CNC konečná úprava plastov je dôležitou fázou obrábania používanou pri výrobe plastových dielov na zlepšenie rozmerovej presnosti, kvality povrchu a stavu hrán. Po hrubom obrábaní má plastový diel zvyčajne svoj základný tvar a štruktúru, ale ak je požadovaná vyššia rozmerová presnosť, menšie tolerancie priemeru otvoru, plochejšie obrobené povrchy alebo čistejší vzhľad, je potrebná ďalšia konečná úprava. Keďže materiály ako POM, PEEK, PTFE, ABS, PC, PMMA, PVC a PPS sa líšia tvrdosťou, húževnatosťou, tepelnou odolnosťou a reznými vlastnosťami, líšia sa aj ich správanie pri obrábaní. Plasty majú vo všeobecnosti nízku tepelnú vodivosť, takže teplo generované počas obrábania má tendenciu sa koncentrovať v kontaktnej oblasti medzi rezným nástrojom a obrobkom. Ak sú rezné podmienky nevhodné, môže dôjsť k zmäknutiu materiálu, otrepovaniu, strihaniu, bieleniu, stopám po nástroji a dokonca aj lokálnemu taveniu. Preto CNC konečná úprava plastov vyžaduje nielen rozmerovú kontrolu, ale aj kontrolu rezného tepla, ostrosti nástroja, odvádzania triesok a upnutia obrobku.
Medzi bežné procesy konečnej úpravy patrí presné frézovanie, presné sústruženie, presné vyvrtávanie, presné vŕtanie, zrážanie hrán, odhrotovanie a leštenie. Pri súčiastkach so zložitými štruktúrami sa môže použiť aj viacosové CNC obrábanie na zníženie opakovaného upnutia a zlepšenie kvality obrábania zakrivených plôch a prvkov vo viacerých uhloch. Ak má výrobok po obrábaní vyššie požiadavky na vzhľad alebo povrchový pocit, je možné podľa materiálu a prostredia použitia zabezpečiť vhodnú povrchovú úpravu. Preto je pri výbere CNC procesu konečnej úpravy plastov potrebné najprv potvrdiť skutočné rozmerové a povrchové požiadavky súčiastky a potom určiť vhodnú metódu obrábania. Nie každá plastová súčiastka vyžaduje zložité následné spracovanie. Rozumná kontrola krokov obrábania môže zabezpečiť kvalitu súčiastky a zároveň sa vyhnúť zbytočným nákladom na spracovanie.
Presné frézovanie je bežný proces konečnej úpravy plastov
Presné frézovanie riadi tvar a kvalitu povrchu
Presné frézovanie sa používa hlavne na spracovanie rovín, strán, stupňov, drážok a zložitých kontúr plastových dielov. Pri hrubom obrábaní sa zvyčajne rezervuje určitý prídavok na obrábanie. Presné frézovanie potom odstráni tenkú vrstvu materiálu, aby sa konečné rozmery priblížili požiadavkám výkresu. Ostrosť nástroja je obzvlášť dôležitá pri presnom frézovaní plastov. Ak nástroj vykazuje zjavné opotrebovanie, rezná činnosť sa postupne mení na stláčanie, čo môže ľahko spôsobiť otrepy a strihanie. Pri dieloch, ktoré vyžadujú dobrú kvalitu povrchu, by sa na dokončovanie mal použiť nástroj v dobrom stave a otáčky vretena a rýchlosť posuvu by sa mali upraviť podľa charakteristík materiálu, aby sa znížilo trecie teplo generované počas obrábania. Pri presnom frézovaní je potrebné zvážiť aj upevnenie obrobku. Ak je diel relatívne tenký alebo má štíhlu štruktúru, nadmerná upínacia sila môže obrobok deformovať, čo spôsobí zmenu jeho rozmerov po uvoľnení upínacieho prípravku. Preto je pred dokončovaním potrebné overiť, či má obrobok dostatočnú oporu, najmä pri tenkostenných dieloch, hlbokých drážkach a veľkých plastových doskách.
