Podczas tworzenia części jedną z najważniejszych decyzji, przed którą musi stanąć inżynier projektant, jest wybór materiału. Wybór materiału decyduje o funkcjonalności i wyglądzie danej części oraz o tym, jak będzie się ona zachowywać w czasie.
Tworzywa sztuczne stają się coraz bardziej popularne. Są one lekkie, łatwe w obróbce i na ogół tańsze niż podobne wyroby metalowe. Istnieje wiele rodzajów tworzyw sztucznych poddawanych obróbce mechanicznej, a każdy z nich ma swoje zalety i wady.
Istnieje wiele sposobów wytwarzania precyzyjnych części z tworzyw sztucznych. Nowoczesne tworzywa sztuczne klasy przemysłowej są odlewane, formowane wtryskowo, drukowane lub obrabiane mechanicznie. Pierwsze trzy opcje są bardzo odpowiednie do produkcji złożonych geometrycznie części o dobrym wykończeniu powierzchni. Jednak w przypadku konieczności osiągnięcia wąskich tolerancji lub uzyskania lustrzanego wykończenia powierzchni niemal każdego rodzaju części, nie ma nic lepszego niż obróbka skrawaniem.
Obróbka skrawaniem tworzyw sztucznych, podobnie jak wszystkie procesy obróbki skrawaniem, jest metodą odejmowania warstw materiału w celu nadania kształtu i uformowania końcowej części lub produktu. Niektóre z najbardziej powszechnych operacji obróbki skrawaniem stosowanych w przypadku tworzyw sztucznych to:
Operacja cięcia zwykle generuje pewne ciepło, które może uszkodzić tworzywo sztuczne. Podczas cięcia tworzyw sztucznych operator musi uważać, aby uniknąć odkształceń termicznych.
Operacje toczenia tworzyw sztucznych wykonuje się na tokarce, która obraca i manipuluje przedmiotem obrabianym, aby nieruchome narzędzie skrawające mogło ciąć i usuwać nadmiar materiału zgodnie z zamierzonym projektem.
Operacja toczenia polega na obracaniu przedmiotu obrabianego z tworzywa sztucznego, natomiast operacja frezowania wymaga obracania narzędzia tnącego w celu usunięcia wiórów z tworzywa sztucznego z nieruchomego przedmiotu obrabianego.
Jeśli nie zostanie wybrane odpowiednie wiertło, może to być niebezpieczne i prowadzić do przegrzania lub powstania sił ścinających. Jednak pod warunkiem, że przygotowanie jest prawidłowe, a narzędzia są przygotowane i używane, wykwalifikowani technicy mogą formować otwory o małej i dużej średnicy w wyrobach z tworzyw sztucznych bez niszczenia ich struktury.
Szlifowanie jest podobne do mielenia, ponieważ w tym procesie usuwa się wióry z tworzywa sztucznego z obrabianego przedmiotu, aby zmienić jego kształt. Główna różnica polega na tym, że podczas frezowania stosuje się cięcie przerywane, natomiast podczas szlifowania tworzywo sztuczne jest stale wycinane z produktu, aby uzyskać gładszy kształt i wykończenie powierzchni.
Akrylonitryl-butadien-styren, często określany skrótem ABS, jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych tworzyw termoplastycznych. Charakteryzuje się dobrymi właściwościami mechanicznymi, doskonałą udarnością, wysoką odpornością cieplną i dobrą skrawalnością. ABS jest łatwy w obróbce, odporny na wysoką temperaturę i może być stosowany do wykańczania (klejenie, malowanie, polerowanie itp.). Jest on zwykle używany do prototypowania funkcji części przed rozpoczęciem produkcji masowej.
ABS nie ma dobrej odporności na ścieranie ani odporności chemicznej i topi się w acetonie. Nie jest też szczególnie wytrzymałym tworzywem sztucznym.
Najpopularniejszym zastosowaniem tworzywa ABS jest formowanie wtryskowe, które wykorzystuje się do produkcji obudów produktów elektronicznych, sprzętu gospodarstwa domowego, a nawet kultowych klocków Lego.
Podobnie jak ABS, nylon jest trwałym tworzywem sztucznym o dużej wytrzymałości i sztywności, zachowującym dobrą izolację elektryczną w szerokim zakresie temperatur, a także dobrą odporność chemiczną i odporność na ścieranie. Nylon 6 i nylon 66 to gatunki najczęściej stosowane w obróbce CNC.
