CNC 라우터에서 플라스틱이 녹는 이유 – 세 가지 근본 원인
플라스틱 용융은 일반적으로 몇 가지 실질적인 원인으로 추적 가능합니다. 이는 이러한 세 가지 근본 원인 중 하나 이상의 예측 가능한 결과입니다. 파라미터를 조정하기 전에 설정에 해당하는 원인을 식별하십시오.
1. RPM이 너무 높고 이송 속도가 너무 낮습니다.
이는 용융의 일반적인 원인입니다. 스핀들이 24000 RPM로 회전하지만 이송 속도가 느린 경우(예: 2-플루트 공구로 1000 mm/분), 칩 로드는 톱니당 0.021 mm에 불과합니다. 절삭 날이 깨끗한 칩을 형성하는 대신 플라스틱에 문지르므로 마찰열이 칩과 함께 배출되지 않고 절삭 부근에 남습니다.
해결 방법: 아크릴의 경우 톱니당 0.05-0.15 mm, 폴리카보네이트의 경우 0.08-0.20 mm의 칩 로드를 달성하도록 이송 속도를 높이십시오. 기계가 충분한 이송 속도를 달성할 수 없는 경우 대신 스핀들 RPM을 낮추십시오.
2. 잘못된 커터 형상 – 다중 플루트 금속 절삭 엔드밀 사용
알루미늄용으로 설계된 4-플루트 엔드밀은 칩 배출 공간이 최소화된 얕은 플루트를 가지고 있습니다. 플라스틱에서 칩은 이러한 얕은 플루트에 채워지고 열로 인해 융합되어 커터에 용접됩니다. 공구는 녹은 플라스틱 속에서 회전하는 마찰 가열된 실린더가 됩니다.
해결 방법: 플라스틱 전용으로 설계된 단일 플루트(O-플루트) 업컷 라우터 비트를 사용하십시오. 단일 대형 플루트는 최대 칩 배출 공간과 절삭 날과 재료 사이의 최단 접촉 시간을 제공합니다.
3. 무딘 절삭 날
무딘 커터는 플라스틱을 전단하는 데 더 많은 힘이 필요합니다. 추가 힘은 직접 열로 전환됩니다. 플라스틱이 절삭 날에서 녹아 플루트를 오염시키고 피드백 루프에서 무딘 과정을 가속화합니다.
해결 방법: 절삭 소음 증가, 가장자리 품질 저하, 또는 재료가 공구에 부착되는 첫 징후가 나타나면 커터를 교체하거나 날카롭게 하십시오. 아크릴의 경우, 카바이드 공구는 일반적으로 날 열화가 심해지기 전까지 50-100시간의 절삭 시간을 견딥니다.
칩 로드 공식: 용융을 방지하는 하나의 방정식
칩 로드(회전당 각 절삭날이 제거하는 재료의 두께)는 플라스틱 가공에서 가장 중요한 단일 매개변수입니다. 너무 낮으면 공구가 마찰되고, 너무 높으면 공구가 파손됩니다. 적절한 범위에서 절삭날은 깨끗하게 절단되고 칩이 열을 제거합니다.
칩 로드 (mm/날) = 이송 속도 (mm/min) / (RPM x 날 수)
예: 24000 RPM, 2날 공구, 3000 mm/min 이송 시 칩 로드는 3000 / (24000 x 2) = 0.0625 mm/날입니다. 이는 아크릴에 적합합니다. 1000 mm/min에서는 칩 로드가 1000 / (24000 x 2) = 0.021 mm/날로 너무 낮아 용융됩니다.
플라스틱 종류별 목표 칩 로드 범위
| 재료 | 칩 로드 범위 |
|---|---|
| 아크릴 (PMMA) | 0.05-0.12 mm/날 |
| 폴리카보네이트 (PC) | 0.08-0.18 mm/날 |
| HDPE / PP | 0.10-0.25 mm/날 |
| ABS | 0.06-0.15 mm/날 |
| POM (Delrin) | 0.08-0.20 mm/날 |
| 나일론 (PA6) | 0.08-0.18 mm/날 |
재질별 권장 속도 및 이송 매개변수
6 mm 직경 단날 카바이드 공구의 시작 매개변수입니다. 기계 강성과 관찰된 칩 형성에 따라 이송 속도를 ±20% 조정하십시오. 모든 값은 별도 명시가 없는 한 단날 상향 절삭 공구를 기준으로 합니다.
