×
Тел.: (044) 500 3025

09.01.2019

Шлифование и полирование применяются для обработки краев листа акрила после раскроя на заготовки и порезки по контуру, для устранения повреждений поверхности, а также для выравнивания поверхности склеенных частей изделия. Несмотря на простоту операций, доведение поверхности изделия из акрила до глянца может вызвать определенные трудности. Технические особенности различных способов финишной обработки поверхности акрила могут существенно влиять на качество изделия.

Восприятие изделия из акрила отчасти определяется качеством поверхности. Шероховатая или зеркально гладкая поверхности ощущаются не только зрительно или тактильно, они по-разному отражают или рассеивают свет. Комбинация искусственно созданной локальной шероховатости и глянца на поверхности может использоваться для повышения эстетических показателей изделий, для концентрации внимания к некоторым деталям и улучшения восприятия изделия в целом. При изготовлении демонстрационных дисплеев, промостоек, держателей печатной продукции и других изделий из акрила, особенно с торцевой подсветкой, требуется обязательное полирование кромок до состояния глянца. Иногда возникает необходимость восстановить глянцевую поверхность акрила, которая может быть случайно повреждена царапинами и потертостями в процессе обработки, сборки изделия или при эксплуатации. Особенно сильно заметны поверхностные дефекты при торцевой подсветке в Акрилайте,  Фреймлайте,  в гравированных сувенирных изделиях из акрила.

Кроме механического полирования акрила, для получения глянцевой поверхности применяется полировка пламенем, алмазным кругом, химическая и лазерная полировка. Перед тем как начнем разбираться в тонкостях этих процессов и оценивать привлекательные и не очень привлекательные стороны разных технологий полирования, необходимо выяснить, чем определяется качество поверхности после финишной обработки.

Блестящая шероховатость

Любая поверхность, включая зеркально-глянцевую, может оцениваться степенью шероховатости. Величина шероховатости определяется по величине микропрофиля поверхности, по высоте выступов и глубине впадин. Обычно к шероховатости относят отклонения поверхности, на которой выполняется условие - S/R < 50, где R – высота профиля, S – средний шаг местных выступов профиля неровностей или базовая длина. Высота неровностей шероховатой поверхности нормируется в диапазоне 0,025 … 1600 мкм на базовой длине, выбранной из стандартного ряда от 0,01мм до 25 мм, согласно ГОСТ 25142-82.  Чем меньше величина выступов микронеровностей поверхности, тем менее шероховата поверхность. Если эта величина неровностей после шлифовки становится меньше 0,8 мкм (Ra < 0,8мкм), то говорят о полуглянце на поверхности.  Когда величина неровностей становится меньше длины волны света в видимом диапазоне (Ra < 0,4 мкм), то поверхность дает незначительный отблеск. Поверхность становится зеркально-глянцевой при неровностях меньше четверти длины волны (Ra < 0.2 мкм).

Если макронеровности имеют выпуклости и впадины до 20 мкм, а микронеровности меньше 0,2 мкм, то такая сложная неровная поверхность будет обладать одновременно свойствами рассеивающей и хорошо пропускающей поверхности, но слабо отражающей свет. Например, прозрачный акрил с поверхность Satin, соответствующий вышеперечисленным   условиям, обладает пропусканием до 85 % и отражением не более 7%, то есть акриловый лист практически не отражает свет. Такие свойства поверхности полезны, например, при использовании листа акрила для проекционных экранов или изделий с эффектом мягкого рассеивающего света для светового дизайна интерьера или светильников. С другой стороны, если макронеровности будут более 0,2 мм при той же величине микронеровностей <0,2 мкм, то поверхность будет казаться рельефно-глянцевой или эмбосированной, с заметным отражением света блестящей поверхностью и хорошим пропусканием. Такая поверхность акрилового листа подходит для применений, где требуется скрыть объект светопропускающей ширмой, полностью размывающей видимость за ней. Это могут быть офисные перегородки, разделительные ограждения кабин или комнат в ресторанах, кафе, барах, дверцы в шкафах офисов или заполнения дверей медицинских учреждений.

Предварительная обработка поверхности

Качество полирования зависит от используемых инструментов, способа предварительной обработки поверхности и последующей операции полирования, а также от способа окончательной очистки поверхности.

