Obróbka CNC tworzyw sztucznych

fot. Rys. 1. Obróbka CNC tworzyw sztucznych

W obecnym, szeroko rozumianym przemyśle dużą rolę odgrywają urządzenia programowalne, cechujące się wysoką powtarzalnością i niezawodnością. Chcąc wykonać jakiś precyzyjny element (lub serię takich elementów), jak kątownik albo tuleja, konieczne jest nie tylko jego dokładne zaprojektowanie, ale i wykonanie. Stąd duża popularność obrabiarek CNC (Computerized Numerical Control), pozwalających na szybki i, co najważniejsze, tanie wykonanie takich części.

Czym jest obróbka CNC?

Terminem tym określa się wszystkie operacje związane z obróbką materiału za pomocą urządzeń sterowanych komputerowo, do których zalicza się głównie frezarki i tokarki. Żądany przez nas obiekt należy najpierw zaprojektować - służą do tego programy typu CAD (Computer Aided Design), w których dodatkowo możemy przeprowadzić wstępną symulację takiej obróbki. Dzięki modułowi “Manufacturing” w programie Siemens NX jesteśmy w stanie dobrać odpowiednie narzędzia (frezy, wiertła, nawiertaki), zaprogramować w kolejności odpowiedni rodzaj obróbki (skrawanie, toczenie, wiercenie), a także jej dokładność (zgrubna, dokładana). Tak przygotowaną symulację zapisuje się potem w języku programowania GRIP i oddaje technikom, by przygotowali maszynę CNC, a następnie wgrali do niej program. Gdy program został wykonany w odpowiedni, tj. zgodny ze standardami sposób, to po jakimś czasie uzyskamy żądany przedmiot wykonany z dużą dokładnością.

Sama maszyna CNC składa się ze stołu, na którym umieszczamy próbkę materiału - to z niego zostanie wykonany nasz przedmiot. Dokładnie nad stołem znajduje się automatyczne sterowane ramię z zamontowanym na dole chwytem. Gdy symulacja została przygotowana we właściwy sposób, to ramię samo wybierze potrzebne w danej chwili narzędzie i przeprowadzi żądaną obróbkę. Całość otoczona jest osłoną, zapobiegjącą wydostaniu się wiórów i innych pozostałości po pierwotnym materiale. Maszyną CNC sterujemy za pomocą panelu zamontowanego na przodzie urządzenia - tam również możemy podłączyć przenośny dysk wyposażony w interfejs USB (na przykład pendrive), na którym znajduje się przygotowany program.

Istnieje wiele różnych klas urządzeń wykonujących obróbkę materiału, ale najpopularniejszy podział, to ten ze względu na liczbę osi, w jakich może pracować obrabiarka. Aktualnie najbardziej pożądane są maszyny pięcioosiowe, oferujące wysoką dokładność i szeroki zakres prac.

Co możemy poddać obróbce CNC?

Materiały na jakich możemy przeprowadzać obróbkę CNC zależą tak naprawde od potrzeb klienta - często odbiorca nie ma sprecyzowanych oczekiwań, co do materiału, z jakiego powinien być wykonany detal. Przedmiot taki wytrzymać ma określone obciążenia mechaniczne lub ma “przepracować” odpowiednią liczbę cykli. Oprócz wszelkiego rodzaju stopów metali dużą popularność zyskują też tworzywa sztuczne. Wśród najpopularniejszych możemy znaleźć:

• Poliamidy - cechuje je duża sztywność i wytrzymałość mechaniczna, a także są odporne na ścieranie, przez co idealnie nadają się na elementy przekładni (koła zębate). Dodatkowo, dzięki modyfikacji z olejem mineralnym podczas procesu polimeryzacji, części wykonane z tego materiału są samosmarowne, co ułatwia dalszą eksploatację całego urządzenia. Oprócz tego, dzięki swoim właściwościom, idealnie nadają się do obróbki skrawaniem.
• PET - części wykonane z tego tworzywa odznaczają się wysoką sztywnością i stabilnością wymiarową, a także mają bardzo niski współczynnik tarcia. Części wykonane z tego materiału idealnie sprawdzają się w miejscach gdzie panują trudne warunki środowiskowe i narażone są na wilgoć czy działania kwasu.
• POM-C - tworzywo to idealnie nadaje się do wytwarzania części, które pracują w zmiennych obciążeniach, a ze względu na niską wchłanialność wilgoci, materiał może pracować w środowiskach mokrych, jak pompy. Tworzywo to nadaje się do obróbki skrawaniem na obrabiarkach CNC.
• PEEK - półkrystaliczne, termoplastyczne tworzywo charakteryzujące się wysoką sprawnością, nawet w bardzo nieprzyjaznych warunkach środowiskowych. Dzięki dużej odporności na zużycie cierne i niskiemu współczynnikowi tarcia, łożyska ślizgowe, koła zębate czy prowadnice łańcuchowe wykonane z tego tworzywa, będą mogły pracować przez wiele godzin. Idealnie nadają się też do obróbki metodą CNC - zazwyczaj dostępny jest on w formie półproduktów w różnych kształtach, tak by łatwo dało obrobić się konkretny element.
• Poliwęglan (PC) - bezpostaciowe, termoplastyczne tworzywo, które cechuje wysoka przezroczystość. Często można natrafić też na zmodyfikowany poliwęglan (tzw. kanalikowy), który posiada dużą odporność na promieniowania UV, zabezpieczają tym samym całą część przed nadmiernym starzeniem w wyniku nadmiernego napromieniowania. Oprócz tego jest bardzo odporne na obciążenia dynamiczne, a dzięki temu, że nie kruszy się i nie odpryskuje, to idealnie nadaje się do obróbki metodą CNC

Oprócz wyżej wymienionych materiałów, w ofercie TME dostępne są również inne tworzywa: POM-H, polietylen, PMMA-Plexi i PVC.

Formowanie wtryskowe czy obróbka w maszynie CNC?

Wraz z rozwojem wytwarzania tworzyw sztucznych, stały się one tańsze i bardziej wytrzymałe, a co za tym idzie ich użyteczność dla inżynierów i konstruktorów znacznie wzrosła. Równolegle do obróbki CNC rozwija się także technika formowania wtryskowego, w której, podobnie jak w pierwszej z wymienionych metod, również trzeba zaprojektować przedmiot, a następnie zaprogramować maszynę, by go wykonała. Jest to jednak pracochłonne i zawiera znacznie więcej czasu niż obróbka skrawaniem, a ponadto z jednej formy możemy uzyskać tylko jeden detal. Posiadając znaczną ilość prefabrykatu jesteśmy w stanie wykonać dowolną liczbę modeli w bardzo krótkim czasie, a w trakcie większej produkcji możemy szybko dostosować nasze wyroby do nowej sytuacji - zmiana rozmiaru, materiału lub inny parametrów. Dzięki temu obróbka CNC tworzyw sztucznych świetnie sprawdza się też przy wprowadzaniu na rynek jakichś nowych produktów lub części, co do których producent nie jest jeszcze pewny. Powtarzalność obróbki CNC sprawia, że jesteśmy w stanie wyprodukować partię takich samych, prototypowych części i zaprezentować je dużej rzeszy klientów, a w razie potrzeby wprowadzić odpowiednie modyfikacje.

Czytaj też: 

• Jakie standardy powinna spełniać dobra maszyna do cięcia wodą?
• Kompendium wiedzy o maszynach do cięcia wodą
• Jak działa maszyna do cięcia wodą?