Obróbka skrawaniem tworzyw sztucznych

Obróbka skrawaniem tworzyw sztucznych źródło: Adobe Stock – Pixel_B

Wytworzenie detalu z tworzywa sztucznego wymaga przeprowadzenia często kilku procesów. Choć już formowanie wtryskowe nadaje przedmiotowi określony kształt, niezbędne może się okazać jeszcze obróbka skrawaniem. Podobnie jak w przypadku metali na obrabiarkach CNC można przeprowadzić również m.in. frezowanie, toczenie czy wiercenie materiałów polimerowych.

W procesach przetwórstwa tworzyw sztucznych najpopularniejszą technologią jest formowanie wtryskowe, choć często stosuje się także m.in. termoformowanie, odlewanie rotacyjne czy wytłaczanie. W ostatnim czasie coraz częściej do produkcji elementów z tworzywa sztucznego stosuje się również druk 3D. 

I choć powyższe metody są obecnie najczęściej stosowane do obróbki tworzyw sztucznych, warto mieć na uwadze, że polimery można przetwarzać także przy pomocy obrabiarek. W przypadku obróbki maszynowej istotne jest dobranie odpowiednich parametrów procesu i narzędzi skrawających, które poradzą sobie z danym rodzajem tworzywa sztucznego.

Obróbka skrawaniem tworzyw sztucznych – rodzaje

Wybór odpowiedniej metody kształtowania tworzyw sztucznych zależy od bardzo wielu czynników, m.in. od wielkości elementu, stopnia skomplikowania jego kształtu i rodzaju materiału polimerowego. Zależy także od tego, czy mamy do czynienia z produkcją wielkoseryjną, czy jednostkową albo prototypowaniem.

W wielu przypadkach konieczna może okazać się obróbka skrawaniem, w której nadanie określonego kształtu odbywa się poprzez usunięcie nadmiaru materiału (tzw. naddatku). W ramach obróbki skrawaniem wyróżniamy kilka różnych procesów. Te najważniejsze to frezowanie, toczenie, wiercenie i gwintowanie. W każdym z tych procesów istotną rolę odgrywają narzędzia skrawające, które mogą się różnić materiałem wykonania, geometrią i liczbą ostrzy.

Choć pewne procesy obróbcze na detalach z tworzyw sztucznych można przeprowadzać ręcznie, to generalnie w przypadku przemysłowych procesów mówimy o automatycznych procesach skrawania. Obróbka skrawaniem na tradycyjnych frezarkach lub tokarkach obecnie sprawdza się raczej przy wytwarzaniu niewielkich partii części. Wprawdzie właściwie przeprowadzona zapewnia odpowiednią powtarzalność, jednak proces ten jest raczej dość czasochłonny, a ryzyko popełnienia błędu jest stosunkowo duże.

Dlatego też branża obróbki tworzyw sztucznych coraz częściej sięga po obrabiarki CNC. Dzięki sterowaniu numerycznemu powtarzalność jest w nich na dużo wyższym poziomie. Łatwiej też można wykonać bardziej skomplikowane kształty. Po wgraniu odpowiedniego programu to maszyna sama wykonuje większość czynności – ryzyko błędu jest więc dużo niższe. Poza tym obrabiarki CNC zapewniają dużo większą szybkość skrawania, z powodzeniem mogą więc wytwarzać dużą liczbę produktów.

Co również bardzo ważne, obróbkę skrawaniem tworzyw sztucznych można w większości przypadków wykonać na tradycyjnych obrabiarkach przeznaczonych do metali, a nawet do drewna. Oczywiście inne będą parametry samego procesu obróbczego, a także wykorzystane narzędzia skrawające. Dla przedsiębiorcy dobrą informacją jest jednak to, że nie musi inwestować dużych środków finansowych w zakup nowej maszyny.

Jakie narzędzia do obróbki tworzyw sztucznych?

