Zalecenia obróbki półwyrobów z tworzyw sztucznych

Transkrypt

1 Półwyroby Zalecenia obróbki półwyrobów z tworzyw sztucznych

2 Spis treści Obróbka tworzyw sztucznych (wprowadzenie) Różnice pomiędzy tworzywem sztucznym i metalem Technologia ekstruzji Narzędzia i maszyny Skrawanie Cięcie piłą Toczenie Frezowanie Wiercenie Gwintowanie Struganie / frezostruganie Szlifowanie Jakość powierzchni, obróbka końcowa i usuwanie gratu Wskazówki do obróbki 16 Wywiad z Hufschmied Zerspanungssysteme 18 Chłodzenie i ciecze chłodząco-smarujące Termiczne odprężanie materiału Zmiany morfologiczne i kurczenie wtórne Stabilność wymiarowa Grupy produktów i właściwości materiałów TECAFORM AH / AD, TECAPET, TECAPEEK TECAST T, TECAMID 6, TECAMID 66 TECANAT, TECASON, TECAPEI Materiały TECA z PTFE TECASINT Materiały wzmocnione włóknami Przypadek szczególny TECATEC Błędy skrawania - przyczyny i sposoby rozwiązania problemu Obcinanie i cięcie piłą Toczenie i frezowanie Wiercenie

3 Tworzywa techniczne Tworzywa wysokotemperaturowe PI PAI PES, PPSU PEI, PSU PPP, PC-HT PEKEKK PEEK, PEK LCP, PPS PTFE, PFA ETFE, PCTFE PVDF 300 C 150 C Tworzywa standardowe Tworzywa konstrukcyjne PC PA 6-3-T PPE mod. PA 46 PET, PBT PA 66 PA 6, PA 11, PA 12 POM PMP 100 C Trwała temperatura użytkowa PMMA PP PE PS, ABS, SAN amorficzne częściowo krystaliczne Skrót DIN polimeru Nazwa handlowa Ensinger Nazwa polimeru PI TECASINT Poliimid PEEK TECAPEEK Polieteroeteroketon PPS TECATRON Polifenylenu siarczek PPSU TECASON P Polifenylosulfon PES TECASON E Polieterosulfon PEI TECAPEI Polieterimid PSU TECASON S Polisulfon PTFE PTFE Politetrafluoroethylen PVDF TECAFLON PVDF Polifluorek winylidenu PA 6 C TECAST T Poliamid 6 odlewany PA 66 TECAMID 66 Poliamid 66 PA 6 TECAMID 6 Poliamid 6 PC TECANAT Poliwęglan PBT TECADUR PBT Politereftalan butylenu PET TECAPET Politereftalan etylenu PPE TECANYL Polifenylenu eter POM-C TECAFORM AH Polioksymetylen kopolimer POM-H TECAFORM AD Polioksymetylen homopolimer PMP TECAFINE PMP Polimetylopenten

4 Obróbka tworzyw sztucznych Poprzez profesjonalną obróbkę skrawaniem można wytwarzać z tworzyw sztucznych stabilne wymiarowo, funkcjonalne i trwałe elementy konstrukcyjne. Ogólne określenie obróbka tworzyw sztucznych sugeruje, że wszystkie tworzywa sztuczne mogą być poddawane skrawaniu z zastosowaniem takich samych parametrów i narzędzi. W przypadku metali nie mówi się natomiast o obróbce metali, lecz dokonuje się rozróżnienia pomiędzy obróbką aluminium, stali czy stali szlachetnej. Analogiczna zasada obowiązuje dla tworzyw sztucznych, gdyż przy obróbce muszą być uwzględniane właściwości poszczególnych materiałów. Specyficzne właściwości tworzyw sztucznych mają zasadniczy wpływ na ich skrawalność. Obrabiane materiały można podzielić na różne grupy: ˌˌtermoplasty amorficzne (np.: TECASON S natural, TECANAT natural) ˌˌczęściowo krystaliczne termoplasty (np.: TECAFORM, TECAPET white, TECAPEEK natural) ˌˌtermoplasty wzmocnione włóknami (np.: TECAPEEK PVX black, TECAMID 6 GF 30 natural) TECAMID 66 CF20 black, TECADUR PBT GF 30 natural) ˌˌtermoplasty wzmocnione tkaniną - kompozyty (np.: TECATEC PEEK MT CW 50 black) ˌˌtermoplasty modyfikowane PTFE (np.: TECAPET TF grey, TECAPEEK TF10 blue) 4

