Proč u plastů funguje jednozubá fréza lépe než dvouzubá?

Jednozubý nástroj má jednu řeznou hranu a jeden velký kanál pro odvod třísek. Při 24000 ot/min se řezná hrana dotýká materiálu 400× za sekundu. Dvouzubý nástroj se dotýká 800× za sekundu — poloviční zatížení třísky na zub a dvojnásobné třecí teplo. Jednozubý design dává každé třísce více času na vytvoření a více prostoru pro odvod, čímž odvádí teplo z místa řezu. U plastů je odvod třísek řízením tepla.

Co když můj stroj nedosáhne doporučených posuvů?

Pokud je maximální posuv vaší CNC frézky omezený (např. 2000 mm/min), úměrně snižte otáčky vřetena, abyste zachovali cílové zatížení třísky. Příklad: pro akrylát s jednozubým nástrojem a zatížením třísky 0,08 mm místo 24000 ot/min / 1920 mm/min použijte 12000 ot/min / 960 mm/min. Úběr materiálu bude nižší, ale kvalita řezu bude výrazně lepší než při 24000 ot/min s nedostatečným posuvem.

Jak poznám, že plast taje, a ne jen že je řez hrubý?

Tavení se projevuje: (1) viditelným roztaveným výstupkem nebo otřepem podél horní hrany řezu, (2) plastem přilepeným k řezným hranám nástroje (zkontrolujte po řezání), (3) lesklým, znovu ztuhlým povrchem uvnitř drážky a (4) nasládlým nebo štiplavým zápachem (hořící akrylát má charakteristický zápach). Hrubý, ale neroztavený řez má matný nebo mléčný vzhled s viditelnými stopami nástroje — to ukazuje na vibrace nebo házení, ne na tavení.

Frézování plastů vřetenem ATC: otáčky, posuv a zabránění tavení

Proč se plasty na CNC frézce roztavují — tři hlavní příčiny

Tavení plastů je obvykle sledovatelné na několik praktických příčin. Je to předvídatelný výsledek jedné nebo více z těchto tří příčin. Identifikujte, která se vztahuje na vaše nastavení, před úpravou parametrů.

1. Příliš vysoké otáčky, příliš nízký posuv

Toto je běžná příčina tavení. Když se vřeteno otáčí při 24 000 ot/min, ale rychlost posuvu je pomalá (například 1 000 mm/min s dvouzubým nástrojem), zátěž třísek je pouze 0,021 mm na zub. Řezná hrana se otírá o plast místo toho, aby tvořila čistou třísku, takže třecí teplo zůstává poblíž řezu místo toho, aby odcházelo s třískou.

Řešení: Zvyšte rychlost posuvu k dosažení zátěže třísek 0,05-0,15 mm na zub pro plexisklo, 0,08-0,20 mm pro polykarbonát. Pokud váš stroj nedokáže dosáhnout dostatečné rychlosti posuvu, snižte otáčky vřetena.

2. Špatná geometrie nástroje — použití vícezubých frézovacích nástrojů pro kovy

Čtyřzubá frézovací nástroj navržená pro hliník má mělké drážky s minimálním prostorem pro odsun třísek. V plastu se třísky nacpou do těchto mělkých drážek, slepí se teplem a taví se na nástroji. Nástroj se stává třecím válcem rotujícím v roztaveném plastu.

Řešení: Používejte jednozubé (O-zub) horní frézovací nástroje navržené speciálně pro plasty. Jedna velká drážka poskytuje maximální prostor pro odsun třísek a nejkratší dobu kontaktu mezi řeznou hranou a materiálem.

3. Tupé řezné hrany

Tupý nástroj vyžaduje větší sílu k přeříznutí plastu. Nadměrná síla se přímo převádí na teplo. Plast se taví na řezné hraně, kontaminuje drážku a urychluje proces otupování v zpětné smyčce.

Řešení: Vyměňte nebo nabruste nástroje při prvním náznaku zvýšeného řezného hlumu, nekvalitních hran nebo přilnavosti materiálu k nástroji. U plexiskla karbidové nástroje obvykle vydrží 50-100 hodin řezání, než je degradace hran významná.

Vzorec zátěže třísek: rovnice, která zamezuje tavení

Zátěž třísek — tloušťka materiálu odebraného každou řeznou hranou za otáčení — je jediný nejdůležitější parametr při obrábění plastů. Příliš nízká, a nástroj se otírá. Příliš vysoká, a nástroj se láme. V optimálním rozsahu hrana čistě řeže a tříska odvádí teplo pryč.

Zátěž třísek (mm/zub) = Rychlost posuvu (mm/min) / (ot/min × počet drážek)

Příklad: 24 000 ot/min, dvouzubý nástroj, posuv 3 000 mm/min dává zátěž třísek 3 000 / (24 000 × 2) = 0,0625 mm/zub. To je přijatelné pro plexisklo. Při 1 000 mm/min je zátěž třísek 1 000 / (24 000 × 2) = 0,021 mm/zub — příliš nízká, roztaví se.