| 재료 | RPM | 이송 | DOC | 칩 로드 | 공구 | 참고 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 아크릴 (PMMA) – 캐스트 | 18000-24000 | 2500-4500 mm/분 | 2-4 mm | 0.05-0.12 mm | 단일 플루트 업컷 카바이드 | 캐스트 아크릴은 압출 아크릴보다 더 깨끗하게 절단됩니다. 압출 아크릴의 경우 RPM을 20% 감소시키십시오 – 낮은 온도에서 연화됩니다. |
| 폴리카보네이트 (PC) | 14000-18000 | 2000-3500 mm/분 | 1.5-3 mm | 0.08-0.18 mm | 단일 플루트 업컷, 연마 플루트 | PC는 아크릴보다 더 강하고 내열성이 뛰어나지만 끈적한 칩이 발생합니다. 연마된 플루트는 칩 부착을 줄여줍니다. NOT 냉각수를 사용하지 마십시오 – PC는 일부 냉각수로 인한 응력 균열에 취약합니다. |
| HDPE (고밀도 폴리에틸렌) | 12000-18000 | 3000-5000 mm/분 | 3-6 mm | 0.10-0.25 mm | 단일 플루트 업컷 또는 2-플루트 스트레이트 | HDPE는 관대합니다 – 연화되지만 일반적으로 아크릴이나 폴리카보네이트보다 더 관대합니다. 더 높은 이송 속도와 더 깊은 절단이 가능합니다. 칩 배출이 주요 관심사입니다. |
| ABS | 14000-18000 | 2000-3500 mm/분 | 1.5-3 mm | 0.06-0.15 mm | 단일 플루트 업컷 | ABS는 약 200°C에서 용융됩니다. 칩 로드를 0.06 mm/날 이상 유지하십시오. 절단 품질이 좋지 않으면 절삭 영역으로 압축 공기 냉각을 사용해 보십시오. |
| POM (Delrin / Acetal) | 12000-18000 | 2500-4000 mm/min | 2-5 mm | 0.08-0.20 mm | 싱글 플루트 또는 2-플루트 업컷 | POM는 날카로운 공구로 가공 시 우수합니다. 칩이 깔끔하고 쉽게 배출됩니다. 과도한 RPM을 피하십시오 – POM는 약 165°C에서 연화됩니다. |
| 나일론 (PA6) | 12000-16000 | 2000-3500 mm/분 | 2-4 mm | 0.08-0.18 mm | 싱글 플루트 업컷, 연마됨 | 나일론은 흡습성입니다 – 재료 내의 수분이 절삭 가장자리에서 증기로 변하여 거친 표면을 유발합니다. 가능하면 가공 전에 재료를 건조시키십시오. |
플라스틱 가공을 위한 냉각 전략
플라스틱 냉각은 금속과 다릅니다. 목표는 칩 배출이 우선이고 온도 제어가 두 번째입니다. 플러드 쿨란트는 해결하는 것보다 더 많은 문제를 만듭니다.
압축 공기 분사 – 대부분의 플라스틱에 적합
집중된 공기 노즐을 공구-재료 경계면에 직접 향하게 하십시오. 공기가 절삭 영역에서 칩을 제거하고 (칩이 열을 함께 운반함) 약간의 대류 냉각을 제공합니다. 0.3-0.5 MPa 공기 압력을 사용하십시오. 이것은 아크릴 및 PC에 선호되는 방법입니다 – 화학적 상호 작용이나 열 충격의 위험이 없습니다.
미스트 윤활 (MQL) – 우수하지만 주의해서 사용하십시오
수용성 쿨란트의 매우 미세한 미스트는 일부 플라스틱의 표면 마감을 개선하고 공구 수명을 크게 연장합니다. 그러나: (1) 일부 플라스틱(PC, ABS)은 특정 쿨란트 화학 성분으로 인해 응력 균열이 발생할 수 있습니다 – 먼저 폐기물에서 테스트하십시오, (2) 미스트는 진정으로 미세해야 합니다 – 분무(spray)가 아닌 액적(droplets), (3) 나일론에는 미스트를 절대 사용하지 마십시오 – 물을 흡수하여 팽창합니다.
플러드 쿨란트 – 플라스틱에 NOT 권장
플러드 쿨란트는 플라스틱에 과도하며 문제를 야기합니다: 열 충격(뜨거운 플라스틱에 차가운 쿨란트 = 균열), 재료 흡수 및 팽창, 그리고 가공물 오염. 플러드 쿨란트는 금속용으로만 사용하십시오. 비철금속에 최적화된 절삭 매개변수는 당사의알루미늄 및 황동 가공 가이드. 플라스틱의 경우, 공기와 미스트로 충분하지 않으면 더 많은 쿨란트가 아니라 절삭 매개변수를 조정해야 합니다.
플라스틱용 공구 선택 가이드
올바른 공구 형상은 올바른 파라미터만큼 중요합니다. 이 네 가지 공구 특성은 플라스틱 절삭 공구와 범용 공구를 구분합니다.
