Při CNC obrábění plastů musí být rozhodnutí o použití řezné kapaliny učiněno případ od případu. Při obrábění kovů slouží řezná kapalina dvojímu účelu: chlazení a mazání, ale při obrábění plastů jsou některé plasty citlivé na kontakt s kapalinou a mohou v důsledku absorpce vlhkosti bobtnat nebo při vystavení řezné kapalině utrpět povrchovou kontaminaci. Teplo generované při řezání plastů je přitom mnohem nižší než teplo generované při řezání kovů. Za správných podmínek lze stabilního suchého řezání dosáhnout správnou regulací parametrů a pomocí stlačeného vzduchu. Suché řezání však není jen otázkou vypnutí chladicí kapaliny; zahrnuje výběr materiálu, sladění nástrojů, nastavení parametrů a správu třísek.
Použitelné podmínky pro suché řezání
Materiál má dostatečnou tepelnou odolnost
Zda lze použít suché řezání, závisí na tom, jak se plastový materiál chová při řezných teplotách. Většina tepla generovaného během řezání je odváděna třískami, přičemž v obrobku a nástroji zůstává pouze malá část. Pokud materiál v rámci svého normálního provozního teplotního rozsahu nezměkne, nedeformuje se ani nedegraduje, je materiálový základ pro suché řezání na místě. POM (polyoxymethylen) je typický konstrukční plast, který se dobře hodí pro suché řezání: má relativně vysokou teplotu tepelného průhybu a stabilní řezný výkon a může poskytovat dobrou kvalitu povrchu za standardních parametrů bez řezné kapaliny.
Ostrost nástroje je dobře udržována
Suché řezání klade vyšší nároky na ostrost nástroje než mokré řezání. Bez mazacího účinku řezné kapaliny se zvyšuje koeficient tření mezi nástrojem a materiálem, což vystavuje břit většímu tepelnému a mechanickému zatížení. Při suchém řezání by se interval výměny nástroje měl obecně zkrátit a nástroje by se měly vyměnit při prvních známkách opotřebení. Nástroje určené pro suché řezání by měly mít nejlépe dobře vyleštěné drážky, aby se snížil třecí odpor při průchodu třísek kanálem drážky.
Geometrie součásti je příznivá pro odvod třísek
Třísky při suchém obrábění netečou tak volně jako při mokrém obrábění – nedochází k jejich unášení kapalinou, takže suché třísky se při úniku spoléhají výhradně na šroubovicové drážky nástroje a gravitaci. Suché obrábění je proto vhodnější pro otevřené geometrie, jako je čelní frézování, profilové obrábění a mělké drážkování. Hluboké dutiny, úzké drážky, uzavřené kapsy a další prvky, kde je odvádění třísek ze své podstaty obtížné, nejsou pro suché obrábění vhodné.
Běžné plasty vhodné pro suché řezání
Různé plasty se značně liší ve své vhodnosti pro suché řezání.
POM – Jeden z nejvhodnějších technických plastů pro suché řezání. Nízký řezný odpor, dobrý tvar třísky a relativně vysoká teplota tepelného odklonu znamenají, že řezná kapalina není u většiny konvenčních obráběcích operací nutná. Kvalita povrchu při suchém řezání je obvykle nerozlišitelná od kvality dosažené při mokrém řezání.
Akrylát – Lze jej řezat za sucha, ale vyžaduje přísnou pozornost věnovanou ostrosti nástroje a sladění parametrů. Pomoc stlačeného vzduchu je vysoce účinná v prevenci hromadění třísek a souvisejícího tepelného poškození v řezné zóně. Řezné kapaliny na bázi oleje se nedoporučují, protože akrylát může při kontaktu s určitými složeními způsobit praskání v důsledku napětí.
PEEK – Vynikající odolnost vůči vysokým teplotám mu zajišťuje dobrou kompatibilitu se suchým řezáním. PEEK však generuje relativně vysoké řezné síly a opotřebení nástroje při suchém řezání bude poněkud rychlejší než při mokrém řezání, proto je třeba sledovat životnost nástroje. U větších výrobních sérií lze pro prodloužení životnosti nástroje použít stlačený vzduch nebo mazání minimálním množstvím.
PTFE – Díky svému inherentně velmi nízkému koeficientu tření je suché řezání standardní praxí. Použití řezné kapaliny nenabízí žádný významný přínos.
PC – Lze řezat za sucha, ale s sebou nese vyšší riziko. PC je citlivý na řezné teplo; při zvýšených teplotách se podél hran může snadno objevit bělení pod napětím. Pokud se pro PC zvolí řezání za sucha, doporučují se konzervativní řezné rychlosti a posuvy spolu s použitím stlačeného vzduchu pro nucené odvádění třísek a chlazení.
Situace, kdy není suché řezání vhodné
Materiály náchylné k tepelné deformaci nebo tavení
Termoplasty jako ABS, polyethylen (PE) a polypropylen (PP) mají relativně nízké teploty měknutí. I mírné zvýšení teploty v řezné zóně může způsobit tavení třísek, ulpívání materiálu na nástroji nebo lepivý povrch. Tyto materiály obecně vyžadují řeznou kapalinu nebo alespoň minimální množství mazání pro odvod tepla a snížení tření.
Hluboké dutiny nebo stísněné prostory
Při obrábění hlubokých dutin je vyložení nástroje velké a dráha odvodu třísek je dlouhá. Při suchém obrábění se třísky hromadí na dně dutiny, kde se opakovaně řežou a mohou způsobit rýhy na obrobeném povrchu. Zároveň se s hloubkou na dně dutiny snižuje chladicí účinek stlačeného vzduchu a teplo se hůře odvádí. V takových případech se doporučuje minimálně stlačený vzduch v kombinaci s minimálním množstvím maziva.
Plasty vyztužené skelnými vlákny nebo plněné plasty
Plniva, jako jsou skleněná vlákna a uhlíková vlákna, výrazně urychlují opotřebení nástroje. Při obrábění těchto materiálů slouží řezná kapalina nejen k ochlazování, ale také k vyplachování abrazivních částic z proudu třísek, čímž se zpomaluje opotřebení nástroje. Suché řezání plastů vyztužených skleněnými vlákny vede k drastickému snížení životnosti nástroje a nedoporučuje se.
Vysoce přesné díly
U přesných plastových dílů s tolerancemi v rozmezí +/-0.05 mm může rozměrový posun způsobený řezným teplem během suchého obrábění spadat mimo povolené toleranční pásmo. Pokud je nutné pro přesné díly použít suché obrábění, měl by se obrobek mezi hrubováním a dokončováním nechat zcela vychladnout na pokojovou teplotu a přídavek na dokončování by měl být udržován malý.
Úpravy parametrů pro suché řezání
Suché řezání nemůže jednoduše převzít parametry používané pro mokré řezání. Za zmínku stojí následující úpravy.
Snížení otáček vřetena: Bez použití řezné kapaliny pro odvod tepla by se měly otáčky vřetena snížit, aby se snížilo vznikání tepla třením. Praktickým výchozím rozsahem je snížení o 15 až 25 procent oproti rychlostem mokrého obrábění; přesná hodnota by měla být stanovena zkušebními řezy na základě materiálu a průměru nástroje.
Mezní hloubka řezu: Jak axiální hloubka řezu, tak radiální přesah by měly být sníženy, aby se zmírnilo řezné zatížení na průchod a umožnilo se více času pro odvod tepla z nástroje a obrobku.
Upřednostňujte sousledné frézování: Při sousledném frézování se tloušťka třísky zmenšuje od silné k tenké a nástroj při vstupu do materiálu zažívá menší náraz, což vytváří méně řezného tepla než u konvenčního frézování. U tenkostěnných nebo snadno deformovatelných prvků sousledné frézování také snižuje tlačnou sílu vyvíjenou nástrojem na stěnu.
Udržujte nástroje ostré: Suché řezání je citlivější na stav nástroje. Pokud se tvar třísky změní z rovnoměrného na nerovnoměrný, začne se zhoršovat kvalita povrchu nebo se zvuk řezu stane tlumeným, je třeba nástroj neprodleně vyměnit.
Úloha stlačeného vzduchu při suchém řezání
Suché řezání neznamená práci bez jakýchkoli pomocných opatření. Stlačený vzduch je nejběžnějším pomocným prostředkem používaným při suchých podmínkách řezání. Jeho funkce zahrnují: odfouknutí třísek z řezné zóny, aby se zabránilo jejich opětovnému řezání a rýhování povrchu; odvedení části tepla při průchodu proudu vzduchu přes nástroj a obrobek, čímž se zajistí základní chladicí účinek; a vytvoření tenkého vzduchového filmu na povrchu nástroje, který částečně nahrazuje mazací účinek řezné kapaliny.
Aspekty při použití stlačeného vzduchu: tlak vzduchu se obvykle nastavuje mezi 0.4 a 0.6 MPa – příliš nízký tlak a odstraňování třísek je neúčinné, příliš vysoký tlak a třísky se mohou rozptýlit příliš rychle, aby bylo možné sledovat stav řezu. Tryska by měla být namířena na řeznou zónu, nikoli pouze na povrch obrobku. Pro hluboké drážky nebo dutiny určité hloubky použijte prodlouženou trysku nebo kloubové vzduchové potrubí k nasměrování proudu vzduchu na špičku nástroje.
Často kladené dotazy
Může se kvalita povrchu dosažená suchým řezáním rovnat kvalitě povrchu dosažené mokrým řezáním?
Za správných podmínek materiálu a parametrů může suché řezání dosáhnout stejné nebo dokonce lepší kvality povrchu jako mokré řezání. POM obvykle poskytuje dobré výsledky při suchém řezání. Suché řezání akrylátu stlačeným vzduchem může také vést k dobrému výsledku, za předpokladu, že je nástroj v dobrém stavu a parametry jsou dobře sladěny. Pokud kvalita povrchu při suchém řezání zůstává neuspokojivá, zkontrolujte, zda není nástroj tupý, zda nejsou otáčky vřetena příliš vysoké nebo zda se materiál mezi šaržemi liší.
Ovlivňuje suché řezání životnost nástroje?
Existuje určitý dopad, zejména při delším kontinuálním obrábění. Bez mazání řeznou kapalinou dochází k většímu přímému tření mezi břitem a materiálem a míra opotřebení je obecně o něco vyšší než při mokrém obrábění. Tento rozdíl však není výrazný při obrábění samomazných materiálů, jako je POM a PTFE. Zkrácení intervalu výměny nástroje a výběr nástrojů s dobře leštěnými drážkami může účinně řídit náklady na nástroje za podmínek suchého obrábění.
Je suché řezání vhodné pro velkoobjemovou výrobu?
Záleží na materiálu a geometrii dílu. U dílů s konvenční geometrií vyrobených z POM nebo PTFE je suché řezání zcela vhodné pro velkosériovou výrobu. U materiálů citlivých na teplo, jako je PC a nylon, nebo u hlubokých dutin a přesných dílů se ve výrobě doporučuje alespoň minimální mazání nebo chlazení stlačeným vzduchem, aby se zachovala konzistence procesu.
Závěr
Rozhodnutí, zda použít suché řezání při CNC obrábění plastů, je v zásadě kompromisem mezi požadavky na chlazení, vlastnostmi materiálu a efektivitou obrábění. Materiály jako POM a PTFE jsou přirozeně vhodné pro suché řezání; akrylát a PEEK lze také řezat za sucha se správnými parametry; zatímco materiály s nízkým bodem tání, jako je ABS a PE, a také druhy vyztužené skleněnými vlákny, jsou do značné míry závislé na chlazení nebo mazání. Pokud to podmínky dovolí, nejspolehlivějším přístupem je ověření zkušebním řezem: obrobte vzorek dílu stejným nástrojem a stejnými parametry za sucha i za mokra a poté porovnejte kvalitu povrchu, rozměrovou přesnost a opotřebení nástroje, než se rozhodnete, zda je strategie suchého řezání vhodná.