Presné sústruženie je vhodné pre rotačné diely
Pri rotačných súčiastkach, ako sú puzdrá, valcové komponenty, krúžky a plastové puzdrá, sa CNC sústruženie môže použiť na obrábanie vonkajších priemerov, vnútorných otvorov, čelných plôch, drážok a závitov. Počas sústruženia plastov by mal nástroj zostať ostrý a malo by sa minimalizovať zbytočné trenie. Ak je materiál relatívne mäkký a nástroj správne nereže triesky, môžu sa okolo obrobku namotať dlhé, strunovité triesky. Nesprávne parametre obrábania môžu tiež spôsobiť zmeny rozmerov alebo povrchové zahrievanie. Pri presných plastových puzdrách a podobných súčiastkach je možné hrubovacie a dokončovacie sústruženie vykonávať samostatne. Po hrubovaní sa pred presným sústružením ponechá primeraný prídavok. To pomáha znížiť vplyv napätia a deformácie vznikajúcej počas hrubovania na konečné rozmery.
Presné obrábanie otvorov vyžaduje rozmerovú kontrolu
Otvory v plastových dieloch často slúžia na montáž, polohovanie, upevňovanie a rotačné uloženie. Preto sú priemer otvoru, rozostup otvorov, kruhovitosť a presnosť polohy zvyčajne dôležitými aspektmi konečnej úpravy. Kvalita obrábania otvoru priamo ovplyvňuje inštaláciu skrutiek, uloženie komponentov hriadeľa a montážny vzťah medzi viacerými dielmi. Ak je priemer otvoru príliš veľký, uloženie sa môže uvoľniť; ak je príliš malý, môže sa zvýšiť montážny odpor a dokonca môže spôsobiť prasknutie dielu. Pri hlbokých otvoroch, tenkostenných otvoroch a viacotvorových konštrukciách je potrebné venovať osobitnú pozornosť aj odvodu triesok, odvodu tepla a deformácii obrobku.
Presné vŕtanie a vystružovanie
Bežné priechodné otvory je možné vyrobiť CNC vŕtaním, ale ak sú potrebné užšie tolerancie priemeru otvoru, nemusí stačiť jedno vŕtanie. V závislosti od štruktúry súčiastky a rozmerových požiadaviek môže po vŕtaní nasledovať vystružovanie alebo iné metódy presného obrábania, aby sa dosiahli stabilnejšie rozmery otvoru. Počas obrábania je potrebné zaistiť dobrý odvod triesok. Ak plastové triesky zostanú vo vnútri otvoru dlhší čas, môže sa zvýšiť trenie medzi vrtákom a stenou otvoru, čo spôsobí zvýšenie teploty obrábanej oblasti. Obrábanie hlbokých otvorov si vyžaduje osobitnú pozornosť pri odvádzaní triesok. V prípade potreby je možné použiť vŕtanie s prepichnutím alebo vhodné zasunutie nástroja.
Presné vyvŕtavanie zlepšuje presnosť otvorov
Pre plastové diely s väčšími priemermi otvorov a vyššími požiadavkami na presnosť je možné na ďalšie obrábanie použiť vyvŕtavanie. Presné vyvŕtavanie umožňuje detailnejšiu kontrolu priemeru otvoru a zároveň zlepšuje stav povrchu steny otvoru. Ak sa otvor používa pre ložiská, hriadele alebo vodiace kolíky, treba venovať pozornosť nielen priemeru otvoru, ale aj kruhovitosti, presnosti polohy a stavu osi otvoru. Počas obrábania by sa malo zabrániť nerovnomerným upínacím silám. V opačnom prípade, aj keď parametre obrábacieho stroja zostanú stabilné, môžu sa v hotovom diele stále vyskytnúť rozmerové odchýlky.