단날(O-플루트) 형상
최대 칩 배출 공간. 하나의 절삭날은 동일한 RPM에서 2날 공구에 비해 절반의 열을 발생시킵니다. 넓은 오픈 플루트는 칩 패킹과 재절삭을 방지합니다.
최적 용도: 모든 플라스틱 – 열가소성 플라스틱의 CNC 라우팅을 위한 기본 선택입니다.
연마된 플루트 표면
미러 폴리싱된 플루트는 칩과 공구 사이의 마찰을 줄입니다. 칩이 달라붙지 않고 미끄러져 나옵니다. 가열 시 끈적거리는 재료(PC, ABS, 아크릴)에 필수적입니다.
최적 용도: 폴리카보네이트, ABS, 및 표준 공구에서 칩 접착 현상이 나타나는 모든 재료.
업컷 나선 방향
업컷 공구는 칩을 절삭부 위로 끌어올려 재료 표면에서 멀어지게 합니다. 이는 칩의 재절삭과 재가열을 방지합니다. 다운컷 공구는 칩을 절삭부 안으로 밀어넣으며, 특정 모서리 마감 요구 사항이 테스트를 정당화하지 않는 한 플라스틱에는 일반적으로 적합하지 않습니다.
최적 용도: 모든 플라스틱 – 업컷은 칩 배출의 표준입니다. 압축(업/다운) 나선형은 적층 재료나 상단과 하단 모서리 모두 칩이 없어야 하는 경우에만 사용하십시오.
날카로운 절삭날(제로 호닝)
금속용 공구는 종종 약간의 에지 호닝을 통해 강도를 높입니다. 플라스틱의 경우 절삭날은 가능한 한 날카로워야 합니다. 호닝된 날은 재료를 전단하지 않고 밀어내어 과도한 열을 발생시킵니다.
최적 용도: 모든 플라스틱. 맞춤 공구 주문 시 “날카로운 날” 또는 “플라스틱용”을 명시하십시오. 확대경으로 날을 검사하십시오. 둥글게 보이면 공구가 무딘 것입니다.
플라스틱 라우팅에 가장 적합한 ATC 스핀들 설정
실용적인 자동 공구 교환이 필요한 혼합 재료 작업장의 경우,모델 A BT30 3.5 kW ATC 스핀들은 하나의 라우터에서 플라스틱, 목재, 가벼운 알루미늄을 100 mm 스핀들 바디로 처리합니다.
가장자리 마감, 런아웃 제어, 고속 마무리 패스의 반복성을 중시하는 정밀 플라스틱 구매자의 경우,모델 C HSK40E 3.5 kW ATC 스핀들이 올바른 플랫폼입니다.
플라스틱 가공 FAQ
단일 플루트가 플라스틱에 2-플루트보다 더 나은 이유는 무엇인가요?
단일 플루트 공구는 하나의 절삭날과 하나의 큰 칩 배출 채널을 가지고 있습니다. 24000 RPM에서 절삭날은 재료에 초당 400회 접촉합니다. 2-플루트 공구는 초당 800회 접촉합니다 – 칩 당 부하가 절반, 마찰열이 두 배입니다. 단일 플루트 설계는 각 칩이 형성될 시간을 더 주고 배출 공간을 더 확보하여 절삭 영역에서 열을 제거합니다. 플라스틱의 경우 칩 배출이 열 관리입니다.
기계가 권장 이송 속도를 달성할 수 없다면 어떻게 해야 하나요?
CNC 라우터의 최대 이송 속도가 제한된 경우(예: 2000 mm/분), 목표 칩 부하를 유지하기 위해 스핀들 RPM을 비례적으로 줄이십시오. 예: 단일 플루트 공구를 사용한 아크릴 가공에서 0.08 mm 칩 부하일 때, 1920 mm/분에서 24000 RPM 대신 960 mm/분에서 12000 RPM을 사용하십시오. 재료 제거율은 낮지만 절삭 품질은 불충분한 이송 속도로 24000 RPM을 실행하는 것보다 훨씬 좋습니다.
플라스틱이 녹는 것과 단지 거친 절삭인지 어떻게 알 수 있나요?
용융은 다음과 같은 현상을 발생시킵니다: (1) 절단 상단 가장자리를 따라 눈에 띄는 용융된 융기 또는 버(burr), (2) 공구의 절삭날에 녹아 붙은 플라스틱(절단 후 확인), (3) 절단 홈 내부의 광택이 나고 재고화된 표면, (4) 달콤하거나 자극적인 냄새(아크릴 연소는 독특한 냄새). 거칠지만 녹지 않은 절단은 서리 낀 또는 무광택 외관에 눈에 띄는 공구 자국이 있습니다 – 이는 용융이 아니라 진동 또는 런아웃(runout)을 나타냅니다.