CNC sústruženie sa nielen často používa pri výrobe vysokopevnostných kovov, ako je oceľ a titán, ale je veľmi dôležité aj pri výrobe vysoko presných plastových dielov. Či už ide o výrobu prototypov pre nové zdravotnícke zariadenia alebo hromadnú výrobu tesnení pre letecký priemysel, zvládnutie jemného procesu spracovania nekovových materiálov je kľúčové.
Čo je CNC sústruženie plastov?
CNC sústruženie plastov je druh výrobného procesu zameraného na redukciu materiálu. Tento proces zvyčajne zahŕňa vysokorýchlostné otáčanie plastových obrobkov (väčšinou tyčí) pri súčasnom odoberaní materiálu pomocou pevného rezného nástroja na vytvorenie dielu. Na rozdiel od frézovacieho procesu s rotáciou nástroja je sústruženie veľmi vhodné na výrobu valcových dielov s vnútornými a vonkajšími charakteristikami.
V tomto procese sa rozdiely v spracovaní medzi plastom a kovom prejavujú najmä v nasledujúcich aspektoch:
- Tepelná rozťažnosťPlasty sa pri zahrievaní rýchlo rozťahujú.
- Deformácia obrobkuPlastový materiál je mäkký, ľahko sa ohýba pod tlakom nástroja.
- Morfológia čipuPlasty zvyčajne vytvárajú súvislé pásové triesky, ktoré sa nerozbíjajú tak ľahko ako kovové triesky.
Prečo CNC sústruženie namiesto vstrekovania plastov?
Bežným problémom vo výrobnom priemysle je: prečo používať CNC obrábanie, keď existuje vstrekovanie plastov?
Hoci vstrekovanie plastov má výhody pri malosériovej výrobe (nad 10 000 kusov), CNC sústruženie má v špecifických scenároch jedinečné výhody:
- Žiadne náklady na plesneNepotrebujete drahú formu, ktorá je veľmi vhodná na výrobu prototypov.
- Flexibilita dizajnuDizajn môžete okamžite zmeniť aktualizáciou kódu.
- Prísne tolerancie: High-end CNC sústruhy dokáže udržať tolerancie +/- 0.001 palca, čo je ťažké dosiahnuť pri vstrekovaní plastov, kde zmršťovanie sťažuje kontrolu rozmerov.
- Materiálna integritaObrábané diely sú vyrezané z plných tyčí a ich štrukturálna integrita je vo všeobecnosti lepšia ako u vstrekovaných dielov, ktoré môžu mať stopy po toku alebo dutiny.
Porovnanie bežných plastov vhodných pre CNC sústruženie
Výber správneho materiálu je prvým krokom k úspešnému CNC sústruženiu. Rôzne plasty vyžadujú rôzne rýchlosti rezania a stratégie nástrojov. Nasleduje štruktúrované porovnanie bežne používaných spracovaných plastov.
| Porovnávacia tabuľka plastových materiálov pre CNC sústruženie | |||
|---|---|---|---|
| Materiál | Obchodné meno | obrobiteľnosť | Najlepšia aplikácia |
| acetal | Delrin | Výborne | Ozubené kolesá, puzdrá, elektrické izolátory. |
| Nylón | Nylon 6/6 | dobrý | Ložiská, opotrebovacie dosky, kolesá. |
| PTFE | Teflon | Stredne | Tesnenia, chemicky odolné diely. |
| PEEK | PEEK | dobrý | Vysokoteplotné implantáty pre letecký a lekársky priemysel. |
| Akryl | plexisklo | Stredne | Optické komponenty, priehľadné rozdeľovače. |
| polykarbonát | lexan | dobrý | Nárazuvzdorné kryty, šošovky. |
Acetal (Delrin)
Acetaldehyd sa všeobecne považuje za najľahšie spracovateľný plast a je ideálnou voľbou na výrobu presných dielov s vysokou pevnosťou. Vďaka svojej stabilnej veľkosti, nízkej hygroskopickosti a ľahkému lámaniu triesok dokáže zabrániť problému s hniezdovitými trieskami, ktorý je bežný pri CNC sústružení.
PEEK (polyéteréterketón)
PEEK je vysokovýkonný technický termoplast. Hoci je drahý, má vynikajúcu chemickú odolnosť a tepelnú odolnosť. Pri CNC sústružení PEEK je potrebný ostrý nástroj, aby sa zabránilo akumulácii tepla, inak by to viedlo k praskaniu materiálu v dôsledku napätia.
PTFE (teflón)
PTFE je vďaka svojej mäkkej a klzkej textúre veľmi vhodný na výrobu tesnení, ale kvôli jeho ľahkému stlačeniu je ťažké udržať toleranciu. Obrábač musí použiť menšiu upínaciu silu, aby sa predišlo deformácii súčiastky počas sústruženia.
Ako optimalizovať CNC sústruženie plastov?
Aby ste dosiahli dokonalý diel, musíte upraviť parametre spracovania: plast sa nedá spracovať ako hliník alebo oceľ.
Výber nástroja
Pozitívne uhly sklonu: Na rezanie plastu namiesto jeho škrabania použite geometriu s veľkým pozitívnym uhlom čela, čo znižuje tvorbu tepla.
Leštené flautyPre materiály ako akryl a polykarbonát, leštený nástroj Drážky pomáhajú rýchlo odstraňovať triesky a zlepšovať povrchovú úpravu.
Materiál nástrojaKarbidové vložky sú štandardom, ale pre abrazívne plasty (ako napríklad sklenený nylon) sa odporúča použiť polykryštalický diamant (surovina je vždy PCD) nástroje na predĺženie životnosti nástrojov.
