نحوه انتخاب فرز انگشتی کاربید برای پلاستیک، اکریلیک و کامپوزیت

پلاستیک‌ها، اکریلیک و مواد کامپوزیتی اغلب به عنوان موادی آسان برای ماشین‌کاری در نظر گرفته می‌شوند زیرا نرم‌تر از فلز هستند، اما این فرض باعث دور ریختن قطعات بیشتری نسبت به آنچه اکثر کارگاه‌ها انتظار دارند می‌شود. اکریلیک می‌تواند در دماهای به طرز شگفت‌آوری پایین ذوب شده و دوباره به لبه برش جوش بخورد، PVC می‌تواند شیارهای طراحی شده برای فلز را مسدود کند و کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف می‌توانند لایه‌لایه شوند یا به جای برش تمیز، لبه‌ای فیبری و پاره شده باقی بگذارند. مجموعه‌ای از ابزار و پارامتر که در آلومینیوم یا فولاد به خوبی کار می‌کند، اغلب در این مواد نتیجه ضعیفی به بار می‌آورد زیرا مکانیزم‌های شکست اساساً متفاوت هستند.

این راهنما به ماشین‌کاران CNC، مهندسان فرآیند و تیم‌های خرید کمک می‌کند تا هندسه فرز انگشتی کاربید مناسب برای پلاستیک‌ها، اکریلیک و کامپوزیت‌ها را انتخاب کنند و یک استراتژی پارامتری برای کنترل حرارت و آسیب الیاف ایجاد کنند، به جای اینکه این مواد را به عنوان یک فکر ثانویه برای برش فلز در نظر بگیرند.

چرا پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها متفاوت از فلزات دچار شکست می‌شوند

سه رفتار ماده باعث اکثر مشکلات عملی در این دسته می‌شود:

• نقطه ذوب یا نرم شدن پایین. بسیاری از پلاستیک‌ها، به ویژه اکریلیک، در دماهایی که به راحتی از طریق اصطکاک ابزار طراحی شده برای فلز به دست می‌آید، شروع به نرم شدن یا ذوب شدن می‌کنند. پس از نرم شدن، ماده می‌تواند دوباره به لبه برش بچسبد، روی سطح پخش شود یا به جای جدا شدن تمیز، دوباره در جریان تراشه جوش بخورد.
• هدایت حرارتی ضعیف. مشابه تیتانیوم، بیشتر پلاستیک‌ها گرما را به طور مؤثر دور نمی‌کنند، بنابراین گرمای تولید شده در لبه برش در منطقه برش متمرکز می‌ماند به جای اینکه به توده ماده پراکنده شود.
• رفتار الیاف یا پرکننده در کامپوزیت‌ها. کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف به شیوه‌ای که پلاستیک یا فلز همگن برش می‌خورند، برش نمی‌خورند. الیاف می‌توانند به جای برش تمیز، از ماتریس جدا شوند و باعث لایه‌لایه شدن، نخ‌دار شدن یا بیرون کشیده شدن الیاف در لبه برش، به ویژه در نقاط ورود و خروج شوند.

از آنجایی که این حالت‌های شکست حرارتی و ساختاری هستند و نه عمدتاً مربوط به سختی، هندسه ابزار، تیزی لبه و تخلیه تراشه معمولاً در این گروه مواد بیش از سختی پوشش اهمیت دارند.

ملاحظات هندسی برای پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها

تعداد شیار و فضای تراشه

طراحی تک شیاره یا دو شیاره برای اکریلیک و پلاستیک‌های عمومی رایج است زیرا فضای تراشه را به حداکثر می‌رساند و تعداد لبه‌های برشی که در هر دور اصطکاک ایجاد می‌کنند را کاهش می‌دهد. این به تخلیه تراشه‌ها قبل از نرم شدن و چسبیدن مجدد آنها کمک می‌کند. برای کامپوزیت‌ها، تعداد و طراحی شیار اغلب بر اساس اولویت، یعنی پرداخت سطح بالایی تمیز، حداقل لایه‌لایه شدن در خروجی، یا تعادلی از هر دو، انتخاب می‌شود و این باید در برابر نوع الیاف و ساختار لایه خاص تأیید شود.