5 Różnice pomiędzy tworzywem sztucznym i metalem W porównaniu z metalami tworzywa sztuczne wykazują wiele zalet, jednak konieczne jest także zwrócenie uwagi na pewne ograniczenia. Stosowanie tworzyw sztucznych zalecane jest zasadniczo w dziedzinach, w których wymagany jest przede wszystkim korzystny stosunek ciężaru do wytrzymałości. Zastosowanie tworzywa sztucznego jest dobrym rozwiązaniem tam, gdzie wymagane są dwie lub trzy podane poniżej zalety specjalne. Ewentualnie konieczne jest przekonstruowanie elementu konstrukcyjnego, aby przy zastąpieniu innych materiałów możliwe było wykorzystanie zalet tworzyw sztucznych. p Zalety w porównaniu z metalem ˌˌNiewielka gęstość ˌˌDobre tłumienie dźwięków i drgań ˌˌIzolacja elektryczna lub regulowana przewodność ˌˌDobra odporność na działanie czynników chemicznych ˌˌWysoki stopień swobody kształtowania ˌˌPrzepuszczalność fal elektromagnetycznych ˌˌBardzo dobra odporność na korozję ˌˌIzolacja cieplna ˌˌMożliwość modyfikacji specyficznych dla konkretnych przypadków zastosowania q Ograniczenia w porównaniu z metalem ˌˌStosunkowo niewielka wytrzymałość cieplna ˌˌWiększe wydłużenie termiczne ˌˌNiższe parametry mechaniczne ˌˌMniejsza trwałość Wymienione zalety i wady tworzyw sztucznych w stosunku do metali muszą być brane pod uwagę szczególnie w przypadku obróbki skrawaniem. s Właściwości, które należy uwzględniać: ˌˌDobra izolacja termiczna ˌˌNiewielka przewodność cieplna: Ciepło nie jest odprowadzane przez skrawany element konstrukcyjny, jak przy obróbce metali, lub jest odprowadzane tylko częściowo ˌˌWiększe wydłużenie termiczne niż w przypadku metalu ˌˌPodczas obróbki konieczne jest dobre zamocowanie i podparcie tworzywa sztucznego s Możliwe skutki nieprzestrzegania ˌˌZbyt duża ilość ciepła doprowadzonego do elementu konstrukcyjnego może prowadzić do powstawania wysokiego poziomu naprężeń, a tym samym do wypaczenia lub pęknięcia ˌˌZbyt duża ilość ciepła doprowadzonego powoduje rozszerzenie tworzywa sztucznego. Może to ewentualnie prowadzić do niezachowania wymaganych tolerancji na skrawanym elemencie konstrukcyjnym. ˌˌNiewystarczające zamocowanie może prowadzić podczas obróbki do deformacji, a nawet do pęknięć u Zalecenia ˌˌZapewnić dobre odprowadzanie ciepła, najlepiej poprzez wiór ˌˌZapewnić wystarczające zamocowanie Dla każdego materiału termoplastycznego muszą być określone optymalne narzędzia skrawające i parametry skrawania. Tylko w ten sposób można uzyskiwać optymalne elementy konstrukcyjne. Szczegółowe informacje odnośnie skrawania poszczególnych tworzyw sztucznych znajdziecie Państwo na następnych stronach. 5