Bez względu na to, czy mówimy o frezach, wiertłach, czy płytkach do toczenia, obróbka tworzyw sztucznych wymaga użycia odpowiednio dopasowanych narzędzi. Trzeba bowiem pamiętać, że wraz ze wzrostem temperatury (co może mieć miejsce w przypadku obróbki) istnieje ryzyko miejscowego topnienia obrabianego tworzywa czy też zmiana jego barwy.

Użyte narzędzia powinny mieć więc odpowiednią ostrość i kąt przyłożenia, żeby tylko krawędź tnąca miała kontakt z powierzchnią materiału. Ważne jest także dobre odprowadzanie wiórów, ponieważ wraz z nimi będzie odprowadzany nadmiar ciepła.

Do skrawania tworzyw o nieznacznej twardości w zupełności wystarczą narzędzia wykonane ze stali szybkotnącej lub stali węglowej. Narzędzia z węglika spiekanego będą konieczne natomiast przy obróbce wzmacnianych tworzyw. Z kolei narzędzia ceramiczne lub z węglika wolframu mogą okazać się niezbędne w procesach skrawania np. materiałów wzmocnionych włóknem węglowym.

Ważne parametry obróbki tworzyw sztucznych

Poza narzędziami skrawającymi na odpowiednią jakość i wydajność obróbki największy wpływ mają odpowiednio dobrane parametry procesu. Prędkość skrawania określa prędkość ruchu narzędzia podczas obróbki. Od tego parametru w dużej mierze zależy wydajność obróbki, jednak trzeba pamiętać, że zbyt duże prędkości mogą prowadzić do szybkiego zużywania się narzędzi.

Prędkość skrawania zależy od obrabianego materiału i rodzaju narzędzia, a także od wydajności obrabiarki. Prędkość posuwu natomiast to prędkość przemieszczania się detalu podczas obróbki. Jeśli będzie ona zbyt wysoka, istnieje ryzyko nadmiernego wzrostu temperatury. Może też przyczyniać się do zwiększania szorstkości na powierzchni obrabianego detalu. Natomiast jeśli prędkość posuwu będzie zbyt mała, zmniejszy się wydajność procesu obróbczego.

Poza dwoma powyższymi parametrami w pewnych sytuacjach istotne mogą być również inne parametry, np. głębokość obróbki czy też prześwit cięcia. W każdym przypadku należy je dopasować przede wszystkim do charakteru obróbki i obrabianego tworzywa sztucznego.

Chłodzenie podczas obróbki skrawaniem tworzyw sztucznych

Żeby uniknąć nadmiernego wzrostu temperatury obrabianego tworzywa sztucznego, która może prowadzić do pogorszenia jakości obrabianej powierzchni i zmiany jego wymiarów, stosuje się różne środki. Utrzymanie odpowiedniej temperatury mogą zapewnić już odpowiednio dobrane narzędzia i parametry obróbki, dlatego w wielu przypadkach nie ma konieczności stosowania oddzielnych systemów chłodzenia.

Nie oznacza to jednak, że taka sytuacja będzie zawsze. Stosowanie chłodziw jest także ważne dla skutecznego odprowadzania wiórów z miejsca obróbki.

Do chłodzenia podczas obróbki tworzyw sztucznych odpowiednie mogą się okazać sprężone powietrze, woda lub chłodziwa rozpuszczane w wodzie. Bardzo dobrze sprawdzają się także emulsje olejowe. Nie powinno się ich jednak stosować w przypadku obróbki tych tworzyw, które są podatne na pękanie powierzchniowe.

Wykorzystanie tworzyw sztucznych na szeroką skalę w różnych branżach wymusza stosowanie wobec nich różnych technologii przetwarzania. Obróbka skrawaniem jest metodą obróbczą, która umożliwia otrzymanie różnych, także dość skomplikowanych kształtów. Jest szybkim i wydajnym procesem, a dzięki wykorzystaniu sterowania CNC zapewnia dużą powtarzalność i dokładność, czym wciąż będzie przewyższać m.in. wytwarzanie produktów metodą druku 3D.

Tagi artykułu

MM Magazyn Przemysłowy 5-6/2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę