Prečo sa plasty topií na fréze CNC – tri hlavné príčiny
Tavenie plastov je zvyčajne možné vysledovať k niekoľkým praktickým príčinám. Je to predvídateľný výsledok jednej alebo viacerých z týchto troch hlavných príčin. Pred úpravou parametrov identifikujte, ktorá sa vzťahuje na vaše zariadenie.
1. RPM príliš vysoké, rýchlosť posuvu príliš nízka
Toto je bežná príčina topenia. Keď sa vreteno otáča pri 24000 RPM, ale rýchlosť posuvu je pomalá (napríklad 1000 mm/min s nástrojom s 2 zubmi), zaťaženie triesky je len 0.021 mm na zub. Rezný kraj sa trenie o plast namiesto vytvorenia čistej triesky, takže teplo trenia zostáva v blízkosti rezu namiesto odchodu s trieskou.
Riešenie: Zvýšte rýchlosť posuvu, aby ste dosiahli zaťaženie triesky 0.05-0.15 mm na zub pre akryl, 0.08-0.20 mm pre polykarbonát. Ak vaše zariadenie nedokáže dosiahnuť dostatočnú rýchlosť posuvu, znížte RPM vretena namiesto toho.
2. Nesprávna geometria rezného nástroja – použitie viaczubých fréz na rezanie kovov
Koncová fréza s 4 zubmi navrhnutá pre hliník má plytké drážky s minimálnym priestorom na odvod triesky. V plastoch sa triesky nahromadia v týchto plytkých drážkach, zohrejú sa a zlepia sa s rezným nástrojom. Nástroj sa stáva valcom zahriatym trením, ktorý sa otáča v roztavenom plastu.
Riešenie: Použite jednozubé (O-flute) frézy s výstupným rezom navrhnuté špeciálne pre plasty. Jediná veľká drážka poskytuje maximálny priestor na odvod triesky a najkratší kontaktný čas medzi rezným krajom a materiálom.
3. Tupé rezné kraje
Tupý rezný nástroj vyžaduje väčšiu silu na strihanie plastu. Dodatočná sila sa priamo mení na teplo. Plast sa topií pri reznom krají, kontaminuje drážku a urýchľuje proces tupenia v spätnej väzbe.
Riešenie: Vymeňte alebo naostrite rezné nástroje pri prvom náznaku zvýšeného rezného hluku, neostrých hrán alebo priľnavosti materiálu k nástroju. Pre akryl vydržia karbidové nástroje typicky 50-100 hodín rezného času, kým nedôjde k výraznej degradácii hrany.
Vzorec zaťaženia triesky: jediná rovnica, ktorá zabraňuje topeniu
Zaber na zub – hrúbka materiálu odstránená každým rezným ostím za jednu otáčku – je najdôležitejším parametrom pri obrábaní plastov. Príliš nízky, a nástroj drhne. Príliš vysoký, a nástroj sa zlomí. V optimálnom rozmedzí rezné ostrie reže čisto a trieska odvádza teplo.
Zaber na zub (mm/zub) = Posuv (mm/min) / (RPM x Počet zubov)
Príklad: 24000 RPM, 2-zubový nástroj, 3000 mm/min posuv dáva zaber na zub 3000 / (24000 x 2) = 0.0625 mm/zub. Toto je prijateľné pre akryl. Pri 1000 mm/min je zaber na zub 1000 / (24000 x 2) = 0.021 mm/zub – príliš nízky, roztaví sa.
Cieľové rozsahy zaberu na zub podľa typu plastu
| Materiál | Rozsah zaberu na zub |
|---|---|
| Akryl (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 |
Odporúčané parametre rýchlosti a posuvu podľa materiálu
Východiskové parametre pre karbidové nástroje s jedným zubom a priemerom 6 mm. Upravte rýchlosť posuvu +/-20% na základe tuhosti vášho stroja a pozorovanej tvorby triesok. Všetky hodnoty predpokladajú nástroj s jedným zubom a spirálou hore (upcut), pokiaľ nie je uvedené inak.
