Obróbka CNC z tworzyw sztucznych

Obróbka CNC tworzyw sztucznych jest kontrolowanym komputerem procesem produkcyjnym, który wykorzystuje obrotowe narzędzia cięcia do usuwania materiału z przedmiotów z tworzyw sztucznych, produkując precyzyjne komponenty z termoplastów inżynieryjnych. Podstawowa różnica od obróbki metalu polega na tym, jak tworzywa sztuczne reagują na ciepło i siły cięcia. Plastiki mają do 10 razy większą ekspansję cieplną niż metale, tracą ciepło wolniej i mają znacznie niższe temperatury zmiękczania i topienia. Oznacza to, że obróbka tworzyw sztucznych wymaga ostrzejszych narzędzi, specjalnych strategii podawania, aby uniknąć tarcia (co generuje ciepło), oraz skupienia się na ewakuacji szczupów, aby przenieść ciepło z strefy cięcia. Podczas gdy metale korzystają z agresywnego chłodzenia, wiele maszyn tworzyw sztucznych jest lepsze z wybuchem powietrza lub mgłą, aby zapobiec wstrząsom termicznym i zanieczyszczeniu.

Stabilne wymiarowo, obróbalne termoplasty najlepiej wykonują obróbkę CNC. Najczęściej obróbywane tworzywa sztuczne inżynieryjne to Delrin (POM), PEEK, akryl (PMMA), nylon (PA), PTFE (Teflon), ABS i poliwęglan. Delrin oferuje doskonałą stabilność wymiarową i niskie tarcie. PEEK zapewnia odporność na wysokie temperatury do 260 ° C i jest biokompatybilny. Akryl oferuje jasność optyczną, ale wymaga starannego zarządzania ciepłem. Nylon jest wytrzymały i odporny na zużycie, ale pochłania wilgoć, co wpływa na stabilność wymiarową. PTFE jest nieprzylepny i odporny na chemikalia, ale wymaga wyspecjalizowanej obsługi. ABS jest odporny na uderzenia, tanie i przebaczające. Poliwęglan jest twardy i przejrzysty, ale bardziej wrażliwy na pękanie naprężeniowe.

Najczęstsze problemy w obróbce tworzyw sztucznych obejmują topienie na krawędziach ciętych, długie sznurowe szczupy, słabe wykończenie powierzchni, niestabilność wymiarową po obróbce i tworzenie dziur. Topienie jest spowodowane wytwarzaniem ciepła przekraczającego punkt zmiękczania materiału - zapobieganie wymaga zwiększenia szybkości podawania (nie spowolnienia), użycia ostrych narzędzi, zapewnienia dobrej ewakuacji szczupów za pomocą wybuchu powietrza i unikania mieszkania w jednym miejscu. Długie sznurowe szczypy, powszechne z nylonem i PE, są zapobiegane ostrzejszymi narzędziami i bardziej agresywnymi parametrami podawania. Słabe wykończenie powierzchni lub " mleczne" krawędzie z akrylu wymagają polerowanych nożyczek jednoflautowych i spójnego działania cięcia. Niestabilność wymiarowa po obróbce występuje z powodu napięcia wewnętrznego - zapobieganie obejmuje odpowiednie mocowanie (nie zbyt ciasne), wyżarowanie z uwzględnieniem napięcia i kontrolę części po równowadze termicznej. Formacja dziur jest kontrolowana za pomocą ostrych narzędzi i zoptymalizowanych wyjść ścieżki narzędzia.

Chociaż tworzywa sztuczne są trudniejsze do utrzymania niż metale, realistyczne oczekiwania są osiągalne. Cechy ogólne zazwyczaj wynoszą ± 0,05 mm do ± 0,10 mm przy odpowiedniej konfiguracji i wyborze materiału. Precyzyjne cechy mogą utrzymywać ±0,01 mm na materiałach stabilnych wymiarowo, takich jak POM i PEEK w kontrolowanych warunkach. Cięższe tolerancje wymagają materiałów o wysokiej stabilności, obróbki etapowej z ulgą naprężenia i środowisk inspekcyjnych z kontrolowaną temperaturą.

Obróbka tworzyw sztucznych wymaga innego podejścia niż cięcie metalu. Kluczowe wymogi dotyczące narzędzi obejmują ostre krawędzie cięcia, geometrię o-flutu o pojedynczym lub niskim flucie zaprojektowaną specjalnie dla tworzyw sztucznych, polerowane fluty w celu zapobiegania przyczepności materiału, geometrię wyciętą do ewakuacji głębokich szczupów kieszeniowych oraz narzędzia niepolakowane węglikiem lub pokryte diamentami. Ostre krawędzie cięcia są niezbędne, ponieważ nudne narzędzia generują tarcie i ciepło zamiast czystego cięcia. Jednofletowe lub niskoflejtowe frezy O-fletowe tworzą duże szczupy, które przenoszą ciepło. Polerowane flety zapobiegają budowaniu się krawędzi na narzędziu do cięcia. Geometria wycięta jest szczególnie ważna w przypadku obróbki głębokiej kieszeni w celu ciągłej ewakuacji szczupów. Niepowlekany węglik działa dobrze dla większości tworzyw sztucznych; narzędzia powlekane diamentami trwają dłużej w materiałach ściernych, takich jak nylon wypełniony szkłem.