Jednak nylon 6/6 łatwo absorbuje wilgoć, co powoduje jego pęcznienie i utratę dokładności wymiarowej. Jeśli podczas obróbki usunięta zostanie duża ilość niesymetrycznego materiału z powodu wewnętrznych naprężeń występujących w tym materiale, będzie się on również wypaczał.
Nylon jest najczęściej spotykany w sprzęcie medycznym, osprzęcie do montażu płytek drukowanych, elementach komory silnika samochodowego i opaskach kablowych. W wielu z tych zastosowań jest on wykorzystywany jako ekonomiczny zamiennik metali.
Akryl (znany także jako Perspex lub Luctie) to nazwa handlowa tworzywa sztucznego PMMA. Jest twardy, ma dobrą udarność i odporność na zarysowania oraz łatwo się klei.
Przetworzony akryl jest przezroczysty, co sprawia, że doskonale nadaje się do wszelkich zastosowań wymagających przejrzystości optycznej lub półprzezroczystości.
Jednak akryl jest kruchym tworzywem sztucznym i pęka lub łamie się pod zbyt dużym naciskiem. Każda obrobiona powierzchnia płyty akrylowej traci przezroczystość i przybiera matowy, półprzezroczysty wygląd. Dlatego zwykle najlepiej jest zwracać uwagę na to, czy elementy akrylowe należy pozostawić w oryginalnej grubości, aby zachować przezroczystość. Jeśli obrabiana powierzchnia musi być przezroczysta, jako dodatkowy etap po obróbce można zastosować polerowanie.
POM jest dobrze znany pod nazwą handlową Delrin. Jest to termoplastyczne tworzywo konstrukcyjne o najwyższej przetwarzalności wśród tworzyw sztucznych i jest uważane za najbardziej ekonomiczne tworzywo sztuczne. Charakteryzuje się gładką powierzchnią o niskim współczynniku tarcia, doskonałą stabilnością wymiarową i dużą sztywnością. W przypadku materiałów, które w tych lub innych zastosowaniach wykazują duże tarcie, wymagają wąskich tolerancji lub dużej sztywności, Delrin jest doskonałym tworzywem sztucznym. Jego wadą jest jednak to, że jest trudny do łączenia.
Tworzywa Delrin są zwykle stosowane do produkcji kół zębatych, łożysk, tulei i elementów złącznych lub do produkcji przyrządów i uchwytów montażowych.
HDPE to skrót od nazwy polietylen o wysokiej gęstości, termoplastyczny materiał o wysokim stosunku wytrzymałości do masy. HDPE charakteryzuje się wysoką odpornością chemiczną, izolacją elektryczną i trwałością w trudnych warunkach atmosferycznych. Podobnie jak Delrin, HDPE ma gładką powierzchnię, która ogranicza tarcie i jest odporna na uderzenia, charakteryzuje się wysokim stosunkiem wytrzymałości do masy i dobrą odpornością na warunki atmosferyczne.
Główną wadą HDPE jest jego niska wytrzymałość, zwłaszcza na rozciąganie i zginanie.
HDPE jest lekkim tworzywem termoplastycznym, które ze względu na niski koszt i niewielką masę jest używane do zastosowań zewnętrznych i prototypowania. Podobnie jak ABS, jest on często używany do tworzenia prototypów przed formowaniem wtryskowym. Ze względu na swoją odporność chemiczną i właściwości śliskie doskonale nadaje się do produkcji korków i uszczelek, a także do zastosowań wrażliwych na ciężar lub elektryczność.
PEEK to wysokowydajny termoplast konstrukcyjny o doskonałej udarności i stabilności wymiarowej. Tworzywo PEEK jest bardzo łatwe w obróbce i stanowi najlepszy materiał stosowany w obróbce CNC. Ze względu na swoje niezwykłe właściwości jest często stosowany w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, medycznym i elektrycznym.
Jedyną jego wadą jest wysoka cena. Niemniej jednak, jeśli potrzebujesz wysokiej wydajności i odporności, zdecydowanie powinieneś rozważyć użycie tego materiału. Wydajność tego tworzywa sztucznego jest lepsza niż metali stosowanych w przemyśle chemicznym i przetwórczym. W niektórych branżach zastępuje ono obecnie metale, takie jak stal nierdzewna i aluminium.