Zrážanie hrán, odhrotovanie a povrchová úprava
Po opracovaní hlavných rozmerov plastového dielu si hrany zvyčajne vyžadujú dodatočné ošetrenie. Zkosenie a odhrotovanie ovplyvňujú nielen vzhľad, ale môžu tiež znížiť prekážky a poškriabanie hrán počas montáže. Pri dieloch s otvormi, drážkami, stupňami alebo tenkostennými konštrukciami je pravdepodobnejšie, že pozdĺž hrán zostanú malé otrepy. Ak sa včas neodstránia, môžu ovplyvniť montáž dielu, tesniace vlastnosti a prevádzkovú bezpečnosť. Správne zkosenie môže vyhladiť hrany, znížiť koncentráciu napätia a uľahčiť následnú montáž. Počas odhrotovania by sa mala sila regulovať podľa tvrdosti materiálu a štruktúry dielu, aby sa predišlo rozmerovým zmenám alebo poškodeniu povrchu spôsobenému nadmerným spracovaním.
Zkosenie hrán robí hrany jednotnejšími
CNC skosenie môže odstrániť ostré hrany a vyhladiť otvory, vonkajšie obrysy a polohy stupňov. Pri súčiastkach, ktoré vyžadujú montáž skrutiek, tesnení alebo iných spájacích komponentov, môže vhodné skosenie uľahčiť montáž. Rozmery skosenia by mali zodpovedať technickému výkresu. Ak neexistujú žiadne špeciálne požiadavky, neodporúča sa obrábať všetky hrany s nadmerne veľkými skoseniami, pretože odstránenie príliš veľkého množstva materiálu môže ovplyvniť rozmery súčiastky a montážne vzťahy.
Odhrotovanie zlepšuje stav obrábaného materiálu
Obrábanie plastov môže ľahko vytvárať malé otrepy, najmä na výstupoch z vrtákov, tenkostenných hranách a zložitých otvoroch drážok. Odhrotovanie sa môže vykonávať pomocou ručného náradia, nástrojov na jemné rezanie alebo iných metód spracovania vhodných pre daný materiál. Pri presných dieloch musí byť sila použitá počas odhrotovania kontrolovaná, aby sa zabránilo nadmernému odstráneniu hrany, ktorá bola pôvodne v rámci tolerancie. Pri priehľadných plastoch, ako je PMMA, ktoré majú vysoké požiadavky na vzhľad, je tiež potrebné zabrániť poškriabaniu počas spracovania.
Povrchová úprava po dokončení
Niektoré plastové diely vyžadujú po CNC obrábaní leštenie, pieskovanie alebo iné úpravy vzhľadu. Treba si uvedomiť, že následné spracovanie môže zmeniť drsnosť povrchu a niektoré úpravy môžu ovplyvniť aj rozmery. Preto by sa konečné požiadavky na povrch mali určiť už počas fázy návrhu. Kvalita povrchu CNC obrábaných plastov vo všeobecnosti úzko súvisí so stavom nástroja, reznou teplotou, parametrami obrábania a odvodom triesok. Použitie menšieho rezného zaťaženia počas dokončovania a udržiavanie nástroja ostrého môže pomôcť znížiť problémy, ako sú otrepy, strihanie a lokálne tavenie.
Bežné otázky
Potrebujú plastové diely vždy povrchovú úpravu?
Nie nevyhnutne. Ak bežný konštrukčný diel už po hrubom opracovaní spĺňa rozmerové a povrchové požiadavky, nie je potrebné pridávať nadmerné kroky opracovania. V prípade montážnych dielov, tesniacich komponentov, dielov s presným polohovaním alebo dielov kritických z hľadiska vzhľadu sa konečná úprava zvyčajne riadi požiadavkami výkresu.
Aký je rozdiel medzi presným frézovaním a hrubým frézovaním?