Повторяющиеся микронеровности

Поверхность после фрезерования

На обработанном крае акриловой заготовки методом фрезерной порезки по контуру или фрезерования поверхности имеются неровности с нерегулируемым и регулируемым шагом, которые характеризуют шероховатость. К неровностям с нерегулируемым шагом относятся неровности, образованные кратерами, выщербинами, сколами, концевыми сколами и другими нарушениями. Вибрационные неровности появляются на обработанной поверхности в виде нерегулярных гребешков и впадин. Их образование связано с дисбалансом вращающегося режущего инструмента, а также недостаточной жесткостью узлов станка.

К неровностям с регулируемым шагом относятся повторяющиеся микронеровности или кинематическая волнистость (Рис.1). Эти неровности проявляются в виде чередующихся мелких выступов и впадин, что обусловлено геометрией режущей кромки фрезы, скоростью вращения фрезы и подачи, типом пластика и его напряженностью. Известно, что неровности режущей кромки фрезы повторяются на обработанной поверхности. С увеличением скорости вращения фрезы и уменьшением скорости подачи величина периодических микронеровностей уменьшается. Поэтому координатно-фрезерные станки для обработки акрила имеют мощную станину,  портал (каретку) с широкой базой для устранения тангенциальных искажений, высокоскоростной шпиндель большой мощности > 2 кВт, хорошо сбалансированную цанговую систему крепления фрез и прочное закрепление заготовок на рабочем столе, исключающее вибрацию и сдвиги. Благодаря этому можно получить достаточно качественную обработку поверхности, пригодную для финишной полировки.

Шлифовально-полировальная машинка

Механическое шлифование

Детали и изделия из акрила, подлежащие полированию, не должны иметь царапин и глубоких дефектов, так как вывести их полированием чрезвычайно трудно, а иногда - практически невозможно.  Шлифование применяется для выравнивания кромок листов, нередко - для придания им скошенных или закругленных углов, а на плоскости - для устранения царапин, выбоин, потертостей и других повреждений. Иногда с помощью шлифования создают матовую поверхность в декоративных целях.

Операция шлифования может производиться вручную шлифовальной бумагой, покрывающей деревянный брусок или диск. Для машинного шлифования и полирования подходит эксцентриковая или орбитальная шлифовальная машинка, виброшлифовальная машинка, ленточно-шлифовальный станок, а также ручная прямошлифовальная машина. В практике мелкосерийного производства обычно используется электродрель с цилиндрической или дисковой насадкой, покрытой войлочной или замшевой толстой тканью для обработки поверхности абразивной или полировальной пастой. Для получения однородной поверхности после шлифования или для последующей механической полировки шлифование всегда должно осуществляться в несколько этапов с все более мелким абразивным порошком.

  1. Грубое шлифование, грануляция 60
  2. Среднее шлифование, грануляция 160, 220, 400
  3. Тонкое шлифование, грануляция 600, 800, 1200

В процессе устранения царапин или выбоин на акриле площадь шлифовки при каждом последующем номере наждачной бумаги расширяется. Каждый процесс шлифования должен устранить все следы предшествующей операции. Во время машинной обработки при шлифовании следует избегать сильного и длительного надавливания, т.к. тепло, возникающее от трения, вызывает напряжение в пластике и может привести впоследствии к повреждению акрила. Для предотвращения перегрева акрила  обрабатываемые заготовки периодически охлаждают на воздухе.

Полирование заготовки войлочным кругом

Способы полирования

Для получения глянцевой поверхности акрила применяется механическая полировка, полировка пламенем, алмазным кругом, химическая и лазерная полировки.

Механическое полирование

Полирование применяется для устранения шероховатостей после шлифования, пескоструйной обработки, фрезерования, гравирования, сверления, чтобы получить ровную, зеркально гладкую поверхность. Полируемые части должны быть предварительно обработаны тонкой шлифовальной бумагой или пастой с грануляцией минимум 800 (зерно абразива ~ 1 мкм). Для полирования применяются полировальные пасты или жидкости, наносимые на войлочный, тканевый круг или замшу. Например, производителям рекламной продукции хорошо известны полировальные пасты Polish 1 и Polish 2. Детали малого размера полируются на войлочной ленте, на войлочном, фетровом или тканевом круге небольшого диаметра, закрепленного в патроне электродрели, сверлильного станка или вместо абразивного диска в заточном станке.  Круги войлочные или тканевые в диаметре от 10 см и больше подходят для полировки больших и криволинейных поверхностей. Чаще всего они состоят из набора фланелевых, бархатных или батистовых слоев ткани, скрепленных в пачку. Циклическая скорость вращения полировального круга должна быть около 20м/с. Одно из необходимых требований – не допускать избыточного нагрева изделия, для чего изделию дают возможность периодически охлаждаться на воздухе. В большинстве случаев торцевую кромку акрила полируют, используя вращающийся через шкив, полирующий ремень (ленту), барабан или диск с прикрепленной (приклеенной) полирующей тканью. При этом одновременно могут полироваться несколько изделий, соединенных в пачку.

