Dlaczego tworzywa topia sie na frezarce CNC – trzy glowne przyczyny
Topienie tworzyw sztucznych zwykle wynika z kilku praktycznych przyczyn. Jest to przewidywalny skutek jednej lub kilku z trzech ponizszych przyczyn zrodlowych. Zidentyfikuj, ktora dotyczy Twojego ustawienia, zanim przystapisz do regulacji parametrow.
1. Zbyt wysokie obroty, zbyt niski posuw
Jest to czesta przyczyna topienia. Gdy wrzeciono obraca sie z predkoscia 24000 obr/min, a posuw jest wolny (na przyklad 1000 mm/min przy narzedziu 2-ostrzowym), obciazenie wiora wynosi tylko 0,021 mm na ostrze. Krawedz skrawajaca ociera sie o tworzywo zamiast tworzyc czysty wior, przez co cieplo tarcia pozostaje w pobliżu ciecia zamiast byc unoszone z wiorami.
Rozwiazanie: Zwieksz posuw, aby uzyskac obciazenie wiora 0,05-0,15 mm na ostrze dla akrylu, 0,08-0,20 mm dla poliweglanu. Jesli Twoja maszyna nie moze osiagnac wystarczajacego posuwu, zmniejsz obroty wrzeciona.
2. Niewlasciwa geometria narzedzia – uzycie frezow wieloostrzowych do metali
Frez 4-ostrzowy przeznaczony do aluminium ma plytkie rowki z minimalna przestrzenia do ewakuacji wiora. W tworzywie, wiary wypelniaja te plytkie rowki, zlewaja sie pod wplywem ciepla i przyspawaja do narzedzia. Narzedzie staje sie cylindrem nagrzanym tarciem obracajacym sie w stopionym tworzywie.
Rozwiazanie: Stosuj frezy jednolistne (O-flute) z ostrzem ciagnietym w gore, przeznaczone specjalnie do tworzyw sztucznych. Pojedynczy duzy rowek zapewnia maksymalna przestrzen do ewakuacji wiora i najkrotszy czas kontaktu krawedzi skrawajacej z materialem.
3. Tepienie krawedzi skrawajacych
Tepy frez wymaga wiekszej sily do ciecia tworzywa. Dodatkowa sila przeklada sie bezposrednio na cieplo. Tworzywo topi sie na krawedzi skrawajacej, zanieczyszcza rowek i przyspiesza proces tepienia w petli sprzezenia zwrotnego.
Rozwiazanie: Wymien lub naostrz frezy przy pierwszych oznakach zwiekszonego halasu skrawania, postrzepionej krawedzi lub przywierania materialu do narzedzia. W przypadku akrylu, narzedzia weglikowe wytrzymuja zazwyczaj 50-100 godzin skrawania, zanim degradacja krawedzi stanie sie znaczaca.
Wzor na obciazenie wiora: jedno rownanie, ktore zapobiega topieniu
Obciazenie wiora – grubosc materialu usuwanego przez kazda krawedz skrawajaca na jeden obrot – to najwazniejszy pojedynczy parametr w obrobce tworzyw. Zbyt niskie – narzedzie ociera. Zbyt wysokie – narzedzie peka. W optymalnym punkcie krawedz tnie czysto, a wior unosi cieplo.
Obciazenie wiora (mm/ostrze) = Posuw (mm/min) / (Obroty x Liczba ostrzy)
Przyklad: 24000 obr/min, narzedzie 2-ostrzowe, posuw 3000 mm/min daje obciazenie wiora 3000 / (24000 x 2) = 0,0625 mm/ostrze. Jest to dopuszczalne dla akrylu. Przy 1000 mm/min obciazenie wiora wynosi 1000 / (24000 x 2) = 0,021 mm/ostrze – zbyt niskie, spowoduje topienie.
Docelowe zakresy obciazenia wiora wedlug rodzaju tworzywa
| Material | Zakres obciazenia wiora |
|---|---|
| Akryl (PMMA) | 0,05-0,12 mm/ostrze |
| Poliweglan (PC) | 0,08-0,18 mm/ostrze |
| HDPE / PP | 0,10-0,25 mm/ostrze |
| ABS | 0,06-0,15 mm/ostrze |
| POM (Delrin) | 0,08-0,20 mm/ostrze |
| Nylon (PA6) | 0,08-0,18 mm/ostrze |
Zalecane parametry predkosci i posuwu wedlug materialu
Parametry poczatkowe dla frezow weglikowych jednolistnych o srednicy 6 mm. Dostosuj posuw o +/-20% w zaleznosci od sztywnosci maszyny i obserwowanego ksztaltu wiora. Wszystkie wartosci zakladaja frez jednolistny z ostrzem ciagnietym w gore, chyba ze zaznaczono inaczej.