Hrubé frézovanie sa používa hlavne na rýchle odstránenie väčšieho množstva materiálu s ponechaním primeraného priestoru pre následné obrábanie. Presné frézovanie sa zameriava na kontrolu konečných rozmerov a stavu povrchu. Rezné podmienky a účely obrábania týchto dvoch procesov sú odlišné, takže rovnaké parametre nemožno úplne aplikovať na oba.
Prečo sa na plastových dieloch počas obrábania ľahko vytvárajú stopy po nástrojoch?
Opotrebovanie nástroja, vibrácie stroja, nevhodné parametre rezania, zlý odvod triesok a nestabilné upevnenie obrobku môžu spôsobiť viditeľné stopy po nástroji. Plasty sú relatívne citlivé na teplo a tlak. Ak nástroj nie je dostatočne ostrý, je pravdepodobnejšie, že sa vytvoria šnúry a otrepy.
Môžu sa plastové diely leštiť?
Áno, ale je potrebné zvážiť konkrétny materiál. Niektoré plasty, ako napríklad PMMA, sú vhodné na vysoko kvalitné leštenie povrchu, zatiaľ čo POM, PTFE a iné materiály vyžadujú odlišné metódy povrchovej úpravy. Pred leštením by sa malo overiť, či sú zmeny rozmerov a textúry povrchu prijateľné.
Záver
CNC konečná úprava plastov vyžaduje kontrolu štruktúry súčiastky, materiálových vlastností, rozmerových tolerancií a požiadaviek na povrch. Roviny a vonkajšie obrysy sa vo všeobecnosti dajú spracovať presným frézovaním, rotačné súčiastky sú vhodné na presné sústruženie na kontrolu vonkajších priemerov a vnútorných otvorov a presné otvory sa dajú spracovať presným vŕtaním, vystružovaním alebo presným vyvŕtavaním podľa požiadaviek na priemer otvoru a tolerancie. Na okrajoch by sa malo zabezpečiť aj zrazenie hran a odhrotovanie, aby boli súčiastky vhodnejšie na montáž a použitie. Rôzne plasty sa tiež správajú odlišne počas konečnej úpravy. POM má dobrú obrobiteľnosť, PEEK je vysoko výkonný technický plast, ktorý vyžaduje väčšiu pozornosť venovanú stavu nástroja a regulácii teploty počas obrábania, PTFE je relatívne mäkký a je náchylný na ťahanie nástroja a trhanie povrchu, zatiaľ čo PMMA vyžaduje osobitnú pozornosť venovanú kvalite obrábania priehľadných povrchov. Parametre obrábania by sa nemali určovať iba rozmermi súčiastky, ale mali by sa upravovať aj podľa rezných charakteristík samotného materiálu.
Pri plastových dieloch vyžadujúcich vysokú rozmerovú presnosť sa odporúča ponechať primeranú medzeru medzi hrubovaním a dokončovaním a upraviť konečné množstvo rezu podľa skutočných výsledkov obrábania. Po dokončení by sa mali skontrolovať aj kľúčové rozmery, aby sa potvrdilo, či priemer otvoru, roviny, šírka drážky, celkové rozmery a montážne polohy spĺňajú požiadavky výkresu. Ak má diel aj požiadavky na vzhľad, mali by sa ďalej skontrolovať stopy nástroja, otrepy, vyblednutie a lokálne tavenie. Medzi bežné CNC obrábané plasty v súčasnosti patria POM, ABS, PMMA, PVC, PEEK, PC, HDPE, PTFE a ďalšie. Vhodné materiály a metódy obrábania je možné zvoliť podľa zamýšľaného použitia dielu. Pri dieloch so zložitými štruktúrami alebo obrábaním vo viacerých smeroch je možné zvoliť aj viacosové obrábanie podľa skutočnej štruktúry, aby sa znížili chyby polohy spôsobené opakovaným upnutím.
