Обработка пластика на станках с ЧПУ
Обработка пластика достаточно проста, чтобы быть сложной.
Фрезерование пластмасс на первый взгляд может показаться несложной задачей, но разнообразие доступных пластиковых материалов и их различные могут сильно усложнить задачу.
Многие пластмассы отличаются простотой изготовления, малым весом, прочностью и способностью выдерживать жесткие допуски, что делает их превосходными для использования во многих конструкционных, изнашиваемых. Хотя литье под давлением, возможно, является наиболее распространенным способом формования пластмасс, в некоторых случаях фрезерование пластиковых деталей более экономично или просто необходимо.
Обработка пластика может использоваться для изготовления прототипов или маленьких партий пластмассовых деталей без затрат на создание пресс-формы. Внедрение технических изменений для фрезерованной детали требует только изменения программы ЧПУ, а не переделки пресс-формы. Кроме того, фрезерованием можно достичь жестких допусков и контуров, невозможных при формовании, что позволяет выполнять некоторые детали за одну операцию, а не за двухэтапный процесс формования и вторичной обработки.
Основы обработки пластика
Хотя фрезерование может быть лучшим способом изготовления конкретной детали, обработка пластмассовых деталей сопряжена с рядом проблем. Главный из них — контроль и рассеивание тепла, производимого механической обработкой, потому что пластмассы обычно имеют гораздо более низкие температуры плавления, чем металлы. Например, ацеталевый пластик Делрин имеет температуру плавления около 350 ° F, в то время как температура плавления алюминия составляет 2000 ° F. Пластмассы также теряют тепло медленнее, чем металлы, а при нагревании пластмассы расширяются в 10 раз больше, чем металлические сплавы.
Разнообразие композиций пластических материалов представляет собой ряд характеристик обработки, которые в основном не поддаются обобщению. Например, термопластический эластомер Hytrel от Dupont Engineering Polymers, доступен более чем в 50 видах. Выбор включает «мягкие сорта» с модулем упругости при изгибе ниже примерно 240 МПа, а также твердые сорта с более высокими значениями модуля упругости при изгибе. Нет резкой точки перехода, условия обработки будут постепенно меняться от типа к типу.
Поддержка приложений от поставщиков пластмассовых материалов является отправной точкой для разработки процессов фрезерования. Вы должны знать информацию об основных характеристиках пластмассовых материалов с которыми собираетесь работать.
Материалы с более высокими характеристиками имеют более высокие температуры теплового отклонения и более низкий коэффициент теплового расширения и, следовательно, менее подвержены тепловыделению во время обработки. Однако параметры обработки отражают дополнительную прочность современных материалов. Как правило, для инженерных пластиков общего назначения рекомендуется использовать более агрессивные скорости подачи, чем те, которые применяются для современных материалов.
Скорость резки также может сильно различаться. Например, специалисты рекомендуют начальную скорость фрезерования от 200 до 500 м / мин. для некоторых пластиков из поливинилиденфторида (ПВДФ) и нейлона (ПА) с температурой плавления ниже 350 ° F, а для материалов на основе полибензимидазола (PBI), которые могут надежно работать при температурах значительно выше 400 ° F скорости всего от 25 до 75 м / мин. .
Наполнитель материала
Повышение эксплуатационных характеристик пластика обычно увеличивает сложность обработки. Одним из примеров является пластик, наполненный стеклянными или углеродными волокнами, которые увеличивают прочность, изоляционные свойства и стабильность размеров. Пластмассы с наполнителем являются «ужасным абразивом и режущими инструментами для разжевывания», и для сохранения срока службы инструмента может потребоваться более низкая скорость резания. Стекло почти так же твердо, как карбид, если вы работаете с очень высокой скоростью резания, будет выделятся тепло, и твердосплавные инструменты сломаются. Такие пластики больше похожи на композитные материалы, у которых своя специфика обработки, и которые требую особенного инструмента.