6 Technologia ekstruzji Narzędzia i maszyny Proces wytwarzania, a w szczególności ekstruzja półwyrobów, ma wpływ na właściwości oraz na obrabialność materiału. Półwyroby z PTFE lub poliimidów mogą być wytwarzane poprzez wytłaczanie i spiekanie. Ważną technologią przetwarzania innych termoplastycznych tworzyw sztucznych jest proces ekstruzji. W przypadku tego procesu przetwórczego materiały są roztapiane, a następnie zagęszczane i ujednorodniane przez ślimak w cylindrze. Pod wpływem ciśnienia powstającego w cylindrze następuje poprzez odpowiedni przyrząd wytłoczenie półwyrobu w postaci płyty, pręta okrągłego pełnego lub r oraz jego kalibrowanie za pomocą układu chłodzenia. Skutki ekstruzji ˌˌNaprężenia wewnętrzne ˌˌZorientowanie włókien (jeżeli istnieją) Firma Ensinger oferuje obszerne portfolio produktów w postaci półwyrobów z tworzyw sztucznych konstrukcyjnych i wysokowydajnych. Portfolio dopełniają materiały z dziedziny standardowych tworzyw sztucznych. Wszystkie te materiały są wytwarzane w sposób umożliwiający ich optymalną obróbkę wiórową. Naprężenia wewnętrzne Ciśnienie powstające w procesie ekstruzji powoduje ruch ścinania i ruch płynięcia roztopionego tworzywa sztucznego. Półwyrób wytłaczany poprzez narzędzie ochładza się powoli począwszy od warstwy wierzchniej aż do środka. Wskutek złej przewodności cieplnej tworzyw sztucznych występuje zróżnicowana prędkość ochładzania. Podczas gdy obszary powierzchniowe są już zastygnięte, w środku wciąż występuje jeszcze plastyczne lub ciekłe tworzywo sztuczne. Tworzywa sztuczne podlegają procesowi skurczu, który przebiega specyficznie dla poszczególnych gatunków materiału. Podczas fazy ochładzania zastygnięta warstwa powierzchniowa przeszkadza kurczeniu się plastycznego obszaru środkowego. Skutki procesu technologicznego ˌˌNaprężenia wewnętrzne w obszarze środkowym ˌˌPółwyroby są trudnoskrawalne h h duże niebezpieczeństwo powstawania rys i wykruszeń Możliwe rozwiązanie ˌ Odprężanie termiczne / międzyoperacyjne odprężanie termiczne specyficzne dla poszczególnych gatunków materiału w celu zminimalizowania naprężeń (patrz str. 19). 6 Do obróbki wiórowej tworzyw sztucznych mogą być stosowane dostępne w handlu maszyny do przetwórstwa drewna i metalu z narzędziami wykonanymi w całości z węglików spiekanych (VHM). Z zasady właściwe są narzędzia z kątem ostrza jak przy obróbce aluminium, jednak zalecane jest stosowanie specjalnych narzędzi do tworzyw sztucznych z bardziej ostrym kątem ostrza. Do obróbki wzmocnionych tworzyw sztucznych oraz do obróbki wzdłużnej nie powinny być używane narzędzia z węglików spiekanych z uwagi na ich małą trwałość. W tym wypadku zalecane jest stosowanie narzędzi z węglika wolframu oraz narzędzi ceramicznych lub diamentowych. Natomiast do cięcia tworzyw sztucznych za pomocą pił tarczowych idealne są tarcze tnące z ostrzami z węglika spiekanego. u Zalecenia ˌˌStosowanie narzędzi dostosowanych do konkretnych gatunków tworzyw sztucznych ˌˌOdpowiednia geometria skrawania ˌˌBardzo dobrze naostrzone narzędzia Środek: Szczyty naprężenia Chłodzenie z zewnątrz

7 Skrawanie Skrawanie (definicja wg DIN 8580) jest najszybszym i najbardziej efektywnym ekonomicznie sposobem wytwarzania precyzyjnych elementów konstrukcyjnych, szczególnie w przypadku małych serii. Przy pomocy procesu obróbki wiórowej można zachowywać bardzo wąskie tolerancje. Firma Ensinger ma kilkudziesięcioletnie doświadczenie w dziedzinie obróbki wiórowej tworzyw sztucznych konstrukcyjnych i wysokowydajnych. Dzięki temu knowhow jesteśmy w stanie wytwarzać metodą skrawania bardzo precyzyjne elementy konstrukcyjne z najprzeróżniejszych tworzyw sztucznych. Ponadto chętnie będziemy wspomagać Państwa informacjami dotyczącymi dalszej obróbki wiórowej naszych półwyrobów lub produktów wstępnych wytworzonych poprzez formowanie wtryskowe lub bezpośrednie wytłaczanie. 7

