Почему пластмассы плавятся на фрезерном станке с ЧПУ – три главные причины
Плавление пластика обычно можно свести к нескольким практическим причинам. Это предсказуемый результат одной или нескольких из этих трех основных причин. Определите, какая из них относится к вашей установке, прежде чем корректировать параметры.
1. об/мин слишком высоко, скорость подачи слишком низкая
Это распространенная причина плавления. Когда шпиндель вращается со скоростью 24 000 об/мин, но подача медленная (например, 1 000 мм/мин с 2-заходным инструментом), подача на зуб составляет всего 0,021 мм на зуб. Режущая кромка трется о пластик вместо того, чтобы формировать чистую стружку, поэтому тепло трения остается вблизи реза вместо того, чтобы уноситься со стружкой.
Как исправить: Увеличьте скорость подачи, чтобы обеспечить подачу на зуб 0,05-0.15 мм на зуб для акрила, 0,08-0.20 мм для поликарбоната. Если ваш станок не может обеспечить достаточную подачу, снизьте частота вращения шпинделя.
2. Неверная геометрия фрезы – использование многозаходных концевых фрез для резки металла
4-заходная концевая фреза, предназначенная для алюминия, имеет мелкие канавки с минимальным пространством для удаления стружки. В пластике стружка забивается в эти мелкие канавки, сплавляется от тепла и приваривается к резцу. Инструмент становится цилиндром, нагретым трением, вращающимся в расплавленном пластике.
Как исправить: Используйте однозаходные (O-образные) фрезы с верхним резом, специально разработанные для пластиков. Единственная большая канавка обеспечивает максимальное пространство для отвода стружки и наименьшее время контакта между режущей кромкой и материалом.
3. Тупые режущие кромки
Тупой резец требует большего усилия для срезания пластика. Дополнительное усилие напрямую преобразуется в тепло. Пластик плавится у режущей кромки, загрязняет канавку и ускоряет процесс затупления в замкнутом цикле.
Как исправить: Заменяйте или затачивайте фрезы при первых признаках повышенного шума резания, нечеткого качества кромки или налипания материала на инструмент. Для акрила твердосплавные инструменты обычно служат 50-100 часов резания до заметного ухудшения кромки.
Формула подачи на зуб: единственное уравнение, предотвращающее плавление
Подача на зуб — толщина материала, удаляемого каждой режущей кромкой за один оборот — является самым важным параметром при обработке пластиков. Слишком малая, и инструмент трёт. Слишком большая, и инструмент ломается. В оптимальном диапазоне кромка режет чисто, а стружка уносит тепло.
Подача на зуб (мм/зуб) = Скорость подачи (мм/мин) / (частота вращения x Число зубьев)
Пример: 24 000 об/мин, инструмент с 2 зубьями, подача 3 000 мм/мин даёт подачу на зуб 3000 / (24000 x 2) = 0,0625 мм/зуб. Это приемлемо для акрила. При 1 000 мм/мин подача на зуб составляет 1000 / (24000 x 2) = 0,021 мм/зуб – слишком мало, будет плавиться.
Целевые диапазоны подачи на зуб по типам пластика
| Материал | Диапазон подачи на зуб |
|---|---|
| Акрил (PMMA) | 0,05-0.12 мм/зуб |
| Поликарбонат (PC) | 0.08-0.18 мм/зуб |
| HDPE / PP | 0.10-0.25 мм/зуб |
| ABS | 0,06-0.15 мм/зуб |
| POM (Delrin) | 0,08-0.20 мм/зуб |
| Нейлон (PA6) | 0.08-0.18 мм/зуб |
Рекомендуемые параметры скорости и подачи по материалам
Начальные параметры приведены для однозаходных твердосплавных фрез диаметром 6 мм. Корректируйте подачу на +/-20% с учетом жесткости станка и наблюдаемого образования стружки. Если не указано иное, все значения рассчитаны для однозаходной фрезы с верхним выбросом стружки.