| Materiál | RPM | Posuv | DOC | Záber na zub | Nástroj | Poznámky |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Akrylát (PMMA) – liaty | 18000-24000 | 2500-4500 mm/min | 2-4 mm | 0.05-0.12 mm | Jednozubá fréza s vývodom hore, karbid | Liatty akrylát reže čistejšie ako extrudovaný. Znížte RPM o 20 % pre extrudovaný akrylát – zmäkčuje pri nižšej teplote. |
| Polykarbonát (PC) | 14000-18000 | 2000-3500 mm/min | 1.5-3 mm | 0.08-0.18 mm | Jednozubá fréza s vývodom hore, leštené ostrie | PC je húževnatejší a odolnejší voči teplu ako akrylát, ale vytvára vláknité triesky. Leštené ostria znižujú priľnavosť triesok. NOT používajte chladiaci prostriedok – PC je náchylný na napäťové praskanie z niektorých chladiacich kvapalín. |
| HDPE (vysokohustotný polyetylén) | 12000-18000 | 3000-5000 mm/min | 3-6 mm | 0.10-0.25 mm | Jednozubá fréza s vývodom hore alebo 2-zubá priama fréza | HDPE je zhovievavý – zmäkčuje, ale zvyčajne je zhovievavejší ako akrylát alebo polykarbonát. Vyššie posuvy a hlbšie rezy sú možné. Hlavným problémom je odvod triesok. |
| ABS | 14000-18000 | 2000-3500 mm/min | 1.5-3 mm | 0.06-0.15 mm | Jednozubá fréza s vývodom hore | ABS sa topi pri ~200 C. Udržujte posuv na zub nad 0.06 mm/zub. Ak je kvalita hrany nedostatočná, skúste chladenie stlačeným vzduchom nasmerovaným do zóny rezu. |
| POM (Delrin / Acetal) | 12000-18000 | 2500-4000 mm/min | 2-5 mm | 0.08-0.20 mm | Jednozubé alebo 2-zubé upcut | POM sa vynikajúco obrába ostrými nástrojmi. Triesky sú krehké a ľahko sa evakuujú. Vyhnite sa nadmerným RPM – POM zmäkne pri ~165 C. |
| Nylon (PA6) | 12000-16000 | 2000-3500 mm/min | 2-4 mm | 0.08-0.18 mm | Jednozubé upcut, leštené | Nylon je hygroskopický – vlhkosť v materiáli sa mení na paru na reznom ostrí, čo spôsobuje drsné povrchy. Pred obrábaním materiál vysušte, ak je to možné. |
Stratégie chladenia pri obrábaní plastov
Chladenie plastov sa líši od kovov. Cieľom je najprv odstraňovanie triesok, až potom kontrola teploty. Záplavové chladenie vytvára viac problémov, než vyrieši.
Prúd stlačeného vzduchu – Vhodné pre väčšinu plastov
Zamerajte sústredenú vzduchovú trysku na rozhranie nástroj–materiál. Vzduch odstraňuje triesky zo zóny rezu (triesky odnášajú teplo so sebou) a poskytuje určité konvekčné chladenie. Použite tlak vzduchu 0.3-0.5 MPa. Toto je uprednostňovaná metóda pre akryl a PC – žiadne riziko chemickej interakcie ani tepelného šoku.
Mazanie hmlu (MQL) – Výborné, ale používajte s opatrnosťou
Veľmi jemná hmla rozpustného chladiaceho média zlepšuje povrchovú úpravu niektorých plastov a výrazne predlžuje životnosť nástroja. Avšak: (1) Niektoré plasty (PC, ABS) môžu praskať napätím v dôsledku určitých chladívnych chemikálií – najprv otestujte na odpadovom materiáli, (2) Hmla musí byť skutočne jemná – kvapôčky, nie postrek, (3) Nikdy nepoužívajte hmlu na nylon – absorbuje vodu a napúča.
Záplavové chladenie – NOT odporúčané pre plasty
Záplavové chladenie je pre plasty prehnané a prináša problémy: tepelný šok (studené chladivo na horúcom plastu = praskanie), absorpcia materiálu a napúčanie a kontaminácia obrobku. Záplavové chladenie používajte len pre kovy. Pre rezné parametre optimalizované pre neželezné kovy si pozrite našu sprievodcu obrábaním hliníka a mosadze. Pre plasty, ak vzduch a hmla nestačia, je potrebné upraviť rezné parametre, nie viac chladiva.
Sprievodca výberom nástrojov pre plasty
Správna geometria nástroja je rovnako dôležitá ako správne parametre. Tieto štyri charakteristiky nástroja odlišujú nástroje na rezanie plastov od univerzálnych nástrojov.
Jednozubová (O-flute) geometria
Maximálny priestor pre odvod triesok. Jedna rezná hrana generuje polovicu tepla oproti 2-zubu pri rovnakých RPM. Veľká otvorená drážka zabraňuje upchávaniu triesok a opätovnému rezaniu.