لبه‌های تیز و زاویه براده مثبت

یک لبه برش تیز با زاویه براده مثبت، پلاستیک را به جای فشار دادن و پخش کردن، برش می‌دهد. یک لبه کند یا به شدت صیقل داده شده اصطکاک و گرما را افزایش می‌دهد، که محرک اصلی ذوب و جوش مجدد در اکریلیک و ترموپلاستیک‌های مشابه است. در کامپوزیت‌ها، تیزی لبه بر اینکه آیا الیاف به طور تمیز برش می‌خورند یا از ماتریس جدا می‌شوند، تأثیر می‌گذارد.

شیارهای صیقلی و سطح براده

یک شیار و سطح براده بسیار صیقلی، اصطکاک را که باعث چسبیدن و انباشته شدن پلاستیک نرم شده به جای تخلیه می‌شود، کاهش می‌دهد. این صیقل به طور عملکردی شبیه نقش آن درماشین‌کاری آلومینیوم است، اگرچه پرداخت و هندسه خاص مناسب برای پلاستیک‌ها باید برای ماده دقیق تأیید شود و نباید از ابزار برش فلز فرض شود.

هندسه‌های تخصصی برای کامپوزیت‌ها

مواد کامپوزیتی، به ویژه آنهایی که دارای تقویت‌کننده الیاف ساینده هستند، اغلب از هندسه‌ها و آماده‌سازی‌های لبه‌ای بهره می‌برند که برای برش الیاف به جای پاره کردن آنها طراحی شده‌اند، به خصوص در مرزهای لایه و نقاط خروجی برش. در جایی که یک ابزار استاندارد به طور مکرر باعث لایه‌لایه شدن یا بیرون کشیده شدن الیاف در یک لایه خاص می‌شود،یک ابزار فرز سفارشی که بر اساس جهت الیاف و ساختار لایه طراحی شده است، ممکن است کنترل بهتری نسبت به یک ابزار عمومی ارائه دهد.

ملاحظات پوشش و زیرلایه

بسیاری از پلاستیک‌ها و اکریلیک‌ها با ابزارهای کاربید بدون پوشش و صیقلی به طور مؤثر ماشین‌کاری می‌شوند، زیرا اولویت یک لبه تیز و کم اصطکاک است تا مقاومت در برابر سایش ساینده از قطعه کار سخت. مواد کامپوزیتی، به ویژه آنهایی که دارای تقویت‌کننده الیاف شیشه یا کربن هستند، می‌توانند ساینده ابزار باشند، حتی اگر سبک‌تر از فلز باشند، و انتخاب پوشش یا زیرلایه برای این مواد باید با تأمین کننده ابزار بر اساس محتوای الیاف و نوع ماتریس خاص تأیید شود و نباید از پیش‌فرض برش فلز یا برش پلاستیک فرض شود.

یک استراتژی پارامتری برای پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها

با احتیاط شروع کنید و در تنظیمات واقعی اعتبارسنجی کنید

سرعت برش و مقادیر پیشروی برای پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها باید به عنوان یک مرجع اولیه در نظر گرفته شوند، نه یک تنظیم تضمین شده. مقدار صحیح به درجه ماده خاص، هندسه ابزار، استحکام ماشین، نگهداری قطعه کار و اینکه آیا از خنک‌کننده یا دمنده هوا برای تخلیه تراشه استفاده می‌شود، بستگی دارد. هر پارامتر اولیه را قبل از اینکه به عنوان یک فرآیند دائمی در نظر گرفته شود، در ماشین و تنظیمات واقعی تأیید کنید.

قبل از ذوب شدن، گرما را مدیریت کنید

از آنجایی که بسیاری از پلاستیک‌ها در دماهای نسبتاً پایین نرم می‌شوند، کنترل حرارت اغلب مهمترین متغیر در فرآیند است. این می‌تواند شامل تخلیه تراشه با دمنده هوا یا کمک خنک‌کننده، سرعت اسپیندل مناسب برای قطر ابزار و اجتناب از مالش طولانی مدت در هر نقطه از برش باشد. کاهش پیشروی به عنوان یک پاسخ پیش‌فرض به ذوب شدن گاهی اوقات می‌تواند مشکل را با افزایش زمان ماندگاری و گرما در لبه برش بدتر کند به جای اینکه کمک کند.