Машинное полирование

Для автоматического полирования больших площадей могут использоваться координатно-фрезерные станки, которые управляют траекторией движения полировального инструмента по заданной программе.  На таких планшетных станках может выполняться полировка краев специальными фрезами сразу после контурной порезки. Конфигурация острых кромок полировальных фрез отличается от обычных фрез для порезки. Кроме того, имеются специальные насадки на шпиндель, которые понижают скорость вращения и приспособлены для крепления специальных полирующих инструментов. С помощью таких приспособлений производят полировку краев, поверхности или кромок акрила, срезанных под определенным углом.

Алмазная полировка

Алмазная полировка

Полировка на алмазном круге - наиболее производительный способ, так как происходит срезание тонкого слоя акрила и полирование поверхности в ходе одной операции. Алмазной полировке подвергается только прямой край листа.

Для этого используется станок (Рис. 4), в котором вращается диск диаметром ~10 см с закрепленными резцами – режущим и полировочным. Скорость вращения – до 40 000 об/мин.

Образец акрила

Существуют станки для срезания и полирования краев акриловой заготовки под заданным углом (Рис. 5). После алмазной полировки напряжение в акриле не возникает, так как нет избыточного нагрева. Поэтому детали после алмазной полировки краев можно склеивать клеями, содержащими растворитель. Вместо алмазных резцов могут устанавливаться резцы из высокоуглеродистой стали или резцы с твердосплавными наконечниками.

Наиболее важная особенность высокооборотного полировального круга состоит в том, что на нем установлены два резца. Один из них – режущий, снимающий до 0,4мм материала, второй – полирующий, удаляющий 0,04-0,06мм материала. Благодаря этому, после каждого прохода заготовки со скоростью подачи до 1 см в секунду, остается глянцевая поверхность.

Станки могут оснащаться системой автоматической подачи заготовки, что увеличивает производительность и исключает образование полоскового дефекта при ручной подаче заготовки незначительном угловом повороте обрабатываемой детали после перехода через ее среднюю часть (Рис. 5).

Для придания акрилу эффекта прозрачного кристалла или свойства преломления света на гранях призмы необходимо срезание фаски с прямоугольных граней акрилового листа под определенным углом и их полировка. Сделать такую точную работу можно только на специальном оборудовании. Некоторые станки оснащены механизмом установки полировального головки под заданным углом. Несколько проходов – и заготовка акрила приобретает кристаллоподобные преломляющие свет грани (Рис. 8).

Газопламенная полировка

Полировка акрилового листа производится пропанобутановым или водородно-кислородным пламенем с помощью горелки, подобной сварочной (Рис.10). Края листа должны быть очищены от остатков предыдущих обработок, прилипшей стружки и пыли из-за электростатического заряда. Следы предыдущих операций обработки – порезки фрезеровки, грубой шлифовки после огневой полировки останутся видными, хотя и блестящими. Чтобы получить зеркально гладкую поверхность, необходимо произвести тонкую шлифовку поверхности.  На Рис. 11-13 показаны 3 типа образцов после различных видов порезки и полировки пламенем: электролобзиком (Рис.11), дисковой пилой (Рис.12) и вертикальным фрезером с пальчиковой фрезой (Рис.13). На них отчетливо просматриваются рельефные дефекты предварительной обработки.

Температура пламени составляет 2700-2900 °C, что может быть визуально определено по голубой зоне пламени (Рис.9). Эта температура значительно превышает температуру воспламенения акрила. Поэтому контактное время взаимодействия пламени с поверхностью акрила должно составлять доли секунды.

Полирование газовой горелкой

Факел регулируют таким образом, чтобы он был очень узким и его длина была примерно 75 мм.

Горелку располагают на таком расстоянии, чтобы обрабатываемая поверхность попадала в голубую зону пламени. Горелку нужно держать под небольшим углом к поверхности торца и перемещать равномерно со скоростью примерно 10см/сек вдоль края только в одном направлении. Если первый проход был не удачным, то есть полировка произошла не полностью, необходимо дать листу остыть, а затем повторить полировку снова. Повторная обработка допустима только после полного остывания листа, так как есть вероятность его самостоятельного воспламенения.

Очень важно помнить, что полировка пламенем - довольно опасная процедура и необходимо тщательно соблюдать правила пожарной безопасности. Кроме того, водородно-кислородная смесь взрывоопасна, потому для проведения процедуры требуется специальная подготовка мастера.