| Материал | частота вращения | Подача | DOC | Нагрузка на зуб | Инструмент | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Акрил (PMMA) – литой | 18 000-24000 | 2 500-4 500 мм/min | 2-4 мм | 0,05-0,12 мм | Однозаходная твердосплавная фреза с верхним выбросом стружки | Литой акрил режется чище, чем экструдированный. Снизьте частота вращения на 20% для экструдированного акрила – он размягчается при более низкой температуре. |
| Поликарбонат (PC) | 14 000-18000 | 2 000-3 500 мм/min | 1,5-3 мм | 0,08-0,18 мм | Однозаходная фреза с верхним выбросом стружки, полированное перо | ПК прочнее и более термостоек, чем акрил, но образует волокнистую стружку. Полированные перья снижают налипание стружки. НЕ используйте СОЖ – ПК подвержен растрескиванию под напряжением от некоторых СОЖ. |
| HDPE (полиэтилен высокой плотности) | 12 000-18000 | 3 000-5 000 мм/min | 3-6 мм | 0,10-0,25 мм | Однозаходная фреза с верхним выбросом стружки или 2-заходная прямая фреза | HDPE менее требователен – он размягчается, но обычно более податлив, чем акрил или поликарбонат. Возможны более высокие подачи и большие глубины резания. Основная задача – удаление стружки. |
| ABS | 14 000-18000 | 2 000-3 500 мм/min | 1,5-3 мм | 0,06-0,15 мм | Однозаходная фреза с верхним выбросом стружки | ABS плавится при ~200 °C. Поддерживайте нагрузку на зуб выше 0,06 мм/зуб. Если качество кромки плохое, попробуйте охлаждение сжатым воздухом, направленным в зону резания. |
| POM (Делрин / ацеталь) | 12 000-18000 | 2 500-4 000 мм/min | 2-5 мм | 0,08-0,20 мм | Однозаходная или 2-заходная фреза с восходящей спиралью | POM прекрасно обрабатывается острым инструментом. Стружка хрупкая и легко удаляется. Избегайте чрезмерных частота вращения – POM размягчается при ~165 C. |
| Нейлон (PA6) | 12 000-16000 | 2 000-3 500 мм/min | 2-4 мм | 0,08-0,18 мм | Однозаходная фреза с восходящей спиралью, полированная | Нейлон гигроскопичен – влага в материале превращается в пар на режущей кромке, вызывая шероховатость поверхности. Высушивайте материал перед обработкой, если возможно. |
Стратегии охлаждения при обработке пластиков
Охлаждение пластиков отличается от металлов. Главная цель — удаление стружки в первую очередь, контроль температуры — во вторую. Подача СОЖ поливом создает больше проблем, чем решает.
Струя сжатого воздуха – Подходит для большинства пластиков
Направьте сфокусированное воздушное сопло на зону контакта инструмента с материалом. Воздух удаляет стружку из зоны резания (стружка уносит с собой тепло) и обеспечивает некоторое конвективное охлаждение. Используйте давление воздуха 0,3-0,5 МПа. Это предпочтительный метод для акрила и PC – нет риска химического взаимодействия или термического удара.
Туманная смазка (MQL) – Отлично, но используйте с осторожностью
Очень тонкий туман водорастворимого СОЖ улучшает чистоту поверхности на некоторых пластиках и значительно продлевает срок службы инструмента. Однако: (1) Некоторые пластики (PC, ABS) могут растрескиваться под напряжением из-за определенных химических составов СОЖ – сначала проверьте на отходах, (2) Туман должен быть действительно мелким – капли, а не распыление, (3) Никогда не используйте туман на нейлоне – он впитывает воду и разбухает.
Подача СОЖ поливом – НЕ рекомендуется для пластиков
Подача СОЖ поливом избыточна для пластиков и создает проблемы: термический удар (холодная СОЖ на горячем пластике = растрескивание), поглощение материалом и разбухание, а также загрязнение заготовки. Оставьте подачу СОЖ поливом для металлов. Для параметров резания, оптимизированных для цветных металлов, см. наш руководство по обработке алюминия и латуни. Для пластиков, если воздуха и тумана недостаточно, необходима корректировка параметров резания, а не больше охлаждения.
Руководство по выбору инструмента для пластиков
Правильная геометрия инструмента так же важна, как и правильные параметры. Эти четыре характеристики инструмента отличают фрезы для пластиков от универсальных.