Poliwęglan jest jednym z bardziej wytrzymałych tworzyw sztucznych dostępnych na rynku. Charakteryzuje się bardzo wysoką odpornością na uderzenia i sztywnością, a także zachowuje funkcjonalność w szerokim zakresie temperatur. Jest również optycznie przezroczysty i może być barwiony na czarno, jeśli potrzebna jest nieprzezroczystość. Poliwęglan najlepiej nadaje się do zastosowań, które wymagają bardzo wytrzymałych lub bardzo mocnych tworzyw sztucznych albo wymagają przezroczystości optycznej. Dlatego poliwęglan jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych o najwyższym wskaźniku recyklingu.
Czysty poliwęglan nie ma dobrej odporności na ścieranie i łatwo ulega zarysowaniom. W razie potrzeby na etapie obróbki końcowej można zastosować powłokę antyzadrapaniową i polerowanie parowe, aby poprawić odporność na ścieranie lub przejrzystość optyczną.
Trwałość i przejrzystość poliwęglanu oznacza, że może być on stosowany do produkcji dysków optycznych, szkła bezpiecznego, rur świetlnych, a nawet szkła kuloodpornego.
Nie istnieją maszyny CNC do obróbki tworzyw sztucznych. W rzeczywistości wszystkie obrabiarki stosowane do cięcia tworzyw sztucznych są narzędziami do obróbki metalu. Ich precyzyjna sztywność i moc wyjściowa pozwalają im z łatwością obrabiać nawet utwardzone tworzywa sztuczne. Sztywność maszyn do obróbki drewna jest niska, więc efekt nie jest dobry.
Wybór najlepszych narzędzi tnących do obróbki elementów z tworzyw sztucznych jest zadaniem złożonym. Wynika to z faktu, że skład tworzyw sztucznych i materiałów kompozytowych jest bardzo różny. Niektóre tworzywa sztuczne są wzmocnione twardymi cząstkami węglików spiekanych lub mają dodatki zwiększające elastyczność, odporność na ciepło lub inne parametry. Wszystko to zmienia sposób, w jaki tworzywa sztuczne reagują na maszyny.
Narzędzia tnące są głównie wykonane ze stali szybkotnącej, węglika spiekanego, diamentu itp. Do cięcia zwykłych tworzyw sztucznych można wybrać dwa pierwsze materiały tnące. Z kolei stal szybkotnąca ma lepsze właściwości ścierne. Należy wybierać narzędzia ze stali szybkotnącej i starannie je szlifować. Krawędź tnąca narzędzia będzie ostrzejsza, ale jego trwałość jest niższa niż narzędzi z węglika spiekanego.
Aby zwiększyć wydajność i trwałość narzędzia oraz obniżyć koszty obróbki, należy maksymalnie zredukować siłę i temperaturę skrawania, wybrać odpowiedni kąt natarcia, kąt odciążenia, kąt natarcia, kąt natarcia wtórnej krawędzi skrawającej, promień łuku końcówki narzędzia itp. Frez pozostaje ostry i zamraża materiał, gdy sztywność jest niewystarczająca.
Należy prawidłowo zamocować blok tworzywa sztucznego, aby uniknąć nadmiernego nacisku, który może spowodować jego pęknięcie. Zaleca się stosowanie podkładki wykonanej z miękkiego materiału pomiędzy uchwytem a częścią, aby uniknąć pozostawiania śladów na powierzchni.
Innym problemem jest sztywność części. Należy zwrócić szczególną uwagę na odległość między miejscem wiercenia a zamocowaniem. Podczas tego procesu wiertło będzie próbowało wyciągnąć część do góry wzdłuż jej rowka. Jeśli mocowanie jest zbyt daleko, wiertło osiągnie sukces, ale spowoduje wygięcie elementu lub może oderwać go od mocowania.
Zawsze utrzymuj narzędzie skrawające w ruchu (unikaj zbyt długiego pozostawania w jednym miejscu), aby zapobiec topieniu się wiórów na obrabianych elementach. W celu obniżenia temperatury i usunięcia wiórów można zastosować chłodziwo lub ciecz chłodząco-smarującą.
Przy zastosowaniu większego posuwu i szybkiej prędkości wrzeciona, jest to około 3 razy więcej niż w przypadku aluminium i odpowiednia prędkość skrawania.
Ze względu na duże zapotrzebowanie na części plastikowe do produkcji prototypów i niestandardowe części plastikowe CNC, pojawiło się wiele usług obróbki plastiku CNC. Niewątpliwie przyspieszają one i ułatwiają proces produkcyjny wszystkim stronom. Jeśli masz podobne projekty, zapraszamy do przesłania rysunków w celu uzyskania bezpłatnej oferty od SANS Machining.
