков Д.М., Лемкина Л.М. Влияние плазменной обработки аргоном на физикомеханические и структурные свойства поверхности двухфазного полиуретана // Materials Physics and Mechanics. — 2021. — № 47. — С. 527[Электронный 541. ресурс]. — URL: http://dx.doi.org/10.18149/MPM.4732021_13. 9. Черный Б. П. Новая технология и оборудование для радиальной ковки заготовок из благородных металлов с высокими обжатиями и дополнительными макросдвигами // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2005. — № 1(13). — С. 39–40. 10.Чухланов В. Ю., Селиванов О. Г., Селиванова Н. В., Чухланова Н. В. Разработка и исследование свойств защитного покрытия на основе модифицированного полиуретана // Фундаментальные исследования. — 2014. — № 6. — С. 1365–1366. 11.Шафигуллин Л.Н., Соколова Ю.А., Алоян Р.М., Романова Н.В., Миргасимов И.И., Акулова М.В. Вторичная переработка изделий из пенополиуретана // Известия высших учебных заведений. — 2019. — № 6 (384). — С. 90–91. 12.Ягнов В.В., Мингалеев Н.З., Зиннуров З.Г., Костина Л.Е., Зенитова Л.А. Акустическая обработка полиольных компонент для получения полиуретановых материалов, используемых в легкой промышленности // Бутлеровские сообщения. — 2005. — Т. 6. — № 2. — С. 45. 36
