, .

CAD / CAM / CAE - софтуерни решения и технологии.

.

АБОНИРАЙТЕ СЕ

Бюлетин

Абонамент за е-бюлетин




Анкета

Как да изглежда форума в частта, касаеща софтуера?
1. Да се раздели по категории - CAD, CAM, CAE
2. Да не се променя
3. Друго - отправете предложения

Фрези за пластмаси.

Bookmark and Share

 

Фрези за пластмаси

James Benes


 

 

         
Фигура: Меките пластмаси се режат с О-образен инструмент, чрез който се отделят дълги, спираловидни стружки.


 

Много цехове, специализирани в рязането на метал се притесняват, когато става въпрос за механична обработка на пластмаси и пластмасови композитни материали. Има безброй пластмасови композиции и всяка отговаря на различен процес на рязане. В допълнение към физичните свойства на различните материали и други по-малко очевидни фактори, като например промяна на цвета, има възможност драстично да се промени начина, по който пластмасовият материал реагира на режещия инструмент.
Изрязването и отстраняването на материала са станали най-често използваните операции по време на производството на пластмасови компоненти и крайни продукти. Ключът към успешната обработка на пластмаси е съответствието на геометрията на машината с механичните характеристики на материала. Въпреки, че акцентът тук е върху машината/характеристиките на материала, фактори, като програмиране и техники за закрепване са също толкова критични.
Изрязването е историческо средство за бързо оформяне при обработка на дърво и алуминий и само понякога на пластмаси и пластмасови композитни материали. Обработката на пластмаси напълно променя насоките при производството на режещи конструкции. ЦПУ обработката издига тези операции на ново ниво, както същевременно позволява на производителите на пластмасови изделия да оптимизират работата си.
Един добър начин да разберем какво да очаквате от геометрията на режещия инструмент е да се категоризират пластмасите в зависимост от това как реагират на обработката.

 
Геометрии за мека пластмаса


Меките пластмаси се обработват чрез премахване на дълги, спираловидни стружки от повърхността на материала, който се обработва. Обикновено отделянето на тези стружки е доста лесно и почти няма вероятност да се получат грапавини по ръбовете. Абразивното и динамично износване не са проблем при обработката на мека пластмаса и ъгълът на наклон на инструмента може да бъде голяма, което води до лесно стружко-отделяне. Това позволява бързо захранване и по-малко движения на детайлите поради високото налягане при обработка. 
 


Фигура: Твърдите пластмаси се изрязват с V-образен инструмент, чрез който се отделят малки, подобни на люспи или кристали стружки.

Промяната в наклона на ъгъла режещия инструмент се състои в повишаване на агресивността му. Ако някой някога е използвал ЦПУ вместо ръчни дейности при обработка на пластмасова инструментална екипировка, може да свидетелства, че "работи". Решението при тази агресивност е да се промени ъгъла и типа на просвета при обработка на мека пластмаса. По-малкият ъгъл на рязане (или работа с ексцентритет) облекчава просвета при ъгъла на обработка, като по този начин „успокоява” инструмента и позволява да се използва по-голям преден ъгъл на инструмента. Този радиален просвет е конструиран, за да се трие леко по повърхността на срязване и да осигурява някаква стабилност на режещия инструмент. По нататък, един или два градуса в повече, ще са прекалени и режещия инструмент ще започне да бие и прескача. При това по дължина на рязането ще се образуват следи. Ако се работи с градус или два по-малки, то просвета ще е много малък и пластмасата ще се загрее прекомерно, като в някои случаи пластмасовата заготовка може да се разтопи в зоните на рязане.

Допълнителни фактори при проектирането на инструментална екипировка за обработка на мека пластмаса са премахването на стружките, след като са били отстранени от материала. Ако стружките запушват изхода, се получава бързо нагряване, което е причина за лоша обработка на детайла и преждевременно износване на инструмента. Решението е да се увеличи зоната на жлебовете, по които стружките се извеждат и да се намали броя им (което води до повишаване на допустимите отвори) с помощта на инструмент с "О"- образна геометрия. "О" - жлебовете позволяват на стружките да се формират по естествен път и да следват естествения поток при рязане, без да се удрят в острите ъгли, което може да забави тяхното отделяне.

