Токарная обработка полиуретана: режимы, инструмент и допуски

Деталь из полиуретана 90 Shore A сняли со станка с наружным диаметром 80,00 мм, а на ОТК через час намерили 79,85 мм. Ошибки в точении нет: при резании поверхность нагрелась на полтора десятка градусов, а полиуретан расширяется от тепла в разы сильнее стали. Пример: при коэффициенте линейного расширения около 1,5·10⁻⁴ 1/К (ориентир для литьевых марок общего назначения) прогрев на 12 °C увеличивает диаметр 80 мм примерно на 0,15 мм. После остывания это и есть потерянный допуск.

Режим строят на высокой скорости и мелкой подаче

Справочник Boedeker по обработке полиуретана формулирует общий принцип так: хорошая поверхность и допуск получаются при сочетании высокой скорости и мелкой подачи, а склонность материала быстро набирать тепло требует постоянного охлаждения. Там же дана таблица скоростей и подач в зависимости от твёрдости; ниже она пересчитана в метрические единицы и округлена.

Справочник сам оговаривает, что точные инструкции для разных полиуретанов дать трудно и токарь в итоге настраивает режим по виду стружки. Поэтому таблица служит стартовой точкой для первого прохода, а не готовым режимом для конкретной марки.

Обороты считают от диаметра заготовки

Станок задают оборотами, поэтому скорость из таблицы пересчитывают по формуле n = 1000 · v / (π · d). Пример: втулка из полиуретана 95 Shore A, наружный диаметр 80 мм, скорость 131 м/мин. Обороты 1000 × 131 / (3,14 × 80) ≈ 520 об/мин. При расточке отверстия 40 мм в той же детали та же скорость даёт уже около 1 040 об/мин.

Отсюда практическое следствие для колец и манжет: наружный профиль и внутренний диаметр точат на разных оборотах, а торцовку от периферии к центру ведут с постоянной скоростью резания, если станок это умеет. На станке без такой функции обороты выбирают по среднему диаметру торца и уменьшают подачу у центра.

Кромка резца должна быть острее, чем для металла

Главный инструментальный совет справочника звучит так: кромка, которую сочли бы острой для металла, для полиуретана может оказаться совершенно неудовлетворительной. Тупая кромка не режет, а мнёт материал, поверхность рвётся и греется, деталь отжимается от резца и размер плывёт.

Резцы для полиуретана затачивают с большим передним углом и большими задними углами и доводят кромку. Справочник показывает, например, круглоносый проходной резец с передней поверхностью в виде сферической лунки. Резец, которым работали по стали, на полиуретан не берут; для серии держат отдельный комплект и правят его чаще, чем для пластиков.

Заготовку закрепляют так, чтобы не исказить форму

Полиуретан упругий, и усилие кулачков деформирует заготовку. Втулку, зажатую в трёхкулачковом патроне, растачивают круглой, а после снятия отверстие становится трёхгранным. Справочник прямо предупреждает: из-за упругости материал отходит от резца после начала реза, и закреплению нужно уделять особое внимание.

Для тонкостенных колец и манжет применяют оправки: заготовку надевают на оправку с лёгким натягом или наклеивают на неё и точат наружный профиль, а внутренний диаметр обрабатывают в разрезной втулке или цанге по всей длине. Чем мягче марка, тем выше требования к оправке: листы до 75 Shore A справочник советует раскраивать уже как резину, и детали из таких марок чаще режут ножом или шлифуют. Особенности мягких марок и снятия на оправке видны на примере точения резины.

На схеме шесть шагов в том порядке, в каком их проходят у станка: режим по твёрдости из таблицы, острый резец с большим передним углом, закрепление на оправке без деформации, постоянное охлаждение, чистовой проход с мелкой подачей и замер детали после остывания до температуры цеха.

Охлаждение нужно постоянное, а чистовой проход последний

Охлаждение подают на зону резания весь проход, а не только при черновой обработке. Полиуретан плохо отводит тепло, и даже короткий проход без охлаждения оставляет на поверхности следы оплавления. Для лучшей чистоты и точного размера справочник рекомендует шлифование: крупнозернистый круг около 36 м/с, деталь вращается со скоростью около 107 м/мин, обильное охлаждение; неподходящий круг быстро засаливается.

Последовательность для точной детали такая: черновой проход с припуском 0,5–1 мм на сторону (ориентир), выдержка до остывания, чистовой проход с мелкой подачей, при необходимости шлифование рабочей поверхности. Если пропустить выдержку, чистовой проход снимет размер с нагретой заготовки, и после остывания деталь уйдёт в минус.

Какие режимы резания для полиуретана на токарном станке?

Режимы точения полиуретана зависят от твёрдости: по справочнику Boedeker скорость резания около 80 м/мин для 65–75 Shore A, 120–130 м/мин для 90–95 Shore A и до 170 м/мин для 75 Shore D при подаче 0,13–0,25 мм/об. Резец должен быть острее, чем для металла, с большими передним и задними углами, охлаждение подают постоянно. Режим уточняют по стружке на первом проходе.

Какой допуск держит точёная деталь из полиуретана?

Точёная деталь из полиуретана держит допуск тем лучше, чем выше твёрдость: от 95 Shore A размер и чистоту поверхности получить проще всего. Для деталей диаметром до 100 мм из твёрдых марок ориентир ±0,1–0,2 мм, для мягких допуск шире. Размер меряют после остывания до температуры цеха и без зажима, а для манжет проверяют натяг по канавке, а не только диаметр.

Допуск в чертеже связывают с твёрдостью и температурой замера

Для заказчика из всего этого следует одно: допуск точёной полиуретановой детали в чертеже имеет смысл вместе с твёрдостью и условиями замера. Если указан допуск ±0,05 мм на диаметр 120 мм для марки 85 Shore A, изготовитель либо предложит более твёрдую марку, либо шлифование, либо попросит расширить допуск, и любое из этих предложений появится в КП отдельной строкой для согласования.

Данные заказчика здесь чертёж, марка или твёрдость полиуретана, среда, температура и сопрягаемые размеры. Предположения изготовителя, если их приходится делать: марка при её отсутствии в чертеже, базовая температура замера, допуск на нерабочие размеры. Их не смешивают с данными чертежа: в КП каждое предположение подписано как предложение.

Точение подходит для малых партий и проверки профиля

Пять одинаковых колец 120 × 100 × 15 мм из полиуретана 92 Shore A быстрее выточить из литой трубы, чем ждать пресс-форму, а сотню таких же колец выгоднее отлить. Где проходит граница для полиуретановой манжеты, считают по стоимости формы и цене штуки. Точёные кольца, втулки, ролики и манжеты из полиуретана делают на участке механической обработки из литых заготовок нужной твёрдости; серийные изделия из полиуретана после проверки профиля переводят на литьё. Единичная полиуретановая манжета точением стоит от 1 300 ₽ за штуку, ориентировочно, с НДС, точная цена в КП; минимальный заказ 9 000 ₽ с НДС.