Иногда для полировки пламенем используют кислородно-ацетиленовую смесь газов с температурой 2700-2900 °C, которую применяют при сварке. В этом случае состав газа должен быть отрегулирован так, чтобы был избыток кислорода ("кислородное пламя"), иначе на поверхности акрила будут оставаться черные точки – несгоревшие остатки ацетилена.

Необходимо также помнить, что газопламенная полировка вызывает высокие напряжения в акриле, поэтому нельзя применять склейку сольвентными клеями, очистку органическими растворителями и печать с попаданием краски на край листа. Эти процедуры могут вызвать мелкие трещины по краю листа. Для устранения напряжения рекомендуется проводить отжиг в печи.

Полировка пламенем

Лазерное полирование

Известно, что при лазерной порезке  или гравировке край оплавляется и после обработки остается зеркально блестящим. Для ручной полировки поверхности акрила используют расфокусированный лазерный луч, направляемый на поверхность изделия через жгут из оптических волокон, имеющий на конце линзу. Аналогичный инструмент применяется в стоматологии для полимеризации фотополимера. 

Также как и при газопламенной полировке, пятно лазерного луча направляют на поверхности, таким образом, чтобы акрил только плавился, а не испарялся. Затем его плавно перемещают вдоль обрабатываемого края в одном направлении.  Процесс лазерного полирования очень сильно зависит от ряда технических параметров, в частности от точности выдержки расстояния от объектива до поверхности, мощности лазера, угла падения луча лазера на поверхность, времени воздействия и частоты импульсов излучения СО2 лазера. В практике производителей наружной рекламы полировка лазером, как отдельная операция, широкого распространения пока не получила из-за выше перечисленных сложностей.

Химическое полирование

Некоторые сольвенты, воздействуя на акрил, растворяют поверхностный слой, который становится жидко-вязким. Все шероховатости становятся как бы оплавленными. Процедура химического полирования краев очень проста – кромку деталей погружают в растворитель на глубину ~1 мм и выдерживают 1-2 минуты. Извлекая заготовку из растворителя, дают стечь каплям и выдерживают на воздухе, пока растворитель полностью не испарится из акрила, а поверхность не станет твердой. После такой обработки поверхность становится глянцевой. Но, в отличие от газопламенной полировки, не образуется слой сильно напряженного материала.

При необходимости сделать глянцевой плоскую часть листа, растворитель просто льют на наклонную плоскость, равномерно покрывая весь лист, или распыляют его на поверхности, покрывая ее несколько раз тонким слоем растворителя.  Таким образом, например, изготавливают изделия для торцевой подсветки, когда участки поверхности, необходимые для рассеивания света, подвергают пескоструйной обработке или гравировке.

При локальном воздействии растворителя на поверхность, возможно получение видимой границы, особенно если растворитель попадает на исходно гладкую поверхность и действует достаточно долго. Следует также заметить, что, попадая на ровную глянцевую поверхность, растворитель может нарушить исходный вид и на поверхности могут быть заметны легкая волнистая рябь. Для устранения такого эффекта растворитель разбавляют диацетоновым спиртом, что приводит к замедлению процесса растворения полимера и лучшей однородности.

Заключение

Для придания изделию декоративной привлекательности, кроме формы и цветовой окраски, используют сочетание видов его поверхности с разной степенью выражения рельефа. Финишная обработка поверхности акрила может придать особые свойства светорассеяния изделию. Для выделения надписей на прозрачной акриловой панели или высвечивание графических элементов для придания выразительности, отдельные участки на поверхности могут иметь заданную шероховатость поверхности и локально рассеивать свет при внешней фронтальной подсветке или более изысканно проявляться при подсветке с торца. Разная шероховатость или сочетание шероховатых поверхностей с гладкой задает многогранность восприятия изделия. Например, шероховатая поверхность может быть воспринята по-разному - в зависимости от ее освещения, угла обзора, при котором она рассматривается; а глянцевая поверхность придает изделию улучшенную эстетику, подчеркивая изысканность и кристаллическую прозрачность. Получение различных поверхностей изделия методом шлифования, фрезеровки, полирования, улучшающих эстетические показатели, позволяет продемонстрировать более широкие возможности в художественном представлении изделий. Поэтому операции шлифования и полирования являются мощным средством в арсенале дизайнеров. 



Если у Вас возникли вопросы касательно материалов и услуг компании "Аверс", закажите "Обратный звонок". Мы перезвоним Вам в ближайшее время!