Obróbka tworzyw sztucznych na maszynach CNC

Maszyny CNC są kompatybilne z wieloma materiałami, jak choćby metal, tworzywa sztuczne czy drewno. Obróbka tworzyw sztucznych obejmuje toczenie, frezowanie czy wiercenie, podobnie jak odbywa się to w przypadku obróbki metali. Mimo, że w przypadku tworzyw sztucznych bardziej popularne jest formowanie wtryskowe i druk 3D, to jednak można je również obrabiać maszynowo. W przypadku obróbki tworzyw sztucznych ważne jest dobranie odpowiedniego rodzaju materiału pod detal, jak i narzędzi, które sobie z nimi poradzą.  

Spis treści:

1. Jakie zalety ma obróbka tworzyw sztucznych?
2. Typowe narzędzia do obróbki tworzyw sztucznych.
3. Istotne parametry przy obróbce tworzyw sztucznych
4. Obróbka tworzyw sztucznych i sposoby jej wykorzystania
5. Zastosowanie w podziale na przykładowe rodzaje tworzyw sztucznych

Jakie zalety ma obróbka tworzyw sztucznych?

Obróbka tworzyw sztucznych CNC zapewnia wysoką powtarzalność ze względu na niezwykłą precyzję i dokładność procesu. Polimery plastyczne wykorzystuje się do wytwarzania zarówno prostych detali, jak i złożonych produktów. I mimo, że druk 3D cechuje się również niezwykłymi możliwościami w kwestii skomplikowanych projektów, to jednak obróbka CNC zapewnia nieporównywalną precyzję. Do najważniejszych atutów tej obróbki zaliczymy więc:

• szybkość procesu przy dużej wydajności,
• zachowanie wąskich tolerancji,
• tworzenie skomplikowanych kształtów,
• opłacalność w przypadku małych partii czy prototypów,
• dokładność i powtarzalność nawet przy dużych seriach.

Typowe narzędzia do obróbki tworzyw sztucznych

Nie każde narzędzie sprawdzi się przy tego typu obróbce. Przed jego wyborem warto przemyśleć rodzaj materiału i dobrać do niego idealnie pasujące ostrza, które zapewnią precyzyjne cięcie. Jakie będą najlepsze?

• nóż do cięcia prostego, to najczęściej używane narzędzie z ostrą krawędzią tnącą,
• nóż z okrągłą główką nadaje się do cięcia części okrągłych, łukowych i krzywoliniowych. Posiada gładką krawędź tnącą, która niweluje ślady i nacisk cięcia.
• zgarniak, który może obrabiać stosunkowo twarde tworzywa sztuczne, jak chociażby poliwęglan. Ma mały promień główki i duży kąt skrawania, osiągający większe głębokości,
• nóż kulisty nadaje się do obróbki części kulistych i zakrzywionych, posiada sferyczne krawędzie tnące, które umożliwiają cięcie powierzchni pod różnymi kątami,
• wiertło nadaje się do obróbki otworów i pustych części, umożliwia szybką głębokość cięcia przy jednoczesnym zmniejszeniu siły skrawania i ciepła.

Istotne parametry przy obróbce tworzyw sztucznych

W celu zapewnienia jakości i wydajności obróbki warto odpowiednio ustawić kilka najważniejszych parametrów:

Prędkość skrawania odnosi się do prędkości ruchu narzędzia podczas obróbki tworzyw sztucznych. Zbyt duża prędkość może prowadzić do zużycia narzędzia lub jego uszkodzenia. Natomiast zbyt mała może obniżyć wydajność obróbki. Ustawienie prędkości narzędzia należy dostosować do konkretnego materiału z tworzywa sztucznego, typu narzędzia, wydajności obrabiarki i innych czynników.

Prędkość posuwu odnosi się do prędkości, z jaką porusza się przedmiot obrabiany podczas obróbki. Zbyt duży posuw może powodować szorstkość powierzchni lub nadmierne wytwarzanie ciepła, gdy zbyt wolny może zmniejszyć wydajność obróbki.

Głębokość cięcia odnosi się do głębokości każdego narzędzia. Zbyt duża doprowadzi do zużycia narzędzia lub deformacji obrabianego przedmiotu, a zbyt mała obniży wydajność obróbki.

Prześwit cięcia to odległość między dwoma sąsiednimi cięciami. Zbyt duże prześwity doprowadzą do chropowatej powierzchni przedmiotu obrabianego, a zbyt małe zwiększą zużycie narzędzia.