Cílové rozsahy zátěže třísek podle typu plastu

Materiál	Rozsah zátěže třísek
Plexisklo (PMMA)	0,05-0,12 mm/zub
Polykarbonát (PC)	0,08-0,18 mm/zub
HDPE / PP	0,10-0,25 mm/zub
ABS	0,06-0,15 mm/zub
POM (Delrin)	0,08-0,20 mm/zub
Nylon (PA6)	0,08-0,18 mm/zub

Doporučené parametry otáček a posuvu podle materiálu

Výchozí parametry pro karbidové nástroje o průměru 6 mm s jedním zubem. Upravte rychlost posuvu o +/-20 % na základě tuhosti vašeho stroje a pozorované tvorby třísek. Všechny hodnoty předpokládají jednozubý horní nástroj, pokud není uvedeno jinak.

Materiál	Otáčky	Posuv	Hloubka řezu	Zátěž třísek	Nástroj	Poznámky
Plexisklo (PMMA) — litý	18 000-24 000	2 500-4 500 mm/min	2-4 mm	0,05-0,12 mm	Jednozubý horní karbid	Litý plexisklo se řeže čistěji než extrudovaný. Snižte otáčky o 20 % pro extrudované plexisklo — měkne při nižší teplotě.
Polykarbonát (PC)	14 000-18 000	2 000-3 500 mm/min	1,5-3 mm	0,08-0,18 mm	Jednozubý horní, leštěná drážka	PC je pevnější a tepelně odolnější než plexisklo, ale produkuje nitkovité třísky. Leštěné drážky snižují přilnavost třísek. NEPOUŽÍVEJTE chladivo — PC je náchylné na napěťové praskání z některých chladiv.
HDPE (vysoce hustý polyethylen)	12 000-18 000	3 000-5 000 mm/min	3-6 mm	0,10-0,25 mm	Jednozubý horní nebo 2zubý rovný	HDPE je tolerantní — měkne, ale obvykle více než plexisklo nebo polykarbonát. Jsou možné vyšší rychlosti posuvu a hlubší řezy. Odsun třísek je hlavní starost.
ABS	14 000-18 000	2 000-3 500 mm/min	1,5-3 mm	0,06-0,15 mm	Jednozubý horní	ABS se taví při ~200 °C. Udržujte zátěž třísek nad 0,06 mm/zub. Pokud je kvalita hran špatná, vyzkoušejte chlazení stlačeným vzduchem směřované do řezné zóny.
POM (Delrin / Acetal)	12 000-18 000	2 500-4 000 mm/min	2-5 mm	0,08-0,20 mm	Jednozubý nebo 2zubý horní	POM se krásně obrábí ostrými nástroji. Třísky jsou křehké a snadno se odvádějí. Vyhněte se nadměrným otáčkám — POM měkne při ~165 °C.
Nylon (PA6)	12 000-16 000	2 000-3 500 mm/min	2-4 mm	0,08-0,18 mm	Jednozubý horní, leštěný	Nylon je hygroskopický — vlhkost v materiálu se mění na páru na řezné hraně, což způsobuje drsné povrchy. Pokud je to možné, materiál před obráběním vysušte.

Strategie chlazení při obrábění plastů

Chlazení pro plasty je odlišné od kovů. Cílem je nejprve odsun třísek, pak řízení teploty. Proudové chlazení vytváří více problémů, než řeší.

Proud stlačeného vzduchu — Dobrý pro většinu plastů

Směrujte zaostřenou trysku vzduchu na rozhraní nástroj-materiál. Vzduch odstraňuje třísky z řezné zóny (třísky odvádějí teplo pryč) a poskytuje částečné konvekční chlazení. Použijte tlak vzduchu 0,3-0,5 MPa. Toto je preferovaná metoda pro plexisklo a PC — žádné riziko chemické interakce nebo tepelného šoku.

Mlžení maziva (MQL) — Vynikající, ale používejte opatrně

Velmi jemná mlha rozpustného chladiva zlepšuje kvalitu povrchu některých plastů a výrazně prodlužuje životnost nástroje. Ale: (1) Některé plasty (PC, ABS) mohou prasknout z napětí z některých chemických složek chladiv — nejprve otestujte na odpadu, (2) Mlha musí být skutečně jemná — kapky, ne rozprašovač, (3) Nikdy nepoužívejte mlhu na nylonu — absorbuje vodu a bobtná.

Proudové chlazení — NEDOPORUČUJE SE pro plasty

Proudové chlazení je pro plasty přehnané a zavádí problémy: tepelný šok (studené chladivo na horký plast = praskání), absorpce a bobtnání materiálu a kontaminace obrobku. Ponechte proudové chlazení pro kovy. Pro řezné parametry optimalizované pro neželezné kovy viz náš průvodce obráběním hliníku a mosazi. Pro plasty, pokud vzduch a mlha nestačí, je potřeba upravit řezné parametry, ne přidat více chladiva.