Во многих случаях механическая обработка наполненных пластиков требует специальных методов обращения, из-за опасности для здоровья. Из оболочки, в которой обрабатывается этот пластик, должен быть удален воздух, потому что в нем есть частицы стекла. Цеха могут обрабатывать наполненные материалы на одной или двух специализированных машинах в закрытом помещении с собственной системой кровообращения.
Обработка пластика. Правильный инструмент
Для максимальной эффективности в любом сценарии обработки требуются инструменты, разработанные с учетом конкретных характеристик материала. Специализированные цеха, которые обрабатывают только пластмассы, обычно используют процессы обработки и инструменты, разработанные для максимальной производительности при обработке этих материалов. Кроме того, существует множество производств, которые время от времени занимаются пластиком, и они не стремятся к оптимизации — они просто хотят выполнить свою работу. Это может потребовать применения фрезы из быстрорежущей стали общего назначения с 2 режущими кромками для резки пластика. Во многих случаях это работает, но очень часто геометрия, рельеф или глубина канавки не подходят. Это может привести к плохому качеству поверхности, появлению сколов, вибрации, плавлению и даже подгоранию.
Чистота поверхности имеет решающее значение для большинства пластиковых деталей. В результате фрезы, предназначенные для фрезерования пластика, имеют геометрию, спроектированную таким образом, чтобы резать чисто и минимизировать тепловыделение, включая острые края, острый рельеф на задней стороне фрезы и глубину канавок, намного большую, чем обычно в металлообработке.
В качестве примера возьмем инструмент с одинарной спиральной канавкой под букву «0», для обработки пластика, который «почти похож на штопор». В зависимости от конкретного инструмента, глубина канавки простирается до центра или за пределы сердечника инструмента, что исключает диаметр сердечника, типичный для металлорежущего инструмента. Глубина канавки огромна, поэтому есть много места для выхода стружки.
Его конфигурация менее надежна, чем у инструмента с большим диаметром сердечника, но инструмент для фрезерования пластика обычно не подвергается воздействию мощности и крутящего момента, которые испытывает металлорежущий инструмент. При обработке пластика фреза может быть более гладкой и динамичной. Ее не нужно усиливать за счет радиусов углов, подготовки кромок и специальных покрытий.
Производители, как правило, полируют большую канавку инструмента, чтобы стружка не прилипала. Если вы можете резать заготовку твердо и чисто, чтобы получать большую стружку, вы получите желаемое качество поверхностей, и любое случайное тепло попадет в стружку.
Различия в требованиях к применению и характеристиках обработки различных пластмасс могут побудить к использованию инструментов различной конструкции. Например, инструмент с двумя прямыми канавками будет более подходящим, чем инструмент с одной канавкой и большой спиралью для фрезерования пластмасс с абразивным наполнителем. Двойные канавки разделяют абразивный износ и сводят к минимуму истирание волоконных прядей за счет резки заготовки без натяжения вверх или вниз, создаваемого спиралью / спиралями. Или, в случае применения, где поверхностные заусенцы нежелательны, инструмент с направленной подрезкой вниз с правосторонним вырезом / левосторонней спиральной конструкцией будет продавливать стружку и заусенец через дно сквозного отверстия, так что они будут не на поверхности детали.
Стратегии резания, используемые при фрезеровании пластмасс, также отличаются от тех, которые используются при обработке металлов. На типичной металлической заготовке обычно выполняется черновая обработка контура и оставляет немного лишнего материала для чистового прохода. Вы не можете так сделать с пластмассой, потому что при чистовой обработке вы берете очень мало материала, и большая часть тепла остается либо в инструменте, либо в детали, потому что стружка может поглотить только определенное количество. Вам нужно как можно большую стружку с максимальной подачей и наименьшей скоростью.
Вакуумные системы могут помочь надежно разместить пластмассовые детали и детали необычной формы.