8 Cięcie piłą Piły tarczowe ˌˌZasadniczo do cięcia płyt na elementy o prostych krawędziach cięcia ˌˌPiły tarczowe stołowe mogą być stosowane przy adekwatnym napędzie do prostego cięcia płyt o grubości do 100 mm ˌˌTarcze tnące powinny być wykonane z węglika spiekanego ˌˌStosowanie wystarczająco dużego posuwu oraz wystarczającego rozwarcia zębów: h hsprzyja dobremu odprowadzaniu wióra hhzapobiega zakleszczaniu się tarczy tnącej hhzapobiega przegrzewaniu tworzywa sztucznego w miejscu cięcia hhsprzyja dobrej jakości krawędzi ciętych elementów Jakie procesy cięcia piłą najbardziej nadają się do tworzyw sztucznych? Tworzywa sztuczne mogą być cięte zarówno piłą taśmową jak i piłą tarczową, przy czym wybór jest uzależniony od kształtu półwyrobu. Przy obróbce tworzyw sztucznych największym zagrożeniem jest w zasadzie nagrzewanie się narzędzia prowadzące do uszkodzenia tworzywa sztucznego. Dlatego dla każdego kształtu i każdego materiału musi być dobierana odpowiednia tarcza tnąca. Piły taśmowe ˌˌNadają się szczególnie do cięcia pełnych prętów okrągłych oraz prętów drążonych ˌˌZaleca się stosowanie klinów rozszczepiających ˌˌZastosowane muszą być ostre taśmy tnące o wystarczająco rozwartych zębach hhdobre odprowadzanie wióra hhunikanie dużego tarcia pomiędzy taśmą tnącą i materiałem oraz nadmiernej kumulacji ciepła hhzapobieganie hamowaniu taśmy tnącej p Zalety: ˌˌCiepło wytwarzane podczas cięcia jest dobrze odprowadzane przez długą taśmę tnącą ˌˌPiły taśmowe mogą być uniwersalnie stosowane do cięć prostych, ciągłych i nieregularnych. ˌˌUzyskiwana jest dobra jakość krawędzi ciętych elementów u Zalecenia ˌˌStosowanie odpowiedniego przyrządu mocującego: hheliminacja wibracji oraz wynikających z nich nierówności krawędzi cięcia, które mogą prowadzić nawet do pęknięć ˌˌCięcie na gorąco materiałów bardzo twardych i wzmocnionych włóknami (wstępne ogrzewanie do temperatury C) ˌˌTarcze tnące z węglika wolframu są odporne na zużycie ścierne i zapewniają optymalną jakość powierzchni γ t uwagę, aby tarcze tnące były ostre, a ich zęby γ odpowiednio rozwarte. φ φ Sägen kąt przyłożenia [ ] γ kąt natarcia [ ] t podziałka zębów [mm] W skrócie Bohren Przy βcięciu tworzyw sztucznych piłą należy zwracać 8 γ Fräsen