Průvodce výběrem nástrojů pro plasty

Správná geometrie nástroje je stejně důležitá jako správné parametry. Tyto čtyři charakteristiky nástrojů oddělují nástroje pro řezání plastů od univerzálních nástrojů.

Geometrie jednozubého (O-zubého) nástroje

Maximální prostor pro odsun třísek. Jedna řezná hrana se rovná polovině generace tepla oproti dvouzubému při stejných otáčkách. Velká otevřená drážka brání nacpání třísek a opětovnému řezání.

Nejvhodnější pro: Všechny plasty — toto je výchozí volba pro CNC frézování termoplastů.

Leštěný povrch drážky

Zrcadlově leštěná drážka snižuje tření mezi třískou a nástrojem. Třísky kloužou ven místo toho, aby se lepily. Nezbytné pro materiály, které se při zahřátí stávají lepivými (PC, ABS, plexisklo).

Nejvhodnější pro: Polykarbonát, ABS a jakýkoli materiál vykazující přilnavost třísek na standardních nástrojích.

Směr spirály nahoru

Horní nástroje táhnou třísky nahoru z řezu, pryč od povrchu materiálu. To brání opětovnému řezání a opětovnému zahřívání třísek. Dolní nástroje tlačí třísky do řezu a jsou obvykle špatnou volbou pro plasty, pokud specifický požadavek na kvalitu hrany neodůvodňuje testování.

Nejvhodnější pro: Všechny plasty — horní spirála je standard pro odsun třísek. Použijte kompresní (nahoru/dolů) spirálu pouze pro laminované materiály nebo když musí být horní i spodní hrany bez třísek.

Ostrá řezná hrana (nulové broušení)

Nástroje pro kovy často mají mírné broušení hrany ke zvýšení pevnosti hrany. Pro plasty musí být hrana co nejostrší — broušená hrana odstrkuje materiál místo toho, aby jej přeřezávala, generujíc nadměrné teplo.

Nejvhodnější pro: Všechny plasty. Specifikujte „ostrá hrana” nebo „pro plasty” při objednávce zakázkových nástrojů. Kontrolujte hrany pod zvětšením — jakékoli viditelné zaoblení znamená, že nástroj je tupý.

Která nastavení vřeten ATC se nejlépe hodí pro frézování plastů

Pro dílny s mixem materiálů potřebující praktickou automatickou výměnu nástrojů pokrývá Model A BT30 3,5 kW vřeteno ATC plasty, dřevo a lehký hliník na jedné frézce s 100 mm tělesem vřetena.

Pro přesné kupující plastů, kteří upřednostňují kvalitu hran, řízení házení a opakovatelnost na vysoce otáčkových dokončovacích průchodech, je Model C HSK40E 3,5 kW vřeteno ATC správnou platformou.

Často kladené dotazy o obrábění plastů

Proč jednozubé funguje lépe než dvouzubé pro plasty?

Jednozubý nástroj má jednu řeznou hranu a jeden velký kanál pro odsun třísek. Při 24 000 ot/min přichází řezná hrana do kontaktu s materiálem 400krát za sekundu. Dvouzubý nástroj přichází do kontaktu 800krát za sekundu — polovina zátěže třísek na zub, dvojnásobek třecího tepla. Konstrukce jednozubého nástroje dává každé třísce více času na vytvoření a více prostoru na odsun, odvádějíc teplo z řezné zóny. Pro plasty je odsun třísek řízením tepla.

Co když můj stroj nedokáže dosáhnout doporučených rychlostí posuvu?

Pokud je maximální rychlost posuvu vaší CNC frézky omezena (např. 2 000 mm/min), úměrně snižte otáčky vřetena k udržení cílové zátěže třísek. Příklad: pro plexisklo s jednozubým nástrojem při zátěži třísek 0,08 mm, místo 24 000 ot/min při 1 920 mm/min použijte 12 000 ot/min při 960 mm/min. Míra odstranění materiálu je nižší, ale kvalita řezu bude mnohem lepší než provoz při 24 000 ot/min s nedostatečnou rychlostí posuvu.

Jak poznám, zda tavím plast, nebo jen dostávám drsný řez?

Tavení produkuje: (1) viditelný roztavený hřeben nebo otřep na horní hraně řezu, (2) plast přilepený na řezných hranách nástroje (zkontrolujte po řezání), (3) lesklý, znovu ztuhlý povrch uvnitř řezné drážky a (4) sladký nebo štiplavý zápach (hořící plexisklo má specifický zápach). Drsný, ale netavený řez má matný nebo mléčný vzhled s viditelnými stopami nástroje — to ukazuje na vibrace nebo házení, ne na tavení.

Frézování plastů na CNC: otáčky a posuvy