Бесплатный звонок
по России
8-800-500-8-777
sale@elmica.ru
Карта сайта
Главная / Обработка полимеров

Обработка оргстекла

Оргстекло относится к аморфным полимерам, а значит чувствительно к образованию трещин от напряжения. Оргстекло в России один из самых популярных пластиков, может быть даже известней Фторопласта-4 и Капролона. Оргстекло имеет и другие обозначения и названия.

Полное химическое наименование – Полиметилметакрилат, сокращенное обозначение - PMMA (в мире) и ПММА в России. Но чаще всего в работе мы встречаем такие названия как ACRYMA / Акрима, PLEXIGLAS / Плексиглас или даже Акрил (сокращение от Полиметилметакрилат).

По сути, все это органическое стекло, свойства которого могут быть немного различны от типа получения и производителя (в основном различно качество). Оргстекло производится методом экструзии (экструзионное оргстекло) и методом литья (литьевое, литое оргстекло).

Оргстекло можно обработать следующими способами: резка, сверление, шлифование, фрезерование, полирование, сварка и склеивание. Часто для получения определенного дизайна изделия применяют термоформование (формовка в горячем состоянии) и холодное сгибание.

Очень много рекомендаций и параметров обработки оргстекла можно найти в открытых источниках, поэтому ниже мы коснемся только основных аспектов.

Резка Оргстекла

Резка оргстекла в основном без проблем может производиться ручной, дисковой и ленточной пилами, иногда лобзиками, гильотинами (только при малых толщинах листа), резцами-циклями, лазером, фрезами. Тип используемого оборудования, инструмента зависит формы заготовки (лист, стержень, труба), размеров заготовки (толщина, ширина, длина, диаметр), от требуемого качества изделия.

Дисковые пилы и фрезы диаметром 200-350мм и зубьями, армированными карбидом, позволяют делать точные четкие срезы. Обычно эти методы используются для раскроя листовых пластиков. Обычно рекомендуется этот метод для распилки листов толщиной выше 3мм, но если подойти внимательно к фиксированию листа и параметрам резки можно получить хорошее качество среза на листах толщиной и до 3мм.

Рекомендуется использовать диски с твердосплавными наконечниками с наибольшим количеством зубьев, поскольку они имеют более длительный срок службы, в сравнении с дисками из инструментальной стали. Тупые и неправильно установленные диски вызывают появление сколов, неровные края. Зубья могут быть прямыми или поочерёдно скошенными.

Перед распиловкой заготовки убедитесь, что Оргстекло находится на ровной поверхности и закреплено надлежащим образом (необходимо избегать «гуляния листа»).Резка Оргстекла

При выборе диска обратите внимание на его маркировку и описание. Существуют специальные диски для Оргстекла, которые позволяют получить превосходное качество среза.

Для распиловки заготовок в виде стержней и труб (втулок), для контурной порезки и обрезки края формованных частей оргстекла часто используют ленточные пилы, обычно применяемые в дерево- и металлообработке. Их полотна всегда слегка разведены. Это приводит к образованию более грубой кромки, по сравнению с кромкой от дисковых пил. Поэтому обычно требуется последующая обработка краев. Ширина полотна используемой ленты находится в пределах между 3 мм и 13 мм и зависит от желаемого контура порезки и типа используемой пилы. Количество зубцов должно быть между 3 и 8 на 1см длины ленты. Правильно выбранная скорость лены и скорость опускания позволят избежать перегрева пластика.

Для резки тонких листов с частой сменой направления могут использоваться лобзики. Мелкая металлическая стружка, появляющаяся во время распиливания, должна сдуваться с помощью сжатого воздуха. Низкая скорость подачи лобзика и скорость резки ниже 1500 м/мин предотвращают перегрев материала. Особенно подходящими являются инструменты, которые двигаются не только вверх и вниз, но также и в горизонтальном направлении.

Неоднократно встречается в практике и применение ручных пил, лобзиков (мелкое производство, производство для себя), которые должны иметь тонкие зубья.

Как это делали раньше. На листы толщиной до 3 мм могут быть нанесены бороздки с помощью резца (цикли) вдоль линейки или изогнутого шаблона с не слишком малым диаметром, а затем по месту бороздок листы могут быть аккуратно сломаны. С кромки нужно снять заусенцы с помощью шабера.

