CNC konečná úprava plastů je důležitou fází obrábění používanou při výrobě plastových dílů ke zlepšení rozměrové přesnosti, kvality povrchu a stavu hran. Po hrubém obrábění má plastový díl obvykle svůj základní tvar a strukturu, ale pokud je požadována vyšší rozměrová přesnost, menší tolerance průměru otvoru, plošší obrobené povrchy nebo čistší vzhled, je nutná další konečná úprava. Vzhledem k tomu, že se materiály jako POM, PEEK, PTFE, ABS, PC, PMMA, PVC a PPS liší tvrdostí, houževnatostí, tepelnou odolností a řeznými vlastnostmi, liší se i jejich chování při obrábění. Plasty mají obecně nízkou tepelnou vodivost, takže teplo generované během obrábění má tendenci se koncentrovat v kontaktní oblasti mezi řezným nástrojem a obrobkem. Pokud jsou řezné podmínky nevhodné, může dojít ke změknutí materiálu, otřepům, strunání, bělení, stopám po nástroji a dokonce i lokálnímu tavení. CNC konečná úprava plastů proto vyžaduje nejen kontrolu rozměrů, ale také kontrolu řezného tepla, ostrosti nástroje, odvádění třísek a upínání obrobku.
Mezi běžné dokončovací procesy patří přesné frézování, přesné soustružení, přesné vyvrtávání, přesné vrtání, srážení hran, odjehlování a leštění. U dílů se složitými strukturami lze použít také víceosé CNC obrábění, které snižuje nutnost opakovaného upínání a zlepšuje kvalitu obrábění zakřivených povrchů a prvků v různých úhlech. Pokud má výrobek po obrábění vyšší požadavky na vzhled nebo povrchový dojem, lze provést vhodnou povrchovou úpravu podle materiálu a aplikačního prostředí. Proto je při výběru CNC dokončovacího procesu pro plasty nutné nejprve potvrdit skutečné rozměrové a povrchové požadavky dílu a poté určit vhodnou metodu obrábění. Ne každý plastový díl vyžaduje složité následné zpracování. Rozumná kontrola kroků obrábění může zajistit kvalitu dílu a zároveň se vyhnout zbytečným nákladům na zpracování.
Přesné frézování je běžný proces povrchové úpravy plastů
Přesné frézování řídí tvar a kvalitu povrchu
Přesné frézování se používá hlavně k opracování rovin, boků, stupňů, drážek a složitých kontur plastových dílů. Při hrubém obrábění se obvykle ponechává určitý přídavek na obrábění. Přesné frézování poté odstraňuje tenkou vrstvu materiálu, aby se konečné rozměry přiblížily požadavkům výkresu. Ostrost nástroje je obzvláště důležitá při přesném frézování plastů. Pokud nástroj vykazuje zjevné opotřebení, řezná činnost se postupně mění ve stlačování, což může snadno způsobit otřepy a struny. U dílů, které vyžadují dobrou kvalitu povrchu, by se pro dokončování měl použít nástroj v dobrém stavu a otáčky vřetena a posuv by se měly upravit podle vlastností materiálu, aby se snížilo třecí teplo generované během obrábění. Při přesném frézování je třeba zvážit také upevnění obrobku. Pokud je díl relativně tenký nebo má štíhlou strukturu, může nadměrná upínací síla obrobek deformovat, což způsobí změnu jeho rozměrů po uvolnění upínacího přípravku. Proto je před dokončením nutné ověřit, zda má obrobek dostatečnou oporu, zejména u tenkostěnných dílů, hlubokých drážek a velkých plastových desek.
Přesné soustružení je vhodné pro rotační díly
U rotačních dílů, jako jsou pouzdra, válcové součásti, kroužky a plastová pouzdra, lze CNC soustružení použít k obrábění vnějších průměrů, vnitřních otvorů, čelních ploch, drážek a závitů. Během soustružení plastů by měl nástroj zůstat ostrý a mělo by se minimalizovat zbytečné tření. Pokud je materiál relativně měkký a nástroj správně neodřezává třísky, mohou se kolem obrobku namotávat dlouhé, strunovité třísky. Nesprávné parametry obrábění mohou také způsobit změny rozměrů nebo povrchové zahřívání. U přesných plastových pouzder a podobných dílů lze hrubovací a dokončovací soustružení provádět odděleně. Po hrubovacím obrábění se před přesným soustružením ponechá odpovídající přídavek. To pomáhá snížit vliv napětí a deformací vznikajících při hrubovacím obrábění na konečné rozměry.