ورود و خروج در کامپوزیت‌ها را کنترل کنید

لایه‌لایه شدن و بیرون کشیده شدن الیاف در کامپوزیت‌ها اغلب در نقاط ورود و خروج متمرکز می‌شوند، جایی که پشتیبانی از الیاف کاهش می‌یابد. استراتژی‌های مسیر ابزار که درگیری را در این انتقال‌ها کنترل می‌کنند، همراه با مواد پشتیبان یا حمایتی در صورت امکان، می‌تواند آسیب لبه را در مقایسه با یک مسیر اصلاح نشده که برای فلز طراحی شده است، کاهش دهد.

تخلیه کافی تراشه را حفظ کنید

تراشه‌هایی که به طور مؤثر پاک نمی‌شوند می‌توانند دوباره برش بخورند، گرمای اضافی تولید کنند و خطر چسبندگی مجدد در ترموپلاستیک‌ها یا آسیب اضافی الیاف در کامپوزیت‌ها را افزایش دهند. کمک دمنده هوا در ماشین‌کاری پلاستیک‌ها رایج است، جایی که خنک‌کننده غرقابی استفاده نمی‌شود یا برای ماده مناسب نیست.

یک متغیر را در یک زمان تنظیم کنید

هنگام عیب‌یابی مشکل فرزکاری پلاستیک یا کامپوزیت، سرعت اسپیندل، پیشروی، هندسه ابزار یا روش تخلیه تراشه را یکی یکی تغییر دهید و نتیجه را ثبت کنید. تنظیم چندین متغیر به طور همزمان ممکن است نتیجه بهبود یافته‌ای به بار آورد بدون اینکه مشخص شود کدام تغییر مسئول بوده است.

اشتباهات رایج در فرزکاری پلاستیک و کامپوزیت

اعمال مستقیم پارامترهای برش فلز

داده‌های برش توسعه یافته برای آلومینیوم یا فولاد به طور مستقیم به پلاستیک‌ها یا کامپوزیت‌ها منتقل نمی‌شوند زیرا مکانیزم‌های شکست حرارتی و ساختاری هستند و نه عمدتاً ساینده. پارامترهای اولیه مخصوص ماده باید از تأمین کننده ابزار برای ماده و ابزار دقیق درخواست شود.

استفاده از ابزار کند یا فرسوده فراتر از عمر مفید آن

ابزاری که هنوز در فلز به طور قابل قبولی کار می‌کند، می‌تواند باعث ذوب شدن، پخش شدن یا پارگی الیاف در پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها شود، بسیار قبل از اینکه سایش معمولی نشان دهد، زیرا آستانه گرما و اصطکاک برای شکست در این مواد پایین‌تر است.

نادیده گرفتن تخلیه تراشه

تراشه‌هایی که در شیارها انباشته می‌شوند به جای تخلیه تمیز، می‌توانند در ترموپلاستیک‌ها دوباره بچسبند یا باعث آسیب ثانویه الیاف در کامپوزیت‌ها شوند. تأیید کنید که هندسه شیار انتخاب شده و هرگونه کمک دمنده هوا یا خنک‌کننده برای عملیات کافی است.

در نظر گرفتن تمام پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها به عنوان یک گروه ماده

اکریلیک، PVC، نایلون و کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف در زیر برش رفتار متفاوتی دارند. نباید فرض کرد که یک هندسه، آماده‌سازی لبه یا مجموعه پارامتر که برای یک ماده تأیید شده است، مستقیماً به ماده دیگر منتقل می‌شود، مگر اینکه تأیید شود.

دست کم گرفتن شرایط ورود و خروج در کامپوزیت‌ها

بسیاری از مشکلات لایه‌لایه شدن و بیرون کشیده شدن الیاف به جای درگیری حالت پایدار، در نقطه ورود یا خروج برش رخ می‌دهند. بررسی استراتژی مسیر ابزار در این انتقال‌ها اغلب مفیدتر از تنظیم کلی سرعت و پیشروی به تنهایی است.