 
Геометрии за твърди пластмаси  


Машините за обработка на твърди пластмаси са много по-различни от тези за меките пластмаси. Най-голямата разлика се състои в стружко-отделянето. При обработката на дърво, алуминий или мека пластмаса се отделят големи стружки, които се изхвърлят. От друга страна, стружките от твърдата пластмаса изглеждат много различно и обикновено са много малки парчета, които приличат на кристални фрагменти или прах. За разлика от меките пластмасови стружки, твърдите пластмасови отпадъци се формират от отчупване на малки парчета от материала. Това налага използването на машини с различни геометрии в сравнение с тези, използвани за рязане на мека пластмаса. 
 


Фигура: Определяне на ъгъла на обработка и дебелината на стружката.

Обработката както на меката, така и на твърдата пластмаса има предимството да използва по-голям ъгъл на наклона, което позволява на материала лесно да се отдели. Въпреки това, за разлика от обработката на меката пластмаса, тук не е необходимо рязко да се увеличава наклона на ъгъла. Поради желанието при повечето твърди пластмаси, да се отделят стружки в съответствие с остротата на режещия ръб, умереното увеличаване на наклона на ъгъла обикновено довежда до най-добри резултати. Също така, ъгъла на инструмента (клирънс) не е необходимо да бъде намаляван до толкова, че да се контролира инструмента и често се оказва, че правия ъгъл е всичко, което се изисква за контрол и предотвратяване на тракането на инструмента.
При обработката на твърда пластмаса са на лице същите проблеми, тракане и стопяване, както при меката пластмаса, и то трябва да бъде контролирано чрез същите твърдо допустими отклонения при наклона и ъглите на оформяне. При твърдите пластмаси също се появява "cratering" (образуване на отвори) – специфичен ефект при рязане, рядко срещан при по-меките материали. Заради начина, по който се обработва твърдата пластмаса, ако ъгъла на наклона стане прекалено висок, очакването за отчупване на материал и за отделяне на прекалено голямо количество под формата на стружки е силно преувеличено, а стружките ще „дръпнат” допълнителен материал от вътрешността на отрязания край, оставяйки отвори или набраздявайки повърхността на крайния ръб. Чрез сериозен контрол на ъгъла на режещия инструмент, това може да бъде предотвратено в разумни граници на скоростите на обработка.
Докато за меката пластмаса най-добре пасва "О" – образните инструменти, то при твърдите пластмаси обикновено най-добре се работи с модификации на "О" - профила. Това, съчетано с отделените по-малки стружки, позволява по-голямо нагъване на спиралите за ефективна обработка и оптимално стружкоотделяне.

 
Геометрии за подсилени пластмаси


Подсилените пластмаси обикновено се състоят от полиестерни, епоксидни или фенолни бази с вградени влакна или стъклени нишки за повишаване на устойчивостта на композицията. Въпреки, че това може да подсили значително материала, то е и причина за изключително затруднена обработка.
Има два различни метода за справяне с проблемите на конструирането на инструментална екипировка за обработка на абразивни пластмаси. Първият включва използване на голям ъгъл на наклона и голям клирънс ъгъл, за да може да се увеличи свободното рязане и да се намали количеството на топлинна енергия, произведена по време на рязане. Топлината е основен фактор, допринасящ за ускореното износване при тези операции. Неблагоприятния ефект от това е, че резултантният ъгъл е много малък и се получава отслабен режещ ръб при подсилената пластмаса, което може да доведе до счупване на инструмента, както и цялостно разбиване на режещия ръб.
Другият метод, използван при конструирането на комбинирани режещи инструменти е да се използва много здрав режещ ръб при значително намаляване на ъгъла на наклона и леко намаляване на клирънс ъгъла. Този метод намалява вероятността за счупване на режещия ръб, но може да доведе до повишаване на температурата. Най-доброто приложение на тези инструменти изисква намаляване на оборотните степени, за да се намали загряването на материала, но това може да доведе до увеличаване на силите на рязане и да предизвика движение на детайла.
Обработването на подсилена пластмаса изисква много внимателен подбор на един от тези два вида инструменти, на скоростта на шпиндела и на степента на подаване, съчетани с добър подбор на режещ инструмент, тъй като се изискват различни режещи свойства и топлинни характеристики. Режещите инструменти обикновено се състоят от спирали и straight rake-face tools, с радиални клирънси за ниски скорости и здрави режещи ръбове или хоризонтален клирънс за свободно рязане с висока скорост.