Najlepšie pre: Všetky plasty — ide o základnú voľbu pre CNC obrábanie termoplastov.
Leštený povrch drážky
Zrkadlovo leštená drážka znižuje trenie medzi trieskou a nástrojom. Triesky vysúvajú von namiesto toho, aby sa lepili. Nevyhnutné pre materiály, ktoré sa pri zahriatí stávajú lepivými (PC, ABS, akryl).
Najlepšie pre: Polykarbonát, ABS a akýkoľvek materiál vykazujúci priľnavosť triesok na štandardných nástrojoch.
Smer špirály s vývodom triesok hore
Nástroje s vývodom hore ťahajú triesky nahor z rezu, preč od povrchu materiálu. Toto zabraňuje opätovnému rezaniu a ohrevu triesok. Nástroje s vývodom dole tlačia triesky do rezu a zvyčajne sú zlou voľbou pre plasty, pokiaľ to neodôvodňuje konkrétna požiadavka na kvalitu hrany a testovanie.
Najlepšie pre: Všetky plasty — špirála s odvodom triesok nahor je štandardnou voľbou. Kompresnú špirálu použite iba pri laminovaných materiáloch alebo keď musia zostať čisté obe hrany.
Ostrá rezná hrana (bez honovania)
Nástroje na kovy často majú mierne honovanú hranu na zvýšenie pevnosti hrany. Pre plasty musí byť hrana čo najostrejšia – honovaná hrana tlačí materiál bokom namiesto toho, aby ho strihala, čím vzniká nadbytočné teplo.
Najlepšie pre: Všetky plasty. Pri objednávaní nástrojov na mieru špecifikujte „ostré ostrie“ alebo „pre plasty“. Skontrolujte ostrie pod zväčšením — každé viditeľné zaoblenie znamená, že nástroj je tupý.
Ktoré ATC konfigurácie vretena sú najvhodnejšie pre frézovanie plastov
Pre dielne spracúvajúce zmiešané materiály, ktoré potrebujú praktickú automatickú výmenu nástrojov, Model A BT30 3.5 kW ATC vreteno pokrýva plasty, drevo a ľahký hliník na jednej CNC fréze s 100 mm telom vretena.
Pre zákazníkov vyžadujúcich presnosť plastov, ktorí uprednostňujú kvalitu hrany, kontrolu radiálneho hádzania a opakovateľnosť pri dokončovacích prechodoch vysokou rýchlosťou, Model C HSK40E 3.5 kW ATC vreteno je správnou platformou.
Obrábanie plastov FAQ
Prečo funguje fréza s jedným ostím lepšie ako 2-ostná fréza pre plasty?
Nástroj s jedným ostím má jednu reznú hranu a jeden veľký kanál na odvod triesok. Pri 24000 RPM sa rezná hrana dotýka materiálu 400 krát za sekundu. Nástroj s 2 ostriami sa dotýka 800 krát za sekundu – polovica zaťaženia triesky na zub, dvojnásobné teplo trenia. Konštrukcia s jedným ostím poskytuje každej trieske viac času na formovanie a viac priestoru na odvod, čím odvádza teplo z reznej zóny. Pre plasty je odvod triesok riadením tepla.
Čo ak môj stroj nedokáže dosiahnuť odporúčané rýchlosti posuvu?
Ak je maximálna rýchlosť posuvu vášho CNC frézky obmedzená (napr. 2000 mm/min), znížte otáčky vretena RPM úmerne, aby ste udržali cieľové zaťaženie triesky. Príklad: pre akryl s jednoostným nástrojom pri zaťažení triesky 0.08 mm, namiesto 24000 RPM pri 1920 mm/min použite 12000 RPM pri 960 mm/min. Rýchlosť odberu materiálu je nižšia, ale kvalita rezu bude oveľa lepšia ako pri prevádzke 24000 RPM pri nedostatočnom posuve.
Ako poznám, či roztavujem plast alebo len dostávam hrubý rez?
Topenie spôsobuje: (1) viditeľný roztavený hrebeň alebo otrep pozdĺž hornej hrany rezu, (2) plast zvarený na rezných hránach nástroja (skontrolujte po rezaní), (3) lesklý, znovu stuhnutý povrch vo vnútri rezného žliabku a (4) sladký alebo štipľavý zápach (horenie akrylátu má výrazný zápach). Hrubý, ale netopený rez má matovaný alebo matný vzhľad s viditeľnými stopami nástroja — to indikuje vibráciu alebo bijenie, nie topenie.