Перед высечкой или гильотинной порезкой, листы должны быть нагреты в пределах от 100 до 140°C. Режущие инструменты должны иметь температуру от 120 до 130°C. Рекомендуемая максимальная толщина листа – 4 мм. Стальные шаблоны обеспечивают практически прямоугольные резы, если угол клина составляет 20°С. Во время высечки или гильотинной порезки нагретого материала учитывайте эффект расширения и сжатия.

Лазерная обработка применяется для резки листов из оргстекла с помощью лазеров СО2 с мощностью от 250 и 1000 ватт. В зависимости от его мощности, скорость подачи должна настраиваться для достижения желаемого глянца кромки реза: чем тоньше лист, тем выше скорость подачи. Края плиты большой толщины всегда будут слегка скошены. Лазерный луч должен быть сфокусирован по центру толщины листа. Если фокусировка происходит выше или ниже этой точки, то будет получена V-образная форма или, для особенно толстых листов, вогнутая форма поверхности края. Рекомендуется настраивать следующие фокусные расстояния:
Для толщины листа до 6 мм: линзы 2,5”
Для толщины листа от 6 до 15 мм: линзы 5”
Для толщины листа свыше 15 мм: линзы 10”
Лазерный луч с контролем скорости и мощности может улучшать результаты порезки. Лазерное оборудование, совмещенное с компьютером, может осуществлять резку даже самых сложных контуров, трехмерных деталей. Напряжение, образующееся возле кромки, может быть снято последующим отжигом во избежание появления трещин (см. страницу «Термообработка»).

Нарезание резьбы в Оргстекле

Оргстекло не только аморфный полимер, но в сравнение с монолитным Поликарбонатом, хрупкий полимер. Нарезать резьбу в Оргстекле и избежать растрескивания очень сложно, поэтому этот способ соединения обычно применяется только в тех случаях, если склеивание, прижим или винтовое соединение через сплошное отверстие не являются подходящими или не могут быть применены. Также следует принимать во внимание материал, из которого изготовлена пара, предполагающая работу с Оргстеклом. Из-за отличающегося теплового расширения различных материалов, эксплуатирующихся в паре, часто возникают трещины в детали из Оргстекла. Также данную операцию не следует использовать с экструзионным оргстеклом из-за риска ломки по причине эффекта надреза.

Для нарезания резьбы могут использоваться все метчики и плашки, которые имеются в продаже. Во время будущего винтового соединения необходимо убедиться в отсутствии масляной плёнки на металлических винтах или в совместимости этого масла с пластмассой. Просверливаемое отверстие с зазором должно быть примерно на 0,1 мм шире, чем в случае со сталью. С целью уменьшения изнашивания резьбы монтируются резьбовые металлические вставки.

Сверление и изготовление отверстий в Оргстекле

Винтовые свёрла. При сверлении термопластов происходит нагрев. Наилучшим видом охлаждения аморфных пластиков является сжатый воздух, который не только охлаждает, но и удаляет стружку. Использование охлаждающих жидкостей стоит предварительно проверить, получив консультацию о совместимости жидкости с органическим стеклом у поставщика жидкости. При малых толщинах и аккуратной фиксации заготовки охлаждение может и не понадобиться. А если толщина материала 5 мм и больше, используются охлаждающие жидкости или эмульсии для сверления (масло в воде), которые совместимы с акрилом. Для просверливания глубоких отверстий рекомендуется использовать специальные эмульсии для сверления.

Если необходимо изготовить отверстие большого диаметра, не стоит производить это в одну операцию. Используйте сверла различных диаметров в несколько ступеней (от меньшего к большему). Если необходимо произвести совсем большое отверстие, стоит предварительно вырезать отверстие чуть меньшего диаметра и только потом доводить сверлением до необходимого размера. При изготовлении глубоких отверстий используйте токарную обработку.