Přesné obrábění otvorů vyžaduje rozměrovou kontrolu
Otvory v plastových dílech často slouží k montáži, polohování, upevňování a rotačnímu uložení. Proto jsou průměr otvoru, rozteč otvorů, kruhovitost a přesnost polohy obvykle důležitými aspekty dokončování. Kvalita obrábění otvoru přímo ovlivňuje instalaci šroubů, uložení součástí hřídele a montážní vztah mezi více díly. Pokud je průměr otvoru příliš velký, může se uložení uvolnit; pokud je příliš malý, může se zvýšit montážní odpor a dokonce může způsobit prasknutí dílu. U hlubokých otvorů, tenkostěnných otvorů a víceděrových konstrukcí je třeba věnovat zvláštní pozornost také odvodu třísek, odvodu tepla a deformaci obrobku.
Přesné vrtání a vystružování
Běžné průchozí otvory lze vyrobit CNC vrtáním, ale pokud jsou vyžadovány užší tolerance průměru otvoru, nemusí stačit jediná vrtací operace. V závislosti na struktuře součásti a rozměrových požadavcích může po vrtání následovat vystružování nebo jiné metody přesného obrábění, aby se dosáhlo stabilnějších rozměrů otvoru. Během obrábění je nutné zajišťovat dobrý odvod třísek. Pokud plastové třísky zůstanou uvnitř otvoru po delší dobu, může se zvýšit tření mezi vrtákem a stěnou otvoru, což způsobí zvýšení teploty obráběné oblasti. Obrábění hlubokých otvorů vyžaduje zvláštní pozornost věnovanou odvádění třísek. V případě potřeby lze použít vrtání s přesným odvrtáním nebo vhodné zasunutí nástroje.
Přesné vyvrtávání zlepšuje přesnost otvorů
U plastových dílů s většími průměry otvorů a vyššími požadavky na přesnost lze pro další obrábění použít vyvrtávání. Přesné vyvrtávání umožňuje detailnější kontrolu průměru otvoru a zároveň zlepšuje stav povrchu stěny otvoru. Pokud se otvor používá pro ložiska, hřídele nebo vodicí kolíky, je třeba věnovat pozornost nejen průměru otvoru, ale také kruhovitosti, přesnosti polohy a stavu osy otvoru. Během obrábění je třeba se vyhnout nerovnoměrným upínacím silám. V opačném případě, i když parametry obráběcího stroje zůstanou stabilní, mohou se u hotového dílu stále vyskytovat rozměrové odchylky.
Srážení hran, odjehlování a povrchová úprava
Po opracování hlavních rozměrů plastového dílu je obvykle nutné hrany dodatečně ošetřit. Zkosení a odjehlení ovlivňují nejen vzhled, ale mohou také snížit kolize a poškrábání hran během montáže. U dílů s otvory, drážkami, stupni nebo tenkostěnnými konstrukcemi je pravděpodobnější, že podél hran zůstanou malé otřepy. Pokud nejsou včas odstraněny, mohou ovlivnit montáž dílu, těsnicí vlastnosti a provozní bezpečnost. Správné zkosení může zjemnit hrany, snížit koncentraci napětí a usnadnit následnou montáž. Během odjehlení by měla být síla řízena podle tvrdosti materiálu a struktury dílu, aby se zabránilo rozměrovým změnám nebo poškození povrchu způsobenému nadměrným zpracováním.
Zkosení hran zajišťuje rovnoměrnější vzhled hran
CNC srážení hran může odstranit ostré hrany a zjemnit otvory, vnější obrysy a polohy schodů. U dílů, které vyžadují instalaci šroubů, těsnění nebo jiných spojovací součásti, může vhodné srážení usnadnit montáž. Rozměry srážení by měly odpovídat technickému výkresu. Pokud neexistují žádné zvláštní požadavky, nedoporučuje se také obrábět všechny hrany s nadměrně velkými sráženími, protože odstranění příliš velkého množství materiálu může ovlivnit rozměry dílu a montážní vztahy.
Odjehlování zlepšuje stav obrobeného materiálu
Obrábění plastů může snadno způsobit malé otřepy, zejména na výstupech z vrtáků, tenkostěnných hranách a složitých drážkových otvorech. Odstraňování otřepů lze provádět ručními nástroji, jemnými řeznými nástroji nebo jinými metodami zpracování vhodnými pro daný materiál. U přesných dílů musí být síla použitá při odstraňování otřepů kontrolována, aby se zabránilo nadměrnému odstranění hrany, která byla původně v toleranci. U průhledných plastů, jako je PMMA, které mají vysoké požadavky na vzhled, je také nutné zabránit poškrábání během zpracování.
