Защо пластмасите се топят на CNC роутер – трите основни причини
Топенето на пластмасата обикновено се дължи на няколко практически причини. То е предвидим резултат от една или повече от тези три основни причини. Идентифицирайте коя от тях важи за вашата настройка, преди да коригирате параметрите.
1. RPM твърде високи, скоростта на подаване твърде ниска
Това е честа причина за топене. Когато шпинделът се върти с 24000 RPM, но скоростта на подаване е ниска (например, 1000 mm/min с 2-крилен инструмент), товарът на стружката е едва 0.021 mm на зъб. Режещият ръб се трие в пластмасата вместо да образува чиста стружка, така че триещата топлина остава близо до реза вместо да се отведе със стружката.
Fix: Увеличете скоростта на подаване, за да постигнете товар на стружката от 0.05-0.15 mm на зъб за акрил, 0.08-0.20 mm за поликарбонат. Ако вашата машина не може да достигне достатъчна скорост на подаване, намалете RPM на шпиндела вместо това.
2. Грешна геометрия на режещия инструмент – използване на многокрилни фрези за рязане на метал
4-крилна фреза, проектирана за алуминий, има плитки канали с минимално пространство за отвеждане на стружката. При пластмасата стружките се натрупват в тези плитки канали, спояват се от топлината и се заваряват върху режещия инструмент. Инструментът се превръща в цилиндър, нагрят от триене, въртящ се в разтопена пластмаса.
Fix: Използвайте еднокрилни (O-flute) фрези с нагорно рязане, проектирани специално за пластмаси. Единственото голямо перо осигурява максимално пространство за отвеждане на стружката и най-кратко време на контакт между режещия ръб и материала.
3. Тъпи режещи ръбове
Тъпата фреза изисква повече сила, за да среже пластмасата. Допълнителната сила се превръща директно в топлина. Пластмасата се топи на режещия ръб, замърсява перото и ускорява процеса на затъпяване в цикъл на обратна връзка.
Fix: Сменяйте или заточвайте фрезите при първи признаци на повишен шум при рязане, неясно качество на ръба или залепване на материал по инструмента. При акрил твърдосплавните инструменти обикновено издържат 50-100 часа време на рязане, преди влошаването на ръба да стане значимо.
Формулата за товар на стружката: единственото уравнение, което предотвратява топенето
Подачата на зъб – дебелината на материала, отстранен от всяко режещо острие за един оборот – е най-важният параметър при машинната обработка на пластмаси. Твърде ниска, и инструментът се трие. Твърде висока, и инструментът се счупва. В оптималния диапазон острието реже чисто, а стружката отвежда топлината.
Подача на зъб (mm/зъб) = Скорост на подаване (mm/min) / (RPM x Брой на зъбите)
Пример: 24000 RPM, 2-зъбен инструмент, 3000 mm/min подаване дава подача на зъб от 3000 / (24000 x 2) = 0.0625 mm/зъб. Това е приемливо за акрил. При 1000 mm/min подачата на зъб е 1000 / (24000 x 2) = 0.021 mm/зъб – твърде ниска, ще се стопи.
Целеви диапазони на подачата на зъб по тип пластмаса
| Материал | Диапазон на подачата на зъб |
|---|---|
| Акрил (PMMA) | 0.05-0.12 mm/зъб |
| Поликарбонат (PC) | 0.08-0.18 mm/зъб |
| HDPE / PP | 0.10-0.25 mm/зъб |
| ABS | 0.06-0.15 mm/зъб |
| POM (Delrin) | 0.08-0.20 mm/зъб |
| Найлон (PA6) | 0.08-0.18 mm/зъб |
Препоръчани параметри на скорост и подаване по материал
Изходни параметри за 6 mm диаметър еднозъбни твърдосплавни инструменти. Коригирайте скоростта на подаване с +/-20% въз основа на коравината на машината и наблюдаваното стружкообразуване. Всички стойности предполагат еднозъбен инструмент с нагорно рязане, освен ако не е посочено друго.