Специальные сверла и зенкеры. Если кроме обычной обработки в мастерской, отформованные или уже установленные детали должны быть просверлены вручную, например, на строительной площадке, то в работе должны использоваться специальные сверла: ступенчатые, конические, зенкер с одной кромкой для удаления заусенцев и при рассверливании.
Скорости специальных сверл обычно заметно отличаются от скоростей спиральных сверл и обычно работают на низких скоростях.
Вырезание больших отверстий осуществляется с использованием: Резчика отверстий с главным передним углом 0°; Пила для отверстий с диаметром до 60 мм, которая совместима с ручной дрелью. Центральное сверло обычно используется для центровки; Торцевая фреза во фрезерном станке с крепежным столом, смонтированным на оси, должна работать на высоких скоростях (от 10'000 об/мин и более).

Фрезерование Оргстекла

Фрезерованием возможно получение практически любого желаемого контура с наибольшей точностью и без стружки с нижней стороны выреза, как от пилы. Лучшее, чем от распила, качество порезки сокращает и расходы на дальнейшую обработку.
Для работы может быть использовано любое фрезерные оборудование с одно - или двухкромочными торцевыми фрезами малого диаметра с эффективным удалением стружки для высоких скоростей резки.

Как и при порезке, результаты фрезерования также зависят от правильной геометрии режущей кромки.

Обычно нет необходимости в охлаждении при фрезеровании акрила. Его можно порекомендовать при использовании инструментов с множественной кромкой с достаточно большим диаметром; для цилиндрических фрез оно часто обязательно. Выбирайте эмульсии и масла совместимые с акрилом.

Фрезерование позволяет произвести разрез, фрезерование выемок, гравировку, выравнивание кромки. Для этих видов работ используется обычная зенкерующая фреза с головкой для быстрой обработки. Фреза должна быть изготовлена из быстрорежущей стали или армирована карбидом вольфрама, а также снабжена 2-мя зубцами.

Гравирование Оргстекла

Промышленные или художественные гравировальные работы обычно выполняются гравировальными фрезами, верхними или обратными фрезами. В качестве инструмента используются одно- кромочные фрезы, которые либо управляются электронным образом, либо направляются вручную вдоль шаблона. А также фрезеровальные или абразивные инструменты с электрическим или пневматическим приводом, высокоскоростные электрические алмазные гравировщики.

Токарная обработка Оргстекла

При обработке оргстекла на токарных станках соблюдается эмпирическое правило: скорость в десять раз выше, чем при обработке стали.

Как и при сверлении, непрерывный сход стружки является доказательством правильного угла точения инструмента, скорости подачи и скорости резки.

В любом случае радиус режущей кромки инструмента должны быть, по меньшей мере, 0,5мм. Тонкая отделка поверхности достигается путём применения инструментов с закругленными резцами, при высоких скоростях порезки, низких скоростях подачи и при минимальной глубине резки.

Встретить на рынке оргстекло в виде стержней / кругов различных диаметров не так просто. Зачастую стоимость круглой заготовки в несколько раз превышает стоимость листового Оргстекла. Поэтому на ранке проще встретить круги, стержни, изготовленные из листовой заготовки. Направление волокон в экструдированной круглой заготовке отличается от направления в круглой заготовке, произведенной из листа/блока. В данной ситуации правильней, надежней и дешевле использовать готовые круглые экструдированные заготовки из Поликарбоната, доступные на рынке. Ассортимент размеров, технические характеристики, да и стоимость стержней из Поликарбоната делают его идеальным при замене Оргстекла.

Для черновой обработки пригодны токарные твердосплавные инструменты с глубиной резки не более 6мм. Для тонкой обработки обычно используются резцы из инструментальной стали. Качество поверхности материала зависит и от скорости резки и скорости подачи. Для охлаждения могут использоваться эмульсии для сверления либо эмульсионные масла, совместимые с акрилом. Глянцевые поверхности наивысшего качества достигаются на высокоточных токарных станках при использовании аккуратно полированных алмазных инструментов. Скорость резки при этом может быть выше чем, в случае применения других токарных инструментов. Для точной работы охлаждение не рекомендуется, поскольку оно может вызвать появление оптических дефектов.

Удаление заусенцев осуществляется всеми традиционными напильниками и тонкими рашпилями, которые не были ранее использованы для обработки металла, треугольными и обычными шаберами, на продольно - строгальных станках, применяемых при обработке дерева.