Povrchová úprava po dokončení
Některé plastové díly vyžadují po CNC obrábění leštění, pískování nebo jiné úpravy vzhledu. Je třeba poznamenat, že následné zpracování může změnit drsnost povrchu a některé úpravy mohou také ovlivnit rozměry. Proto by měly být konečné požadavky na povrch stanoveny již ve fázi návrhu. Kvalita povrchu CNC obráběných plastů obecně úzce souvisí se stavem nástroje, řeznou teplotou, parametry obrábění a odvodem třísek. Použití nižšího řezného zatížení během dokončování a udržování nástroje ostrého může pomoci snížit problémy, jako jsou otřepy, struny a lokální tavení.
Časté dotazy
Potřebují plastové díly vždy povrchovou úpravu?
Ne nutně. Pokud běžný konstrukční díl již po hrubém obrábění splňuje rozměrové a povrchové požadavky, není třeba přidávat nadměrné obráběcí kroky. U montážních dílů, těsnicích komponent, dílů pro přesné polohování nebo dílů kritických z hlediska vzhledu se konečná úprava obvykle provádí podle požadavků výkresu.
Jaký je rozdíl mezi přesným frézováním a hrubovacím frézováním?
Hrubé frézování se používá hlavně k rychlému odebrání většího množství materiálu s ponecháním odpovídajícího přídavku pro následné obrábění. Přesné frézování se zaměřuje na řízení konečných rozměrů a stavu povrchu. Řezné podmínky a účely obrábění se u obou procesů liší, takže stejné parametry nelze použít pro oba.
Proč se na plastových dílech během obrábění snadno objevují stopy po nástrojích?
Opotřebení nástroje, vibrace stroje, nevhodné řezné parametry, špatný odvod třísek a nestabilní upevnění obrobku mohou způsobit znatelné stopy po nástroji. Plasty jsou relativně citlivé na teplo a tlak. Pokud nástroj není dostatečně ostrý, je také pravděpodobnější, že se objeví rýhy a otřepy.
Lze leštit plastové díly?
Ano, ale je třeba zvážit konkrétní materiál. Některé plasty, jako je PMMA, jsou vhodné pro vysoce kvalitní leštění povrchu, zatímco POM, PTFE a další materiály vyžadují odlišné metody povrchové úpravy. Před leštěním je třeba ověřit, zda jsou změny rozměrů a textury povrchu přijatelné.
Závěr
CNC dokončování plastů vyžaduje kontrolu struktury dílu, materiálových vlastností, rozměrových tolerancí a požadavků na povrch. Roviny a vnější obrysy lze obecně zpracovávat přesným frézováním, rotační díly jsou vhodné pro přesné soustružení pro řízení vnějších průměrů a vnitřních otvorů a přesné otvory lze zpracovávat přesným vrtáním, vystružováním nebo přesným vyvrtáváním podle požadavků na průměr otvoru a tolerance. Pro zkosení a odjehlení hran by se mělo také zařídit srážení hran a odjehlování, aby se díly lépe hodily pro montáž a použití. Různé plasty se také chovají odlišně při dokončování. POM má dobrou obrobitelnost, PEEK je vysoce výkonný inženýrský plast, který vyžaduje větší pozornost věnovanou stavu nástroje a regulaci teploty během obrábění, PTFE je relativně měkký a je náchylný k vlečení nástroje a trhání povrchu, zatímco PMMA vyžaduje zvláštní pozornost věnovanou kvalitě obrábění průhledných povrchů. Parametry obrábění by neměly být určeny pouze rozměry dílu, ale měly by být také upraveny podle řezných charakteristik samotného materiálu.
U plastových dílů vyžadujících vysokou rozměrovou přesnost se doporučuje ponechat přiměřenou vůli mezi hrubováním a dokončováním a upravit konečné množství řezu podle skutečných výsledků obrábění. Po dokončení by měly být také zkontrolovány klíčové rozměry, aby se potvrdilo, zda průměr otvoru, roviny, šířka drážky, celkové rozměry a montážní polohy splňují požadavky výkresu. Pokud má díl také požadavky na vzhled, měly by být dále zkontrolovány stopy nástroje, otřepy, vybělení a lokální tavení. Mezi běžné CNC obráběné plasty v současnosti patří POM, ABS, PMMA, PVC, PEEK, PC, HDPE, PTFE a další. Vhodné materiály a metody obrábění lze zvolit podle zamýšleného použití dílu. U dílů se složitými strukturami nebo obráběnými prvky ve více směrech lze také zvolit víceosé obrábění podle skutečné struktury, aby se snížily chyby polohy způsobené opakovaným upnutím.