| Материал | RPM | Подаване | DOC | Подача на зъб | Инструмент | Забележки |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Акрил (PMMA) – лят | 18000-24000 | 2500-4500 mm/min | 2-4 mm | 0.05-0.12 mm | Еднокрилна твърдосплавна фреза с нагорно рязане | Лятият акрил реже по-чисто от екструдирания. Намалете RPM 20% за екструдиран акрил – той омеква при по-ниска температура. |
| Поликарбонат (PC) | 14000-18000 | 2000-3500 mm/min | 1.5-3 mm | 0.08-0.18 mm | Еднокрилна фреза с нагорно рязане, полирана | PC е по-твърд и по-устойчив на топлина от акрила, но образува жилави стружки. Полираните крила намаляват прилепването на стружките. Не използвайте охлаждаща течност – PC е податлив на напукване вследствие на напрежение от някои охладители. |
| HDPE (полиетилен с висока плътност) | 12000-18000 | 3000-5000 mm/min | 3-6 mm | 0.10-0.25 mm | Еднокрилна фреза с нагорно рязане или 2-крилна права фреза | HDPE е прощаващ – омеква, но обикновено е по-прощаващ от акрила или поликарбоната. Възможни са по-високи подаващи скорости и по-дълбоки рязания. Отвеждането на стружките е основният проблем. |
| ABS | 14000-18000 | 2000-3500 mm/min | 1.5-3 mm | 0.06-0.15 mm | Еднокрилна фреза с нагорно рязане | ABS се топи при ~200 C. Поддържайте товара на стружката над 0.06 mm/зъб. Ако качеството на ръба е лошо, опитайте охлаждане с компресиран въздух, насочено към зоната на рязане. |
| POM (Delrin / Acetal) | 12000-18000 | 2500-4000 mm/min | 2-5 mm | 0.08-0.20 mm | Еднокрилен или 2-крилен с нагорно рязане | POM се обработва прекрасно с остри инструменти. Стружките са чисти и се евакуират лесно. Избягвайте прекомерни RPM – POM омеква при ~165 C. |
| Найлон (PA6) | 12000-16000 | 2000-3500 mm/min | 2-4 mm | 0.08-0.18 mm | Еднокрилен с нагорно рязане, полиран | Найлонът е хигроскопичен – влагата в материала се превръща в пара при режещия ръб, което причинява грапави повърхности. Изсушете материала преди обработка, ако е възможно. |
Стратегии за охлаждане при машинна обработка на пластмаси
Охлаждането на пластмаси се различава от това на металите. Целта е първо евакуиране на стружките, второ – контрол на температурата. Обилното охлаждане създава повече проблеми, отколкото решава.
Въздушна струя – Подходящо за повечето пластмаси
Насочете фокусирано въздушно съпло към границата инструмент-материал. Въздухът отстранява стружките от зоната на рязане (стружките отнасят топлината със себе си) и осигурява известно конвективно охлаждане. Използвайте въздушно налягане 0.3-0.5 MPa. Това е предпочитаният метод за акрил и PC – няма риск от химично взаимодействие или термичен шок.
Смазване чрез мъгла (MQL) – Отлично, но използвайте с повишено внимание
Много фина мъгла от водоразтворим охладител подобрява качеството на повърхността при някои пластмаси и драматично удължава живота на инструмента. Въпреки това: (1) Някои пластмаси (PC, ABS) могат да получат напукване от напрежение от определени химически състави на охладителя – тествайте първо върху отпадък, (2) Мъглата трябва да бъде наистина фина – капчици, а не пръскане, (3) Никога не използвайте мъгла върху найлон – той абсорбира вода и се разширява.
Обилно охлаждане – Не се препоръчва за пластмаси
Обилното охлаждане е прекалено за пластмаси и създава проблеми: термичен шок (студен охладител върху гореща пластмаса = напукване), абсорбция на материала и подуване, и замърсяване на детайла. Запазете обилното охлаждане за метали. За параметри на рязане, оптимизирани за цветни метали, вижте нашето ръководство за алуминий и месинг. При пластмасите, ако въздухът и мъглата не са достатъчни, коригирайте параметрите на рязане, а не добавяйте повече охлаждаща течност.
Ръководство за избор на инструмент за пластмаси
Правилната геометрия на инструмента е толкова важна, колкото и правилните параметри. Тези четири характеристики на инструмента отличават инструментите за рязане на пластмаси от инструментите за общо предназначение.