| Material | Obroty | Posuw | Glebokosc skrawania | Obciazenie wiora | Narzedzie | Uwagi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Akryl (PMMA) – lany | 18000-24000 | 2500-4500 mm/min | 2-4 mm | 0,05-0,12 mm | Frez jednolistny ciagniety w gore, weglikowy | Akryl lany tnie sie czysciej niz wytlaczany. Zmniejsz obroty o 20% dla akrylu wytlaczanego – miecznieje w nizszej temperaturze. |
| Poliweglan (PC) | 14000-18000 | 2000-3500 mm/min | 1,5-3 mm | 0,08-0,18 mm | Frez jednolistny ciagniety w gore, polerowany rowek | PC jest twardszy i bardziej odporny na cieplo niz akryl, ale produkuje sfilcowane wiary. Polerowane rowki zmniejszaja przywieranie wiora. NIE stosuj chlodziwa – PC jest podatny na pekanie naprezeniowe pod wplywem niektorych chlodziw. |
| HDPE (polietylen wysokiej gestosci) | 12000-18000 | 3000-5000 mm/min | 3-6 mm | 0,10-0,25 mm | Frez jednolistny ciagniety w gore lub 2-ostrzowy prosty | HDPE jest wyrozumialy – miecznieje, ale jest zazwyczaj bardziej tolerancyjny niz akryl czy poliweglan. Mozliwe sa wyzsze posuwy i glebsze ciecia. Glownym wyzwaniem jest ewakuacja wiora. |
| ABS | 14000-18000 | 2000-3500 mm/min | 1,5-3 mm | 0,06-0,15 mm | Frez jednolistny ciagniety w gore | ABS topi sie w ok. 200°C. Utrzymuj obciazenie wiora powyzej 0,06 mm/ostrze. Jesli jakosc krawedzi jest slaba, sprobuj chlodzenia spreznym powietrzem skierowanym w strefe ciecia. |
| POM (Delrin / Acetal) | 12000-18000 | 2500-4000 mm/min | 2-5 mm | 0,08-0,20 mm | Frez jednolistny lub 2-ostrzowy ciagniety w gore | POM obrabia sie doskonale ostrymi narzedziami. Wiary sa kruchle i latwo sie ewakuuja. Unikaj nadmiernych obrotow – POM miecznieje w ok. 165°C. |
| Nylon (PA6) | 12000-16000 | 2000-3500 mm/min | 2-4 mm | 0,08-0,18 mm | Frez jednolistny ciagniety w gore, polerowany | Nylon jest higroskopijny – wilgoc w materiale zamienia sie w pare na krawedzi skrawajacej, powodujac chropowate powierzchnie. Jesli to mozliwe, osusz material przed obrobka. |
Strategie chlodzenia przy obrobce tworzyw
Chlodzenie tworzyw rozni sie od chlodzenia metali. Celem jest przede wszystkim ewakuacja wiora, a dopiero w drugiej kolejnosci kontrola temperatury. Chlodzenie zalewowe stwarza wiecej problemow niz rozwiazuje.
Sprezone powietrze – Dobre dla wiekszosci tworzyw
Skieruj skupiona dysze powietrza na styku narzedzia z materialem. Powietrze usuwa wiary ze strefy ciecia (wiary unosza cieplo) i zapewnia pewne chlodzenie konwekcyjne. Stosuj cisnienie powietrza 0,3-0,5 MPa. Jest to preferowana metoda dla akrylu i PC – brak ryzyka interakcji chemicznej lub szoku termicznego.
Chlodzenie mgla (MQL) – Doskonale, ale stosuj ostroznie
Bardzo drobna mgla chlodziwa rozpuszczalnego w wodzie poprawia wyglad powierzchni na niektorych tworzywach i znaczaco wydluza zywotnosc narzedzia. Jednak: (1) Niektore tworzywa (PC, ABS) moga pekac naprezeniowo pod wplywem niektorych skladow chemicznych chlodziw – przetestuj najpierw na odpadku, (2) Mgla musi byc naprawde drobna – kropelki, nie strumien, (3) Nigdy nie stosuj mgly na nylonie – pochlanialby wode i pecznial.
Chlodzenie zalewowe – NIE zalecane do tworzyw
Chlodzenie zalewowe to nadmiar w przypadku tworzyw i wprowadza problemy: szok termiczny (zimne chlodziwo na goracym tworzywie = pekanie), wchlanianie i pecznienie materialu oraz zanieczyszczenie przedmiotu obrabianego. Zarezerwuj chlodzenie zalewowe dla metali. Po parametry skrawania zoptymalizowane dla metali niezelaznych, zobacz nasz poradnik obrobki aluminium i mosiadzu. W przypadku tworzyw, jesli powietrze i mgla nie sa wystarczajace, nalezy dostosowac parametry skrawania, a nie dodawac wiecej chlodziwa.
Poradnik doboru narzedzi do tworzyw
Wlasciwa geometria narzedzia jest tak samo wazna jak odpowiednie parametry. Te cztery cechy narzedzia odrozniaja frezy do tworzyw od narzedzi ogolnego przeznaczenia.
Geometria jednolistna (O-flute)
Maksymalna przestrzen do ewakuacji wiora. Jedna krawedz skrawajaca to polowa generacji ciepla w porownaniu z frezem 2-ostrzowym przy tych samych obrotach. Duzy otwarty rowek zapobiega pakowaniu sie wiora i ponownemu skrawaniu.