سوالات متداول

چرا اکریلیک حتی در سرعت‌های برش متوسط ذوب می‌شود؟

اکریلیک دمای نرم شدن نسبتاً پایینی دارد و گرما را به طور مؤثر دور نمی‌کند، بنابراین اصطکاک در لبه برش می‌تواند دمای محلی را به سرعت بالا ببرد. یک ابزار تیز، صیقلی و کم اصطکاک همراه با تخلیه کافی تراشه به محدود کردن تجمع گرما قبل از رسیدن به نقطه نرم شدن کمک می‌کند.

آیا باید از ابزار تک شیاره یا چند شیاره برای پلاستیک‌ها استفاده کنم؟

طراحی تک شیاره یا دو شیاره برای اکریلیک و پلاستیک‌های عمومی رایج است زیرا فضای تراشه را به حداکثر می‌رساند و اصطکاک در هر دور را کاهش می‌دهد، اما انتخاب صحیح به ماده خاص، ضخامت دیواره و نیاز به پرداخت بستگی دارد. تعداد شیار را برای کاربرد دقیق با تأمین کننده ابزار تأیید کنید.

چه چیزی باعث لایه‌لایه شدن در مواد کامپوزیتی می‌شود؟

لایه‌لایه شدن اغلب ناشی از پاره شدن الیاف از ماتریس به جای برش تمیز آنها، به ویژه در نقاط ورود و خروج که پشتیبانی از الیاف کاهش می‌یابد، رخ می‌دهد. هندسه ابزار، تیزی لبه و استراتژی مسیر ابزار در این انتقال‌ها همگی بر نتیجه تأثیر می‌گذارند.

آیا مواد کامپوزیتی به پوشش متفاوتی نسبت به پلاستیک‌ها نیاز دارند؟

لزوماً پوشش یکسان نیست، اما انتخاب زیرلایه و پوشش باید منعکس کننده این باشد که برخی کامپوزیت‌ها به دلیل تقویت الیاف ساینده ابزار هستند، در حالی که بسیاری از پلاستیک‌ها یک لبه تیز و کم اصطکاک را بر مقاومت در برابر سایش اولویت می‌دهند. ترکیب مناسب را برای محتوای الیاف و نوع ماتریس خاص تأیید کنید.

چه اطلاعاتی را باید هنگام درخواست توصیه فرز انگشتی برای پلاستیک یا کامپوزیت ارائه دهم؟

ماده و درجه خاص (شامل نوع و محتوای الیاف برای کامپوزیت‌ها)، ضخامت دیواره یا هندسه ویژگی، هندسه ابزار فعلی در صورت امکان، جزئیات اسپیندل و ماشین، پارامترهای برش فعلی، روش تخلیه تراشه و عکس‌های هرگونه ذوب شدن، پخش شدن یا لایه‌لایه شدن مشاهده شده را ارائه دهید.

نتیجه‌گیری

چالش‌های ماشین‌کاری پلاستیک‌ها، اکریلیک و کامپوزیت عمدتاً ناشی از نقاط ذوب پایین، اتلاف حرارت ضعیف و رفتار الیاف است و نه از سختی. انتخاب تعداد شیار مناسب، لبه براده مثبت تیز و سطح صیقلی، همراه با یک استراتژی پارامتری که گرما را مدیریت می‌کند و شرایط ورود و خروج در کامپوزیت‌ها را کنترل می‌کند، پایه‌ای پایدارتر برای این عملیات نسبت به اعمال مستقیم شیوه‌های برش فلز فراهم می‌کند.

شرکت Supal (Changzhou) Precision Tools Co., Ltd. تامین کنندهفرزهای انگشتی کاربید و راهکارهای برش سفارشی برای پلاستیک‌ها، کامپوزیت‌ها و سایر مواد تخصصی است. برای بررسی یک برنامه فرزکاری پلاستیک یا کامپوزیت،با Supal تماس بگیرید با درجه ماده، هندسه ویژگی، ابزار و پارامترهای فعلی، روش تخلیه تراشه و هرگونه عکس از ذوب شدن، پخش شدن یا لایه‌لایه شدن مشاهده شده. این اطلاعات به شناسایی هندسه ابزار مناسب و یک فرآیند اولیه عملی برای اعتبارسنجی روی ماشین کمک می‌کند.