Obróbka tworzyw sztucznych i sposoby jej wykorzystania

Zastosowanie detali z tworzyw sztucznych ma szerokie spektrum, jak chociażby produkty wykorzystywane w branży medycznej, części samochodowe, komponenty lotnicze, elektronika użytkowa i wiele innych. Obróbka tworzyw sztucznych CNC pozwala na uzyskanie wysokiego stopnia dokładności i powtarzalności, co jest niezbędne w przypadku wyrobów medycznych, które muszą spełniać rygorystyczne normy bezpieczeństwa. Jeśli chodzi o branżę motoryzacyjną, to wiele części samochodowych jest produkowanych z tworzyw sztucznych, ze względu na ich lekkość, co może prowadzić w efekcie do obniżenia zużycia paliwa podczas eksploatacji samochodów. Części wykonane z plastiku są również odporne na korozję i zużycie, dzięki czemu mogą być wykorzystane do produkcji części narażonych na działanie trudnych warunków. W lotnictwie liczy się waga elementów, z których wykonane są elementy np. samolotów. Dlatego i tu wykorzystywane są detale uzyskane podczas obróbki tworzyw sztucznych, jak choćby elementy hamulców czy przewodów paliwowych.

Zastosowanie w podziale na przykładowe rodzaje tworzyw sztucznych

Wybór materiału z jakiego powinien zostać wykonany komponent, jest pierwszym etapem projektowania części. Każde tworzywo sztuczne ma swoje unikalne właściwości i to od nich zależy dobór materiału pod konkretny projekt czy prototyp.

ABS to często stosowane, niedrogie i wszechstronne tworzywo. Oporność elektryczna i twardość powoduje, że jest idealne do malowania, sklejania a nawet spawania, co ułatwia wykończenie projektu. Dlatego jest wykorzystywane do formowania prototypów lub wykonania komponentów odpornych na uderzenia, choć nie jest zbyt odporny na chemikalia i ścieranie. Przykłady produktów: prototypy, obudowy elektroniki, sprzęt AGD, klocki Lego.

Nylon to kolejny mocny i trwały plastik, który dzięki sztywności utrzymuje kształt i wytrzymałość na odkształcenia pod obciążeniem w szerokim zakresie temperatur. Ma doskonałą izolację elektryczną oraz wyjątkową odporność chemiczną i na zużycie. Z drugiej strony pochłania wilgoć przez co się rozszerza i traci część swojej precyzji wymiarowej. Ze względu na wewnętrzne naprężenia w materiale może on odkształcać się także w przypadku znacznego stopnia asymetrycznego usuwania materiału podczas obróbki. Przykłady produktów: elementy gadżetów medycznych, elementy do montażu płytek drukowanych, izolacja elektryczna, przedziały silników pojazdów.

Akryl (pleksi) jest wytrzymały, ma dobrą udarność i odporność na zarysowania, a także łatwo się go łączy z cementem akrylowym. Jest stosowany wszędzie tam, gdzie wymagana jest optyczna przezroczystość lub półprzezroczystość i jest tańszym i mniej wytrzymałym zamiennikiem poliwęglanu. Jest dość kruchym tworzywem, które ma tendencję do pękania, szczególnie gdy ma cienkie ścianki. Obrobiony maszynowo traci swoją przezroczystość i staje się matowy i choć można go polerować to warto obrabiać jedynie te elementy, które nie wymagają przezroczystości. Przykłady produktów: zastępuje szkło.

Delrin (POM) to rodzaj półkrystalicznej, termoplastycznej żywicy o wysokiej sztywności, stabilności wymiarowej i gładkiej powierzchni o niskim tarciu. Niezawodny i długowieczny jest wykorzystywany w przemyśle komercyjnym od dziesięcioleci. Wyjątkowo odporny na uderzenia, chemię, wilgoć i zużycie. Idealny do obróbki CNC, gdyż dzięki wysokiej sztywności zachowuje precyzję wymiarową i wąskie tolerancje. Materiał bardzo trudny do sklejenia, posiada wewnętrzne naprężenia, a przez to jest narażony na wypaczenia. Dodatkowo jego przegrzanie powoduje szkodliwe odgazowanie. Przykłady produktów: elementy złączne, tuleje, łożyska, przyrządy osprzętu montażowego, części do samochodów, budynków i elektroniki.

Poliwęglan (PC) to przezroczyste tworzywo termoplastyczne o wysokiej sztywności i odporności na uderzenia w szerokim zakresie temperatur bez utraty swojej funkcjonalności. Najczęściej używany i poddawany recyklingowi polimer. Jest 250 razy bardziej odporny na uderzenia niż szkło, ma większość sprężystość niż akryl i z tego powodu zastępuje często szkło. W czystej postaci jest podatny na zarysowania i ma słabą odporność na zużycie. Przykłady produktów: dyski optyczne, szkło kuloodporne, okulary ochronne, rury świetlne, płyty CD i DVD.