Комплексное руководство по выбору пластиков для CNC-обработки

При создании детали одно из самых важных решений, которое должен принять конструкторский инженер — какой материал использовать. Выбор материала определит функцию и внешний вид данного компонента и то, как он будет сохранять свойства со временем.

Пластики становятся всё популярнее. Они легкие, легко обрабатываемые и обычно дешевле аналогичных металлических изделий. Существует много типов обрабатываемых пластиков, у каждого свои преимущества и недостатки.

Существует много способов производства высокоточных пластиковых деталей. Современные промышленные пластики литуют, прессуют, печатают или обрабатывают резанием. Первые три варианта отлично подходят для производства сложных геометрических деталей с хорошей чистотой поверхности. Но когда нужно достичь строгих допусков или получить зеркальную чистоту поверхности на практически любом типе детали, ничего не лучше механической обработки.

Обзор услуг CNC-обработки пластиков

CNC-обработка пластиков, как и все процессы обработки, — это вычитательный метод, удаляющий слои материала для придания формы и формирования финальной детали или продукта. Некоторые из самых распространенных операций обработки для пластиковых материалов:

Резание

Обычно операция резания генерирует некоторое тепло, которое может повредить пластик. При резке пластика оператор должен заботиться об избегании термической деформации.

Точение

Операции точения пластика выполняются на токарном станке, который вращает и манипулирует заготовкой, чтобы стационарный режущий инструмент мог резать и удалять лишний материал согласно замыслу дизайна.

Фрезерование

Операция точения включает вращение пластиковой заготовки, а операция фрезерования требует вращения режущего инструмента для удаления пластиковых стружек с зафиксированной заготовки.

Сверление

Если не выбран подходящий сверло, это может быть опасно и привести к перегреву или сдвиговым силам. Однако, пока подготовка правильная и инструменты подготовлены и используются, квалифицированные техники могут формировать отверстия малого и большого диаметра в пластиковых изделиях без разрушения структуры.

Шлифование

Шлифование похоже на фрезерование, так как процесс удаляет пластиковые стружки с заготовки для изменения ее формы. Главное различие: фрезерование использует прерывистое резание, а шлифование непрерывно режет пластик из продукта для достижения более гладкой формы и чистоты поверхности.

Материалы для CNC-обработки пластиков

ABS пластик

Акрилонитрил-бутадиен-стирол, часто сокращаемый как ABS — один из самых распространенных термопластиков. Обладает хорошими механическими свойствами, отличной ударной прочностью, высокой теплостойкостью и хорошей обрабатываемостью. ABS легко обрабатывается, теплостоен и может использоваться для отделки (клеение, покраска, полировка и т.д.). Обычно используется для прототипирования функций деталей перед массовым производством.

ABS не обладает хорошей износостойкостью или химической стойкостью и плавится в ацетоне. Также не является особенно прочным пластиком.

Наиболее частое применение ABS — литье под давлением для производства корпусов электроники, бытовых приборов и даже известных LEGO-кирпичиков.

Нейлон

Похоже на ABS, нейлон — долговечный пластик с высокой прочностью и жесткостью, сохраняет хорошую электрическую изоляцию в широком температурном диапазоне, а также хорошую химическую стойкость и износостойкость. Нейлон 6 и нейлон 66 — наиболее часто используемые марки в CNC-обработке.

Но нейлон 6/6 легко впитывает влагу, вызывая набухание и потерю некоторой размерной точности. Если при обработке удаляется большой объем асимметричного материала из-за внутренних напряжений материала, он также будет деформироваться.

Нейлон чаще всего встречается в медицинском оборудовании, крепежной аппаратуре печатных плат, компонентах двигательного отсека авто и хомутах для кабелей. Во многих из этих применений он используется как экономичная замена металлам.

Акрил

Акрил (также известный как Плексиглас или Люкс) — торговое название пластика PMMA. Он прочный, имеет хорошую ударную прочность и стойкость к царапинам, легко склеивается.

Обработанный акрил прозрачен, что идеально подходит для любого применения, требующего оптической прозрачности или полупрозрачности.

Однако акрил — хрупкий пластик и может трескаться или ломаться под слишком большим давлением. Любая обработанная поверхность на акриловой пластине теряет прозрачность и приобретает матовое, полупрозрачное внешнее вид. Поэтому обычно лучше следить, чтобы акриловые детали оставались в исходной толщине для сохранения прозрачности. Если обработанная поверхность должна быть прозрачной, полировку можно использовать как дополнительный этап постобработки.

Delrin (POM)

POM хорошо известен под торговым названием Delrin. Это инженерный термопластик с наивысшей обрабатываемостью среди пластиков и считается самым экономичным пластиком. Обладает гладкой поверхностью с низким трением, отличной размерной стабильностью и высокой жесткостью. Для материалов, сталкивающихся с большим трением в этих или других применениях, требующих строгих допусков или высокой жесткости, Delrin — отличный пластик. Недостаток — трудно клеить.

Delrin обычно используется для шестерен, подшипников, втулок и крепежей, или для изготовления приспособлений и фикстур для сборки.