Данные по заточке и обработке: угол зазора от 5 до 10°, главный передний угол от 0 до -4°, угол режущей кромки 45°, скорость резки 20-300 м/мин, подача от 0,1 до 0,5 мм/оборот, глубина реза до 6 мм.

Нужно помнить всегда. Инструменты должны иметь не только подходяющую геометрию, но и быть остро заточенными. Затупленный инструмент приводит к образованию излишний напряжений и, как следствие, к растрескиванию детали в процессе ее изготовления или в дальнейшем, в процессе эксплуатации.

Шлифование и полировка Оргстекла

Шлифование может быть осуществлено вручную абразивной бумагой или шлифовальным блоком круговыми движениями или механически на шлифовальных станках абразивными дисками и лентами (скорость ремня 10м/сек.). На заготовку не нужно сильно давить, поскольку нагрев в результате трения может вызвать накопление напряжения и повреждение поверхности. В отдельных случаях можно отжечь отполированный материал для снятия напряжения (см. страницу «Термообработка»). Влажная обработка с помощью мелкой стальной ваты, например типа 00, рекомендуется для деталей вращения или неровных поверхностей.

Оргстекло с покрытыми поверхностями (специальное Оргстекло, специальные марки) не должно подвергаться шлифованию или полированию, поскольку эти операции повредят покрытие.

Во всех случаях рекомендуется влажное шлифование во избежание возникновения термального напряжения в заготовке и засорения поверхности. Выбор абразивного зерна зависит от глубины следов инструмента или царапин: чем глубже следы, тем грубее зерно. Шлифование обычно осуществляется несколькими этапами с сокращением размера зерна. Рекомендуются следующие три этапа: грубый, зерно 60; средний, зерно 220; тонкий, зерно от 400 до 600.


Все следы предыдущего этапа шлифования должны быть удалены.

Полирование срезов может быть произведено с помощью точила и полировальной пасты, полировочных лент, круга или ткани, кислородно-ацетиленовой горелки, а так же с помощью алмазной полировки. Полированную поверхность даёт лазерная резка.
Обычно для полировки используются полировальные воски и полировальные пасты. Однако может применяться и обычная автомобильная полировка.

Непосредственно после обработки все следы полирующих средств должны быть осторожно удалены или смыты чистой водой.

Поэтому используют растворяемые водой пасты типа BURNUS. Поскольку материалы, применяемые в полировании очень мягки, поверхность, подлежащая полированию должна иметь низкую шероховатость. Если данное условие не соблюдено, поверхность станет гладкой, но следы инструмента или царапины останутся видимыми. Торцы могут быть тонко обработаны шабером, при условии, что они в последствие будут отполированы войлочной лентой.

Кромку и маленькие детали предпочтительно полировать с помощью войлочных полирующих лент. Чтобы не повредить заготовку за счет неровностей ленты или матерчатого полировального круга, заготовка должна описывать круговые движения. Войлочная лента должна ходить со скоростью около 20м/сек, т.е. вдвое быстрее, чем при шлифовании.

Матерчатый полировальный круг (полировальное колесо) особенно удобен при обработке широких и изогнутых частей. Вращающийся блок с тканью состоит из свободно посаженных (для рассеивания нагрева от трения путём проветривания) петель хлопка и/или фланели. Перед началом процесса полировки немного воска накладывается на вращающееся колесо, которое всегда должно быть очищенным от старого затвердевшего воска. Для его снятия может быть использовано лезвие старой ножовки. Периферийная скорость матерчатого полировального круга между 20 и 40 м/сек.

Блеск поверхности может далее быть усилен последующей ручной обработкой при помощи мягкой ткани, не содержащей хлопка-волокна (ткань подкладка для перчаток) или ватой с полирующим средством.

При алмазном полировании нет необходимости в тонкой предварительной обработке. Резка и полировка осуществляются одновременно фрезеровальными алмазными головками, по меньшей мере, с двумя режущими точками либо токарными инструментами с алмазным покрытием. При этом важен хороший отвод стружки. Каждый инструмент должен быть предназначен только для Оргстекла. Заусенцы удаляются шабером.

Полировка в барабане абразивным порошком и кусочками дерева специальной формы тремя рабочими этапами (тонким помолом от 6 до 24ч., полировкой до 16ч. и доводкой до 12ч.) маленьких деталей из Оргстекла после механической обработки.