Едноканална (O-flute) геометрия
Максимално пространство за отвеждане на стружките. Един режещ ръб генерира половината от топлината на 2-канална фреза при същото RPM. Големият отворен канал предотвратява натрупването на стружки и повторното им рязане.
Най-подходящ за: Всички пластмаси — това е подразбиращият се избор при CNC обработка на термопласти.
Полирана повърхност на канала
Огледално полиран канал намалява триенето между стружката и инструмента. Стружките се изплъзват, вместо да залепват. Съществено за материали, които стават лепкави при нагряване (PC, ABS, акрил).
Подходящо за: Поликарбонат, ABS, и всеки материал, показващ залепване на стружки при стандартни инструменти.
Посока на спиралата с изхвърляне нагоре
Инструментите с изхвърляне нагоре изтеглят стружките нагоре извън реза, далеч от повърхността на материала. Това предотвратява повторното рязане и нагряване на стружките. Инструментите с изхвърляне надолу натискат стружките в реза и обикновено са неподходящ избор за пластмаси, освен ако специфично изискване за довършване на ръба не оправдава тест.
Най-подходящ за: Всички пластмаси — фрезата с право нарязване (upcut) е стандарт за отвеждане на стружките. Използвайте компресионна (up/down) спирала само за ламинирани материали или когато и двата ръба трябва да са без стружки.
Остър режещ ръб (без хонинговане)
Инструментите за метал често имат леко заобляне на ръба (хонинговане), за да се увеличи якостта му. При пластмасите ръбът трябва да е възможно най-остър – хонингованият ръб избутва материала встрани, вместо да го срязва, генерирайки излишна топлина.
Подходящо за: Всички пластмаси. Посочете „остър ръб“ или „за пластмаси“, когато поръчвате специализирани инструменти. Прегледайте ръбовете под увеличение — всяко видимо заобляне означава, че инструментът е затъпен.
Кои ATC конфигурации на шпиндела са най-подходящи за фрезоване на пластмаси?
За работилници със смесени материали, които се нуждаят от практична автоматична смяна на инструмента, Model A BT30 3.5 kW ATC Шпиндел покрива пластмаси, дърво и лек алуминий на една CNC фреза с 100 mm корпус на шпиндела.
За купувачи на прецизни пластмаси, които поставят приоритет на качеството на ръба, контрола на биенето и повторяемостта при финиращи проходи с висока скорост, Model C HSK40E 3.5 kW ATC шпиндел е правилната платформа.
Обработка на пластмаси FAQ
Защо еднокрилата фреза работи по-добре от 2-крилата за пластмаси?
Еднокрилият инструмент има един режещ ръб и един голям канал за отвеждане на стружките. При 24000 RPM режещият ръб допира до материала 400 пъти в секунда. 2-крилият инструмент се допира 800 пъти в секунда – наполовина товар на стружка на зъб, двойно топлина от триене. Еднокрилата конструкция дава на всяка стружка повече време да се оформи и повече пространство за евакуация, отнасяйки топлината далеч от зоната на рязане. При пластмасите отвеждането на стружките е управление на топлината.
Какво да правя, ако машината ми не може да достигне препоръчителните скорости на подаване?
Ако максималната скорост на подаване на вашата CNC фрезовъчна машина е ограничена (напр. 2000 mm/мин), намалете RPM на шпиндела пропорционално, за да поддържате целевия товар на стружка. Пример: за акрил с еднокрил инструмент при товар на стружка 0.08 mm, вместо 24000 RPM при 1920 mm/мин, използвайте 12000 RPM при 960 mm/мин. Скоростта на отнемане на материал е по-ниска, но качеството на рязане ще бъде много по-добро, отколкото при работа с 24000 RPM при недостатъчна скорост на подаване.
Как да разбера дали топя пластмасата, или само получавам грубо рязане?
Разтапянето създава: (1) видим разтопен ръб или заусенец по горния ръб на разреза, (2) пластмаса, споена с режещите ръбове на инструмента (проверете след рязане), (3) лъскава, повторно втвърдена повърхност вътре в канала на рязане, и (4) сладникава или остра миризма (горящият акрил мирише характерно). Груб, но неразтопен разрез има матов или фростен вид с видими следи от инструмента — това показва вибрация или биене на инструмента, а не разтапяне.