Скорость подачи и скорости, аналогичные тем, которые используются при фрезеровании алюминия, являются хорошей отправной точкой для большинства пластмасс. Но если у вас есть материал, с которым нужно работать, отрегулируйте скорость подачи с нуля. Некоторые пластмассы более щадящие, чем другие. Но эмпирическое правило гласит, что очистка от стружки и охлаждение для пластмасс намного важнее, чем для металлов и дерева.
Споры о охлаждающей жидкости
Поставщики и конечные пользователи согласны с тем, что крайне важно поддерживать процесс фрезерования пластика как можно более прохладным, но они не всегда соглашаются с тем, как это делать. Существуют расхождения во мнениях относительно использования охлаждающей жидкости. Некоторые люди говорят, что никогда не используйте охлаждающую жидкость, а некоторые говорят, что вы должны использовать охлаждающую жидкость. На мой взгляд, использовать охлаждающую жидкость при обработке пластмасс желательно, но не обязательно.
Те, кто продвигает сухую обработку пластмасс с использованием воздушно-струйного охлаждения, указывают на то, что некоторые пластики гигроскопичны: они поглощают воду. Например, нейлон очень гигроскопичен, и некоторые люди не хотят использовать охлаждающие жидкости с нейлоном, потому что это вызывает его разбухание и изменение размеров.
Несмотря на то, что это правда, что некоторые материалы поглощают влагу, чаще всего компоненты находятся на станке недостаточно долго, чтобы это могло быть существенным фактором. Единственное исключение, когда это может быть проблемой, — это если деталь будет находиться в луже с охлаждающей жидкостью в течение ночи или во время нерабочей смены.
Я всегда рекомендую использовать водорастворимую охлаждающую жидкость для охлаждения детали и уменьшения эффекта тепловыделения, охлаждающая жидкость также помогает удалять стружку. Указаны водорастворимые продукты, потому что некоторые пластмассы с более низкой химической стойкостью могут обесцветиться или потрескаться под действием ингибиторов ржавчины в охлаждающих жидкостях на масляной основе.
Хотя фрезерование пластика обычно лучше всего проводить с охлаждающей жидкостью, существуют определенные области применения, такие как медицинские детали, которые необходимо запускать всухую, чтобы избежать загрязнения компонента, который впоследствии может быть имплантирован пациенту.
Проблемы с удержанием заготовок
Относительная мягкость и гибкость пластика в сочетании с необходимостью поддерживать жесткую систему обработки для обеспечения чистоты поверхности и точности размеров диктуют особые соображения относительно крепления обрабатываемой детали.
Одно из решений — вакуумный зажим. Системы вакуумного зажима основаны на пластинах с горизонтально просверленными проходами, соединенными с поверхностью пластины через отверстия, заблокированные съемными винтами. К проходам прикреплен вакуумный насос, и при извлечении винта на поверхности пластины создается разрежение.
Сила всасывания детали прямо пропорциональна ее площади поверхности, поэтому если у вас мелкие детали, вы не сможете использовать торцевую фрезу диаметром 3 дюйма, деталь будет просто скользить. В результате на поверхностях пластин имеются ряды резьбовых и резьбовых отверстий, которые позволяют пользователям закреплять рабочие ограничители или регулируемые краевые зажимы для захвата стороны детали.
Вакуумные системы обеспечивают надежный захват непористого пластика, но, поскольку их эффективность зависит от площади поверхности детали, для обработки мелких деталей требуются другие методы, такие как использование вакуума для удержания одного большого листа пластика, а затем применение методов групповой обработки или групповой обработки для вырезать в листе большого количество деталей. Чтобы детали не болтались внутри обрабатывающего центра при их изготовлении, мастера часто обрезает детали с трех сторон, а на четвертой стороне остается очень небольшая перемычка материала. Когда обработка пластика завершена, лист снимается, и детали отламываются от него, как вы это делаете на детском модельном наборе.