Геометрия однозаходной фрезы (O-flute)
Максимальное пространство для удаления стружки. Одна режущая кромка дает вдвое меньше тепла, чем 2-заходная при том же частота вращения. Широкий открытый паз предотвращает набивание стружки и ее повторное резание.
Подходит для: Все пластики – это выбор по умолчанию для фрезерования на станках с ЧПУ термопластов.
Полированная поверхность стружечной канавки
Зеркально полированная стружечная канавка снижает трение между стружкой и инструментом. Стружка выходит, а не прилипает. Необходимо для материалов, становящихся липкими при нагреве (ПК, ABS, акрил).
Подходит для: Поликарбонат, ABS, и любой материал, на котором наблюдается налипание стружки при использовании стандартных инструментов.
Направление спирали с выбросом стружки вверх
Фрезы с выбросом стружки вверх (upcut) вытягивают стружку вверх из зоны резания, прочь от поверхности материала. Это предотвращает повторное резание и нагрев стружки. Фрезы с направлением вниз (downcut) заталкивают стружку в зону резания и обычно плохо подходят для пластиков, если только конкретные требования к чистоте кромки не обосновывают проведение испытаний.
Подходит для: Все пластики – фрезы с выбросом стружки вверх являются стандартом для её удаления. Используйте компрессионную спираль (вверх/вниз) только для слоистых материалов или когда обе кромки (верхняя и нижняя) должны быть без сколов.
Острая режущая кромка (без притупления)
Инструменты для металла часто имеют небольшую доводку кромки для повышения её прочности. Для пластиков кромка должна быть максимально острой – притупленная кромка оттесняет материал в сторону вместо того, чтобы срезать его, генерируя избыточное тепло.
Подходит для: Все пластики. При заказе специальных инструментов указывайте «острая кромка» или «для пластиков». Осматривайте кромки под увеличением – любое видимое скругление означает, что инструмент затупился.
Какие установки шпинделя ATC лучше всего подходят для фрезерования пластиков
Для производств с разными материалами, нуждающихся в практичной автоматической смене инструмента, Шпиндель Модель A BT30 3,5 кВт ATC обрабатывает пластики, дерево и легкий алюминий на одном фрезерном станке с корпусом шпинделя 100 мм.
Для покупателей прецизионных пластиков, которые отдают приоритет качеству кромки, контролю биения и повторяемости на высокоскоростных финишных проходах, Шпиндель Модель C HSK40E 3,5 кВт ATC является правильной платформой.
Обработка пластиков FAQ
Почему однозаходная фреза работает лучше, чем 2-заходная, для пластиков?
Однозаходный инструмент имеет одну режущую кромку и один широкий канал для удаления стружки. При 24 000 об/мин режущая кромка касается материала 400 раз в секунду. 2-заходный инструмент касается 800 раз в секунду – половина подачи на зуб, удвоенное тепло трения. Конструкция однозаходной фрезы дает каждой стружке больше времени на формирование и больше места для удаления, унося тепло из зоны резания. Для пластиков удаление стружки — это управление теплом.
Что делать, если мой станок не может обеспечить рекомендуемые подачи?
Если максимальная скорость подачи вашего фрезерного станка с ЧПУ ограничена (напр., 2 000 мм/мин), пропорционально снизьте частота вращения шпинделя, чтобы сохранить целевую подачу на зуб. Пример: для акрила с однозаходной фрезой при подаче на зуб 0,08 мм, вместо 24 000 об/мин при 1 920 мм/мин используйте 12 000 об/мин при 960 мм/мин. Скорость съема материала ниже, но качество реза будет намного лучше, чем при работе 24 000 об/мин при недостаточной подаче.
Как понять, что я плавлю пластик, а не просто получаю грубый рез?
Плавление дает: (1) видимый оплавленный гребень или заусенец вдоль верхней кромки реза, (2) пластик, приплавленный к режущим кромкам инструмента (осмотрите после резки), (3) глянцевую, повторно затвердевшую поверхность внутри канавки реза, и (4) сладковатый или едкий запах (у горящего акрила характерный запах). Грубый, но неоплавленный рез имеет матовый вид с видимыми следами инструмента – это указывает на вибрацию или биение, а не на плавление.