9 Toczenie Frezowanie Tworzywa sztuczne mogą być obrabiane na typowych tokarkach dostępnych w handlu. Jednak dla zapewnienia optymalnych wyników powinny być stosowane narzędzia dostosowane do właściwości tworzyw sztucznych. Narzędzia ˌˌNarzędzia o małych promieniach ostrzy ˌˌPrzy wysokich wymaganiach jakościowych szerokie ostrza wykańczające ˌˌSpecjalna geometria noży tokarskich do przecinania ˌˌNarzędzia przycięte podobnie do noży w przypadku elastycznych detali obrabianych ˌˌWielopołożeniowe płytki skrawające o korzystnych geometriach ˌˌSzlifowane obwody i polerowane powierzchnie p Zalety: ˌˌOptymalne powierzchnie pozbawione rowków ˌˌRedukcja narostów materiału na płytce skrawającej u Zalecenia ˌˌStosować wysokie obroty ˌˌStosować głębokość skrawania co najmniej 0,5 mm ˌˌDo chłodzenia dobrze nadaje się sprężone powietrze ˌˌStosować podtrzymkę ze względu na niewielką sztywność tworzyw sztucznych: hhpodpieranie obrabianego detalu hhzapobieganie ugięciom p Zalety: ˌˌDobre chłodzenie materiału ˌˌEliminacja wióra wstęgowego powstającego w przypadku niektórych tworzyw sztucznych. Zapobieganie zakleszczaniu się wióra i jego wirowaniu wraz z toczonym detalem nóż wtórny nóż tokarski Szlifowanie zapobiega tworzeniu się zadziorów Tworzywa sztuczne mogą być frezowane na zwykłych obrabiarkach wielooperacyjnych. Powinny być przy tym stosowane narzędzia o wystarczająco dużych komorach wiórowych dla zagwarantowania niezawodnego odprowadzania wióra i zapobiegania kumulacji ciepła. Narzędzia ˌˌDo termoplastów nadają się hhfrezy palcowe do otworów podłużnych i rowków wpustowych hhfrezy do płaszczyzn hhfrezy walcowe czołowe hhnoże udarowe hhnarzędzia jednoostrzowe p Zalety: ˌˌOptymalnie wysoka wydajność skrawania ˌˌWysoka jakość powierzchni przy jednocześnie dobrym odprowadzaniu wióra u Zalecenia ˌˌStosować duże obroty i średnie posuwy ˌˌDbać o dobre zamocowanie: hhprzy szybkim przemieszczaniu i dużej prędkości wrzeciona można uzyskiwać dobrą jakość powierzchni ˌˌCienkie detale obrabiane mogą być mocowane na stole frezarskim przy pomocy elementów przyssawnych lub dwustronnej taśmy klejącej ˌˌDla powierzchni płaskich frezowanie czołowe jest bardziej efektywne ekonomicznie niż frezowanie obwodowe ˌˌPrzy frezowaniu obwodowym narzędzia nie powinny mieć więcej niż dwa ostrza, aby zapewnione były wystarczająco duże komory wiórowe oraz mniejsze drgania wynikające z ilości ostrzy Jak można uzyskiwać lepsze powierzchnie frezowane ˌˌDo frezowania powierzchni stosować mały kąt natarcia. ˌˌOptymalne wydajności skrawania i jakości powierzchni osiągane są przy stosowaniu narzędzi jednoostrzowych. ˌˌNależy preferować frezowanie przeciwbieżne, a nie frezowanie konwencjonalne 9