В некоторых цехах для простых или небольших деталей используется двусторонний скотч для крепления пластмассовых деталей. Лучше использовать специальную ленту для гравировки более липкую с одной стороны. Чтобы облегчить снятие детали после обработки, лента плотно прилегает к столу, но не так сильно, как к детали.
Выбор машины
Станки, которые обычно используются в металлообрабатывающей промышленности, можно использовать для фрезерования пластмасс, но предприятиям, производящим пластмассовые детали, необходимо выбирать станки, наиболее подходящие для данной области применения. Одним из основных условий таких станков является использование специальных смазок, которые защитят движущие детали станка от абразивной пыли, выделяемой при обработки многих пластиков
Практически все медицинские детали вырезаны насухо, поэтому охлаждающая жидкость или смазка не попадают в материал. Лучше использовать воздух и воздушные сопла, проходящие через шпиндель, которые перемещают стружку из зоны резания в системы обработки стружки станка.
Обработка графитовых электродов EDM в некоторой степени похожа на обработку пластмасс в том смысле, что обычно она выполняется всухую, и удаление мелко нарезанного материала может быть проблемой. В результате, «графитовые» версии его V-22, V-33 и других VMC с системами, вытягивающими обрезанный материал из рабочей зоны, могут использоваться при фрезеровании пластмасс.
Хотя пластмассы обычно легко режутся, есть и другие факторы, которые повышают фактор сложности обработки. Инструмент может пролететь сквозь пластиковую деталь, оставив после себя расплавленный беспорядок. Или стеклонаполненный пластик может вызвать неожиданный износ инструмента. Главное — знать об изменении характеристик обработки различных материалов заготовок и действовать осторожно.
Обработка пластика или пресс-форма?
Часто пластиковое литье под давлением — не выход. Иногда требуется обработка детали, особенно когда непозволительно иметь конусность на краях.
И даже если характеристики детали совместимы с процессом литья под давлением, формование бывает неэффективным с точки зрения затрат. Изготовление пресс-формы дорогостоящая процедура, и при макетном производстве или маленьких сериях не может быть выгодно.
Обработка пластика. Советы и подсказки по фрезерованию
Частичный допуск. В зависимости от используемой детали и пластика при механической обработке обычно достигаются допуски от 0,1 до 0,2 процента от номинального размера детали. Для более жестких допусков рассмотрите возможность черновой обработки с точностью до 0,030 дюйма от окончательного размера, а затем дайте детали снять напряжение в течение 24–48 часов перед окончательной обработкой.
Размер фрезы. Используйте фрезу максимально возможного диаметра, потому что большее количество проходов по поверхности приводит к механическому напряжению. Обратите внимание на то, что производство термопластичных материалов вызывает определенное внутреннее напряжение; Убедитесь, что поставщик пластиковых форм снял напряжение с материала.
Плоскостность детали. Когда плоскостность имеет решающее значение, начните с плоской пластины; не используйте вакуумный стол, чтобы присосать изогнутую пластину перед обработкой. Пластик имеет память и возвращается в изогнутое состояние при выходе из вакуума. Вместо этого поместите материал «брюшком» вверх, удерживайте его за края и обработайте плоскую верхнюю поверхность. Эта поверхность теперь действительно плоская, и ее можно перевернуть и закрепить или удерживать с помощью вакуума для дальнейших операций.
Подъемное фрезерование. Сохранение острых режущих кромок, обеспечение большого зазора между стружкой и подъемное фрезерование могут помочь контролировать нагрев.
Твердые пластмассы. При фрезеровании твердых пластмасс избегайте образования острых внутренних углов. Радиус закругления должен быть не менее 1 мм. Скошенные кромки также помогают предотвратить выкрашивание кромок детали во время фрезерования, обеспечивая более плавный переход между режущим инструментом и пластиковой заготовкой.