Rýchlosti a posuvy
Jednou z najväčších chýb pri CNC sústružení plastov je, že rýchlosť vretena je príliš vysoká, ale rýchlosť posuvu nie je dostatočná.
Vysoká rýchlosť posuvuAk je posuv príliš pomalý, nástroj zostane na jednom mieste, čo spôsobí trenie a roztavenie plastu.
regulácia otáčokHoci sa plasty dajú spracovávať vysokou rýchlosťou, odstredivá sila generovaná nadmerná rýchlosť otáčania (RPM) môže deformovať dlhšie časti.
Stratégia chladenia
Záplavová chladiaca kvapalinaToto sa zvyčajne odporúča na odplavenie triesok a udržanie chladu súčiastok.
Air BlastPri niektorých plastoch, ako je nylon, sa môže chladiaca kvapalina na vodnej báze absorbovať, čím sa mierne zmení veľkosť. V tomto prípade je na odstránenie triesok prvou voľbou stlačený studený vzduch.
Spoločné výzvy a riešenia
Pri CNC sústružení nekovových materiálov sa môžete stretnúť so špecifickými chybami. Nasleduje zoznam často kladených otázok vo forme otázok a odpovedí.
Toto je zvyčajne spôsobené trením. Váš nástroj môže byť tupý alebo čas zotrvania môže byť príliš dlhý. Riešením je zvýšiť rýchlosť posuvu (zaťaženie trieskami) a zabezpečiť používanie ostrých leštiacich nástrojov určených na plasty, aby sa znížilo hromadenie tepla.
Dlhé pásy triesok z plastu sa ľahko navíjajú na nástroj a jeho súčiastky, poškriabajú povrch a dokonca poškodia nástroj. Na vyriešenie tohto problému môžete použiť cyklus „Peck Turning“ na lámanie triesok alebo zvoliť materiál s lepšími prirodzenými vlastnosťami pri lámaní triesok, ako je Delrin.
Hlavným dôvodom sú vibrácie alebo chvenie. Malo by sa zabezpečiť, aby bol obrobok pevne upnutý (a nie stlačený) a aby sa minimalizoval presah nástroja. Pri priehľadných plastoch (napr. akryl) môže použitie nástrojov na konečnú úpravu (odstránenie veľmi malého množstva materiálu, napr. 0.05 mm) výrazne obnoviť ich priehľadnosť.
Plasty majú vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti (viac ako 10-krát vyšší ako oceľ) a niektoré materiály (napríklad nylon) ľahko absorbujú vlhkosť. Spracovanie teplom vedie po ochladení k rozťažnosti a zmršťovaniu. Riešením je: meranie v prostredí s konštantnou teplotou; pri vysoko presných dieloch sa po hrubom obrábaní uvoľňuje napätie 24 hodín a potom sa vykonáva konečná úprava.
Priemyselné aplikácie sústružených plastov
CNC sústruženie je nevyhnutné v každej oblasti high-tech:
- lekárskyImplantáty PEEK a rukoväte chirurgických nástrojov vyžadujú biokompatibilitu a extrémne vysokú presnosť.
- AerospaceTesnenia z PTFE a nylonové potrubia sa široko používajú vďaka svojej nízkej hmotnosti a vlastnostiam spomaľujúcim horenie.
- Spracovanie potravínValčeky a vodiace lišty z UHMW-PE (polyetylén s ultravysokou molekulovou hmotnosťou) sa spracovávajú sústružením, pretože materiál je netoxický a samomazací.
- ElektronikaDelrínový izolátor sa používa na spínanie komponentov zariadení, ktoré vyžadujú nulovú vodivosť.
5 princípov návrhu pre výrobu (DFM)
Aby ste znížili náklady a zlepšili kvalitu pri objednávaní služieb CNC sústruženia, dodržiavajte nasledujúce pravidlá návrhu:
- Vyhnite sa ostrým vnútorným uhlomPodobne ako pri frézovaní je nástroj zaoblený. Na vnútornom rohu je vyhradený malý polomer, aby sa znížila koncentrácia napätia.
- Obmedzenie hlbokých dierVzhľadom na ťažkosti s odstraňovaním triesok je ťažké vŕtať hlboké otvory do plastov. Snažte sa udržať hĺbku otvoru menšiu ako trojnásobok priemeru.
- Hrúbka stenyTenké steny (menej ako 0.5 mm) sa môžu počas sústruženia vibrovať alebo zdeformovať po vybratí zo skľučovadla.
- Rozumne špecifikujte tolerancieNevyžadujte tolerancie +/-0.0005'', pokiaľ to nie je absolútne nevyhnutné. Plast sa bude pohybovať so zmenou teploty; príliš malé tolerancie výrazne zvýšia náklady.
- Štandardizované vláknaSkúste použiť štandardnú hrubú niť (UNC/ISO), pretože jemná niť sa ľahšie prevliekne do mäkšieho plastu.
Záver
Zvládnutie CNC sústruženia plastov si vyžaduje zmenu spôsobu myslenia pri spracovaní kovov. Vyžaduje si to ostré nože, agresívne rýchlosti posuvu, aby sa zabránilo taveniu, a hlboké pochopenie materiálovej vedy. Výberom správnych plastov – či už ide o univerzálny Delrin alebo PEEK pre prostredie s vysokým namáhaním – a dodržiavaním vyššie uvedených optimalizačných pokynov môžete vyrábať odolné, vysoko presné nekovové komponenty.
Viac informácií o vlastnostiach materiálov nájdete na MatWeb, čo je komplexná databáza tabuliek s údajmi o materiáloch.
Ak si chcete rozšíriť znalosti o výrobe, pozrite si nášho sprievodcu CNC frézovanie a sústruženie alebo skúmanie CNC sústruženie a spracovanie kovových materiálov.