Najlepsze do: Wszystkich tworzyw – jest to domyslny wybor do frezowania CNC termoplastow.
Polerowana powierzchnia rowka
Polerowany jak lustro rowek zmniejsza tarcie miedzy wiorami a narzedziem. Wiary wyslizguja sie zamiast przywierać. Niezbedne w przypadku materialow, ktore staja sie lepkie po podgrzaniu (PC, ABS, akryl).
Najlepsze do: Poliweglanu, ABS i wszelkich materialow wykazujacych przywieranie wiora do standardowych narzedzi.
Kierunek ostrza ciagniety w gore
Frezowanie z ostrzem ciagnietym w gore wyciaga wiary ku gorze z ciecia, z dala od powierzchni materialu. Zapobiega to ponownemu skrawaniu i nagrzewaniu wiora. Frezy z ostrzem ciagnietym w dol wtlaczaja wiary w ciecie i zazwyczaj sa slabym wyborem do tworzyw, chyba ze specyficzne wymagania dotyczace wygladu krawedzi uzasadniaja testy.
Najlepsze do: Wszystkich tworzyw – frez ciagniety w gore jest standardem ewakuacji wiora. Stosuj frez kompresyjny (gora/dol) tylko do materialow laminowanych lub gdy obie krawedzie (gorna i dolna) musza byc wolne od zadziorow.
Ostra krawedz skrawajaca (bez fazowania)
Narzedzia do metali czesto maja lekkie fazowanie krawedzi w celu zwiekszenia jej wytrzymalosci. W przypadku tworzyw krawedz musi byc tak ostra, jak to mozliwe – fazowana krawedz odpycha material na boki zamiast go ciac, generujac nadmierne cieplo.
Najlepsze do: Wszystkich tworzyw. Okresl “ostra krawedz” lub “do tworzyw” przy zamawianiu narzedzi na wymiar. Sprawdzaj krawedzie pod powiekszeniem – jakakolwiek widoczna zaokraglenie oznacza, ze narzedzie jest tepe.
Ktore ustawienia wrzeciona ATC najlepiej nadaja sie do frezowania tworzyw
Dla warsztatow obrabiajacych rozne materialy potrzebujacych praktycznej automatycznej zmiany narzedzi, wrzeciono ATC BT30 Seria A 3,5 kW obsluguje tworzywa, drewno i lekkie aluminium na jednej frezarce z korpusem wrzeciona 100 mm.
Dla nabywcow tworzyw wymagajacych precyzji, dla ktorych kluczowe sa jakosc krawedzi, kontrola bicia i powtarzalnosc przy szybkich przejsciach wykariczajacych, wrzeciono ATC HSK40E Seria C 3,5 kW jest wlasciwa platforma.
FAQ – frezowanie tworzyw
Dlaczego frez jednolistny dziala lepiej niz 2-ostrzowy do tworzyw?
Frez jednolistny ma jedna krawedz skrawajaca i jeden duzy kanal ewakuacji wiora. Przy 24000 obr/min krawedz skrawajaca kontaktuje sie z materialem 400 razy na sekunde. Frez 2-ostrzowy kontaktuje sie 800 razy na sekunde – polowa obciazenia wiora na ostrze, podwojne cieplo tarcia. Konstrukcja jednolistna daje kazdemu wiorem wiecej czasu na uformowanie sie i wiecej przestrzeni do ewakuacji, unoszac cieplo ze strefy ciecia. W przypadku tworzyw, ewakuacja wiora to zarzadzanie cieplem.
Co jesli moja maszyna nie moze osiagnac zalecanych posuwow?
Jesli maksymalny posuw Twojej frezarki CNC jest ograniczony (np. 2000 mm/min), proporcjonalnie zmniejsz obroty wrzeciona, aby utrzymac docelowe obciazenie wiora. Przyklad: dla akrylu z frezem jednolistnym przy obciazeniu wiora 0,08 mm, zamiast 24000 obr/min przy 1920 mm/min, uzyj 12000 obr/min przy 960 mm/min. Wydajnosc usuwania materialu jest nizsza, ale jakosc ciecia bedzie znacznie lepsza niz przy pracy 24000 obr/min z niewystarczajacym posuwem.
Jak poznac, czy topie tworzywo, czy tylko uzyskuje szorstkie ciecie?
Topienie objawia sie: (1) widoczna stopiona krawedzia lub zadziorem wzdluz gornej krawedzi ciecia, (2) tworzywem przyspawanym do krawedzi skrawajacych narzedzia (sprawdz po cieciu), (3) blyszczaca, ponownie zakrzepnieta powierzchnia wewnatrz rowka ciecia, (4) slodkawym lub ostrym zapachem (palony akryl pachnie charakterystycznie). Szorstkie, ale niestopione ciecie ma wyglad matowy lub szroniony z widocznymi sladami narzedzia – swiadczy to o drganiach lub biciu, a nie o topieniu.