10 Wiercenie Do wykonywania otworów w detalach z tworzyw sztucznych stosować należy sposób postępowania dopasowany do rodzaju tworzywa, aby uniknąć uszkodzeń. W przeciwnym wypadku powstaje niebezpieczeństwo wystąpienia wyszczerbień, pęknięć, przegrzania lub odchyłek wymiarowych otworów. Przy wierceniu musi być przede wszystkim uwzględniana charakterystyczna cecha tworzywa sztucznego, jaką jest izolacyjność termiczna. W tworzywach sztucznych (zwłaszcza częściowo krystalicznych) może z tego powodu bardzo szybko pojawiać się podczas wiercenia spiętrzenie ciepła, przede wszystkim wówczas, gdy głębokość wiercenia jest większa od dwukrotności średnicy. Może to prowadzić do tego, że wiertło smaruje, a w materiale obrabianym zachodzi wewnętrzne rozszerzanie mogące wywołać naprężenia ściskające w elemencie konstrukcyjnym. Ma to miejsce zwłaszcza w przypadku wiercenia otworów w rdzeniu detali powstałych z prętów okrągłych. Naprężenia ściskające mogą być tak duże, że w elementach konstrukcyjnych / półwyrobach może potem dochodzić do dużych wypaczeń, niedokładności wymiarowych, a nawet do powstawania rys, pęknięć i rozerwań. Zapobiega temu obróbka dostosowana do konkretnego materiału. Krzywa napężenie z tępym wiertłem Narzędzia Krzywa napężenie z ostrym wiertłem ˌˌCzęsto wystarczające są dostępne w handlu, dobrze zaostrzone wiertła ze stali szybkotnącej o podwyższonej wydajności skrawania lub wiertła pełnowęglikowe ˌˌStosować wiertła z przewężeniem chwytu (wiertła synchroniczne) h hredukcja tarcia i eliminacja spiętrzenia ciepła u Zalecenia dla wiercenia otworów o małych średnicach ( < 25 mm) ˌˌZalecane jest stosowanie wierteł ze stali szybkotnącej (lub wierteł pełnowęglikowych) ˌˌStosowanie wiertła krętego o kącie pochylenia wzniosu linii śrubowej : hhbardzo gładkie rowki spiralne hhułatwione odprowadzanie wióra ˌˌCzęste wycofywanie wiertła (wiercenie krótkotrwałe) ˌˌLepsze usuwanie wiórów i unikanie kumulacji ciepła ˌˌZalecenia w przypadku cienkościennych detali obrabianych: hhduża prędkość skrawania hhewentualne zastosowanie neutralnego kąta natarcia (0 ), co zapobiega zahaczeniu się wiertła w obrabianym detalu, a tym samym rozerwaniu otworu lub podniesieniu detalu na wiertle. u Zalecenia dla wiercenia otworów o dużych średnicach ( > 25 mm) ˌˌW przypadku dużych otworów wykonywać wiercenie wstępne ˌˌStosować otwory wstępne o średnicy nie większej niż 25 mm ˌˌNastępnie wykonywać obróbkę na gotowo za pomocą noża wytaczaka ˌˌOtwory w długich odcinkach prętowych wykonywać tylko z jednej strony ˌˌPrzy spotkaniu się otworów wierconych z obu stron powstaje niekorzystny rozkład naprężeń prowadzący nawet do pęknięć ˌˌW przypadkach ekstremalnych / przy wykonywaniu otworów w materiałach wzmocnionych godne polecenia może być przeprowadzanie wiercenia na elemencie konstrukcyjnym podgrzanym wstępnie do ok. 120 C (czas ogrzewania ok. 1 godz. na 10 mm przekroju) hhz uwagi na dokładność wymiarową obróbka na gotowo przeprowadzana jest dopiero po całkowitym ochłodzeniu półwyrobu u Zalecenia ˌˌStosowanie cieczy chłodząco-smarujących ˌˌCzęste wycofywanie wiertła hhusuwanie wiórów hhdodatkowe chłodzenie ˌˌUnikać podawania ręcznego: hhzapobieganie zahaczaniu się wiertła hhzapobieganie powstawaniu rys W skrócie Przy wierceniu należy zwracać uwagę, aby wiertła były dobrze zaostrzone. Ponadto nie powinno się wywierać zbyt dużego nacisku. 10

11 Gwintowanie Struganie / frezostruganie Gwinty w technicznych tworzywach sztucznych wykonuje się najlepiej za pomocą noży wielokrotnych do gwintowania (w przypadku gwintów zewnętrznych) oraz frezów (w przypadku gwintów wewnętrznych). Struganie i frezostruganie to metody obróbki wiórowej realizowane przy pomocy geometrycznie określonego ostrza w celu wytwarzania powierzchni płaskich, rowków oraz profili (za pomocą frezów kształtowych). Narzędzia ˌˌStosować narzędzia wielokrotne do gwintowania ˌˌDwuostrzowe noże do gwintowania zapobiegają powstawaniu gratu ˌˌNarzynki nie są godne polecenia, gdyż przy ich wycofywaniu może dochodzić do niszczenia gwintu wskutek ponownego nacinania u Zalecenia ˌˌGwintowniki często muszą być dobierane z naddatkiem (w zależności od materiału i średnicy, wartość orientacyjna: 0,1 mm) ˌˌNie stosować zbyt dużych posuwów, aby uniknąć zgniecenia gwintu Te dwie metody różnią się od siebie tym, że w przypadku strugania odbywa się prostoliniowe usuwanie materiału na powierzchni za pomocą noża strugarskiego, natomiast w przypadku frezostrugania realizowana jest obróbka powierzchni głowicą frezową. Obie metody nadają się dobrze do wytwarzania płaskich lub równych powierzchni na półwyrobach. Główna różnica polega na różnym wyglądzie powierzchni (struktura powierzchni, połysk). Struganie i frezostruganie w firmie Ensinger ˌˌFirma Ensinger może za pośrednictwem serwisu cięcia oferować zarówno półwyroby strugane jak i frezostrugane ˌˌPłyty > 600 mm mogą być przetwarzane wyłącznie metodą frezostrugania ˌˌPłyty < 600 mm mogą być przetwarzane obiema metodami ˌˌMałe detale cięte obrabiane są metodą strugania eln Fräshobeln Powierzchnia frezostrugana HobelnPowierzchnia Hobeln strugana Frezostruganie Struganie 11