HDPE

HDPE — высокополиэтилен, термопластик с высоким соотношением прочность/вес. HDPE обладает высокой химической стойкостью, электрической изоляцией и долговечностью в суровых погодных условиях. Похоже на Delrin, HDPE имеет гладкую поверхность, ограничивающую трение и хорошо устойчивую к высокому удару, высокое соотношение прочность/вес и хорошую погодостойкость.

Главный недостаток HDPE — низкая прочность, особенно на растяжение и изгиб.

HDPE — легкий термопластик для наружных применений и прототипирования благодаря низкой стоимости и легкому весу. Как ABS, часто используется для создания прототипов перед литьем под давлением. Благодаря химической стойкости и скользким свойствам отлично подходит для производства пробок и уплотнений, также идеален для весозависимых или электрически чувствительных применений.

PEEK

PEEK — высокопроизводительный инженерный термопластик с отличной ударной прочностью и размерной стабильностью. Пластик PEEK очень легко обрабатывается и является топовым материалом для CNC-обработки. Благодаря удивительным характеристикам часто используется в авто, авиации, медицине и электротехнике.

Единственный недостаток — высокая цена. Тем не менее, если нужны высокая производительность и высокая стойкость, определенно стоит рассмотреть этот материал. Производительность этого пластика превосходит металлы, используемые в химической и перерабатывающей промышленности. В некоторых отраслях он сейчас заменяет металлы, такие как нержавеющая сталь и алюминий.

Поликарбонат

Поликарбонат — один из самых долговечных пластиков на рынке. Обладает экстремально высокой ударной прочностью и жесткостью, сохраняет функциональность в широком температурном диапазоне. Также оптически прозрачен и может окрашиваться в черный, если нужна непрозрачность. Поликарбонат лучше всего подходит для применений, требующих очень прочных или очень крепких пластиков или оптической прозрачности. Поэтому поликарбонат — один из самых распространенных пластиков с самым высоким коэффициентом переработки.

Чистый поликарбонат не обладает хорошей износостойкостью и легко царапается. При необходимости, антицарапинное покрытие и парообразная полировка могут быть добавлены на этапе постобработки для улучшения износостойкости или оптической ясности.

Долговечность и прозрачность поликарбоната позволяют использовать его для изготовления оптических дисков, защитного стекла, световодов и даже пуленепробиваемого стекла.

Советы для CNC-обработки пластиков

Станок

Специальных пластиковых CNC-станков не существует. Фактически, все станки для резки пластиков — металлорежущие станки. Их точная жесткость и выход мощности позволяют легко обрабатывать даже закаленные пластики. Жесткость столярных станков низка, поэтому эффект нехороший.

Режущий инструмент

Выбор лучших режущих инструментов для пластиковых деталей — сложная задача. Причина в том, что состав пластиков и композитов сильно варьируется. Некоторые пластики усилены твердыми карбидными частицами или имеют добавки, улучшающие гибкость, теплостойкость или другие параметры. Всё это меняет реакцию пластиков на станки.

Режущие инструменты в основном изготавливаются из высокоскоростной стали, твердого сплава, алмаза и т.д. Для резки обычных пластиков можно выбрать первые два материала. Напротив, высокоскоростная сталь имеет лучшую шлифовальную способность. Выбирайте инструменты из высокоскоростной стали и тщательно шлифуйте их. Режущий край инструмента будет острее, но его долговечность ниже, чем у твердославных инструментов.

Минимизируйте резающую силу и температуру насколько возможно, выбирайте подходящий предбег, задбег, главный угол в плоскости, дополнительный угол в плоскости, радиус вершинки резака и т.д. для повышения производительности и долговечности инструмента, экономии затрат на обработку. Резак остается острым и «замораживает» материал, когда жесткость недостаточна.

Установка детали

Правильно зажмите пластиковый блок, чтобы избежать чрезмерного давления, вызывающего разрыв. Рекомендуется использовать прокладку из мягкого материала между приспособлением и деталью, чтобы не оставлять следов на поверхности.

Другая проблема — жесткость деталей. Нужно внимательно следить за расстоянием между местом сверления и приспособлением. В этом процессе сверло попытается вытянуть деталь вверх по своим канавкам. Если приспособление слишком далеко, сверло успеет, но согнет деталь или может даже вырвать деталь из приспособления.

Минимизация влияния стружки

Всегда держите режущий инструмент в движении (избегайте слишком долгого пребывания в одном месте), чтобы предотвратить плавление стружки на обработанных деталях. СОЖ или режущая жидкость можно использовать для снижения температуры и удаления стружки.

Подача при обработке

Использование большей подачи и высокой скорости шпинделя — примерно в 3 раза выше подачи алюминия и соответствующая скорость резания.

Услуги CNC-обработки пластиков

Из-за большого спроса на пластиковые детали для прототипирования и кастомных CNC-пластиковых деталей возникло множество сервисов CNC-обработки пластиков. Они безусловно ускоряют и упрощают производственный процесс всех сторон. Если у вас есть связанные проекты, добро пожаловать загрузить чертежи для бесплатной котировки от SANS Machining.