Topienie jest najważniejszym wyzwaniem w obróbce CNC tworzyw sztucznych. Zasada podstawowa polega na tym, że narzędzie musi cięć, a nie pocierać. Kiedy narzędzie się pociera, tarcie tworzy ciepło szybciej, niż chip może go przenieść. Kluczowe strategie obejmują utrzymanie prawidłowego obciążenia szczupów, zwiększenie szybkości podawania w celu uzyskania właściwego działania cięcia, wykorzystanie powietrza zamiast płynu chłodzącego powodziowego dla większości tworzyw sztucznych w celu natychmiastowego usunięcia gorących szczupów, unikanie zamieszkania w jednym miejscu i podjęcie cięć o pełnej głębokości, jeśli to Zdrowe obciążenie chipa powoduje działanie cięcia, a nie tarcie. Kiedy krawędzie zaczynają się pogorszać, zmniejszenie szybkości podawania często pogarsza problem - szybsze poruszanie się tworzy odpowiednie chipy. W przypadku większości tworzyw sztucznych wybuch powietrzny jest bardziej skuteczny niż płyn chłodzący powodziowy, ponieważ natychmiast usuwa gorące szczupy bez wstrząsu termicznego lub zanieczyszczenia. Głębokość szorstkości powinna wynosić od 0,050 "do 0,150" - płytkie cięcia pocierają zamiast cięcia.

Różne tworzywa sztuczne akceptują różne metody wykończenia. Wykończenie podczas obróbki zapewnia funkcjonalną powierzchnię z widocznymi oznakami narzędzia, zazwyczaj Ra 1,6-3,2 μm. Rozblasowanie koralikami wykorzystuje drobne media do tworzenia jednolitego matowego wykończenia, które ukrywa ślady narzędzi, powszechne dla części przemysłowych. Parowe polerowanie akrylu i poliwęglanu wykorzystuje parę rozpuszczalnikową do tworzenia optycznego, szklanego wykończenia bez widocznych śladów narzędzi. Polerowanie płomieniowe przywraca jasność optyczną na akrylowych krawędziach. Polerowanie mechaniczne poprzez szlifowanie i buffing osiąga wysoki połysk na akrylu, poliwęglanu i niektórych nylonach.

Obróbka CNC tworzyw sztucznych służy szerokiej gamie branż, w których wymagane są lekkie, odporne na korozję, izolujące lub biokompatybilne komponenty. Przemysł medyczny używa go do instrumentów chirurgicznych, komponentów implantów, obudow urządzeń i tac sterylizacyjnych, zazwyczaj w PEEK, Delrin i akrylu. Zastosowania lotnicze obejmują wysokotemperaturowe części konstrukcyjne, klatki łożyskowe i uszczelnienia w PEEK i PEI. Produkcja półprzewodników wykorzystuje PEEK i PTFE do przetwarzania efektorów końcowych płytek, komponentów komory i gniazd testowych. Przetwarzanie chemiczne opiera się na PTFE i PVC do oprawy odpornej na korozję, części pomp i siedzenia zaworu. Zastosowania motoryzacyjne obejmują przekładnie, tuleje, obudowy czujników i lekkie komponenty z nylonu, Delrin i PEEK. Elektronika wykorzystuje ABS, poliwęglan i Delrin do elementów izolacyjnych, obudow złącz i obudow.

Wybierz w oparciu o środowisko aplikacji. W przypadku wysokiej temperatury powyżej 100°C wybierz PEEK lub PEI. Dla odporności na zużycie i niskiego tarcia Delrin jest najlepszym wyborem - jest stabilny wymiarowo i maszynuje pięknie. Dla wysokiej odporności na uderzenia poliwęglan jest twardy i przezroczysty, podczas gdy nylon jest twardy i odporny na zużycie. Dla wymagań dotyczących odporności chemicznej i odporności na przylepność PTFE lub PVC są odpowiednie do środowisk chemicznych. Dla przejrzystości i przejrzystości optycznej akryl oferuje najlepszą przejrzystość i jest łatwy do polerowania, podczas gdy poliwęglan jest twardszy i bardziej odporny na uderzenia. W przypadku opłacalnych części ogólnego przeznaczenia ABS jest przebaczający, maszyny łatwe i nadaje się do większości obudow i obudow.