 
Значението


Ако обработваният детайл е здраво закрепен и е подбран правилния инструмент за конкретния материал, скоростта и подаването ще бъдат определящ фактор за качеството на крайния детайл. Скоростите и подаванията, може да варират значително в зависимост от мощността (в конски сили), от инструменталната екипировка и устройството на детайла, въпреки това, е възможно да се направи предположение за правилните съотношения, а след това да се прецизира на финала.
За определяне на съотношението на скоростта и степента на подаване, се определя chipload - дебелината на стружката, която се отстранява от режещия ръба за един оборот. 
 



В действителност, увеличаването на товара на стружката е причина за отделяне на по-големи стружки. Колкото по-големи са те, толкова повече е топлината, която е отстранена с тях и толкова по-дълъг е животът на инструмента. Основният начин за увеличаване на стружките е да се повиши нивото на подаване, като от това има и допълнителна полза - увеличаване броя на готовите части, произведени за един час. Обема на стружките също може да бъде увеличена чрез намаляване на скоростта на шпиндела, ако подаването вече е на максимум.


Полезно е да има някои правила за определяне на нивата на подаване. Например, скоростта на шпиндела се приема за 18000 об/мин. За мека пластмаса, твърдите карбидни инструменти, които имат специфични геометрии за рязане на този вид пластмаса, може да се движат с около 300 ipm. Твърдотелните "О" - образни карбидни инструменти трябва да се движат толкова бързо, че да могат да изчистват стружките. Ако качеството на обработката започва да се влошава, скоростта може да бъде увеличена с цел поддържане на една и съща производителност. Високоскоростните стоманени "О" - образни инструменти изискват бавно подаване, за да се предотвратят дефекти и повреди на режещия инструмент.
Усилените пластмаси работят добре с нискоспирални инструменти, специално конструирани за чисто отделяне на пластмасовите стружки. Тези инструменти могат да се движи с около 300 ipm. "V"- образните инструменти могат да работят навсякъде със скорости от 125 до 250 ipm, в зависимост от вида и състава на материала и да осигуряват отлично покритие. Важно е да се разбере, че във всички случаи, независимо дали се отнася за твърди или меки пластмаси, вторичният продукт трябва да бъде под формата на стружки, а не на прах. Големите стружки удължават живота на инструмента. Ако отделяните отпадъци от производството са под формата на прах, това означава, че стружките са били отнемани многократно или, че обема им е твърде малък, а животът на инструмента ще бъде намален.
Фибро-подсилените пластмаси се различават от другите видове пластмаси по това, че е трудно да се определи вида на стружките, които ще бъдат произведени. Поради структурата на материалите, като фибростъкло, Арамид и фибро-карбонни съединения, стружките не се оформят по време на процеса на рязане. В тези случаи, най-добре е да се стартира, колкото е възможно по-бързо. Колкото охлаждането е по-добро, толкова очакваната продължителност на живот на инструмента ще бъде по-голяма.
Ако въпреки настройката на скоростите и подаването, режещия инструмент все още е горещ или случайно се налага повторно заваряване на отнетия материал, може да се използва въздух под налягане, за отстраняване на стружките.