Огневая полировка - ещё один способ окончательной обработки торцов оргстекла, которая осуществляется на устройстве для огневого полирования. Несмотря на то, что при данном способе нет необходимости в тонкой обработке, как дополнительном рабочем этапе, торцы должны быть свободны от пыли, остатков наподобие налипающего шлифовального шлама или пота с рук.

Обычно после огневого полирования остаются видимыми следы от предыдущего пиления или фрезерования. Поэтому этот более экономичный метод полирования (по сравнению с применением матерчатого полировального круга) должен применяться в тех случаях, когда установленные требования не очень высоки, например, при работе с самыми распространенными прозрачными тонкими листами.

Более толстые листы обычно не поддаются огневой полировке из-за накопления избыточного поверхностного напряжение во время обработки. То же самое касается цветных материалов, где красители или пигменты снижают блеск еще сильней. Если пламя соприкасается с поверхностью заготовки за пределами кромки, на поверхности может происходить накопление термального напряжения. Это напряжение может повлечь образование волосных трещин при дальнейшей обработке или использовании материала, например, при контакте с клеем, разбавителями для краски или чистящими средствами. Во избежание возможных проблем, в некоторых случаях требуется отжиг (см. страницу «Термообработка»). Существуют огневые полировщики на смеси ацетилена и кислорода. Получаемые этим методом результаты лучше, чем при работе со смесью ацетилена и сжатого воздуха. Для изогнутой кромки или внутренней поверхности просверленных отверстий используются настольные огневые устройства со смесью водорода и кислорода.

ГОРЯЧАЯ ШТАМПОВКА (ФОРМОВАНИЕ)

Горячее формование является важнейшим видом переработки листового полиметилметакрилата, исходным материалом при этом служат главным образом листовые заготовки. Основное преимущество этого способа - возможность получения крупногабаритных изделий сложных конфигураций с применением простых и дешевых форм.

Операция горячей штамповки состоит из трех этапов: нагрев, формовка и охлаждение. При нагреве до соответствующей температуры оргстекло размягчается до пластичного состояния, при этом можно придать стеклу самые различные формы при помощи специальных инструментов. После охлаждения оргстекло вновь приобретает первоначальную жесткость, сохраняя приданную ему форму. При несоответствии детали желаемой форме стекло можно вновь нагреть с целью корректировки только в том случае, если его не подвергали растяжению. Для нагрева органического стекла перед формованием используют термошкафы, инфракрасные нагреватели, создающие равномерное температурное поле с перепадом по плоскости и толщине листа не более +-3°C.
Оргстекло перед формованием нагревают 3-4 мин на мм толщины до температуры 140-190°C.
В зависимости от конфигурации и назначения деталей остекления их можно формовать контактным методом, предусматривающим соприкосновение рабочей (оптической) поверхности разогретого стекла с формообразующей поверхностью, и бесконтактным, предусматривающим соприкосновение поверхностей лишь в зоне технологических припусков. Бесконтактным методом формования можно получить детали с более высокими оптическими характеристиками, но очень ограниченной конфигурации.

Важно принять во внимание. Во избежание получения изделия, размеры которого меньше желаемых, необходимо принять во внимание предполагаемую усадку (литье: 2% в длину и ширину; экструзия: соответственно от 3 до 6% или от 1 до 2% в зависимости от направления экструзии).

Защитная пленка должна быть обязательно удалена с литьевого стекла перед нагревом и горячей штамповкой, т.к. нагрев усиливает прилипание клея и затрудняет процесс удаления пленки. Данный эффект не представляет никакой опасности в случае с экструзионным стеклом. Оставлять пленку во время нагревания и горячей штамповки рекомендуется только в случае, если на ней нет никаких повреждений (проколов, царапин, пузырьков), которые могут оставить след на изделии.

Для поглощения влаги необходимо произвести горячую сушку в сушильной печи при температуре от 75 до 80°С в течение 1-2 часов на каждый мм толщины.

Важно отметить, что даже при максимальной температуре для деформации литьевого стекла необходимо применить значительное давление, а для деформации экструзионного требуется незначительное усилие.