12 Szlifowanie Sägen Ho W przypadku szlifowaniu wskutek współdziałania ruchu skrawania, ruchu obrabianego detalu, ruchu dosuwania narzędzia oraz ruchu posuwu odbywa się ciągłe odprowadzanie wiórów z obrabianej powierzchni. Na wynik szlifowania mają wpływ następujące czynniki: ˌˌszlifierka ˌˌzastosowane narzędzie ˌˌśrodek ścierny ˌˌparametry robocze procesu szlifowania ˌˌobrabiany materiał ˌˌokrągłość / prostolinijność półwyrobu Wśród parametrów roboczych szczególnie decydujące są: ˌˌprędkość skrawania ˌˌprędkość posuwu ˌˌdosuw narzędzia ˌˌposuw poprzeczny Dzięki optymalnemu nastawieniu maszyny i optymalnemu wyborowi parametrów dla odpowiedniego materiału można uzyskiwać bardzo dobrą jakość powierzchni o niewielkiej chropowatości, tolerancję średnicy do h9, okrągłość i prostolinijność. Szlifowanie w firmie Ensinger Możemy oferować pręty okrągłe szlifowane przez nasz serwis cięcia. Dzięki wysokiej jakości powierzchni oraz wąskim tolerancjom szlifowane pręty okrągłe bardzo dobrze nadają się do dalszej obróbki i mogą być stosowane w ciągłych procesach Schleifen produkcyjnych. Fo 12

13 Jakość powierzchni, obróbka końcowa i usuwanie gratu Dla uzyskiwania dobrej jakości powierzchni należy stosować się do następujących wskazówek: Narzędzia ˌˌNależy stosować narzędzia nadające się do konkretnego tworzywa sztucznego ˌˌNarzędzia muszą być zawsze ostre i gładkie (szlifowane krawędzie skrawające). Tępe ostrza mogą prowadzić do silnego nagrzewania, czego następstwem może być wypaczenie i wydłużenie cieplne ˌˌNarzędzia powinny znajdować się w wystarczającej odległości, aby jedynie krawędź tnąca stykała się z tworzywem sztucznym Obrabiarka ˌˌPozbawione usterek powierzchnie o wysokiej jakości mogą być uzyskiwane wyłącznie poprzez wyeliminowanie wibracji maszyny Chłodzenie ˌˌStosować ciecze chłodząco-smarujące do procesów, podczas których wytwarzane są duże ilości ciepła (np. wiercenie) ˌˌStosować odpowiednie ciecze chłodząco-smarujące u Zalecenia ˌˌNaciski elementów mocujących nie powinny być zbyt duże, gdyż w przeciwnym razie na obrabianym detalu mogą wystąpić deformacje i odciski ˌˌDobierać parametry odpowiednie dla danego procesu obróbczego (patrz str. 15) ˌˌZachowywać umiarkowane wartości posuwu ˌˌStosować duże prędkości skrawania ˌˌAby nie dochodziło do zapychania narzędzia należy zagwarantować dobre odprowadzanie wióra ˌˌW celu uniknięcia wypaczeń, należy zwracać uwagę na równomierne usuwanie materiału ze wszystkich stron Materiał ˌˌStosować materiał pozbawiony naprężeń metodą odprężania termicznego (półwyroby firmy Ensinger są z zasady poddawane odprężaniu termicznemu) ˌˌUwzględniać właściwości tworzywa sztucznego (rozszerzalność liniowa, mała wytrzymałość, zła przewodność cieplna) ˌˌZ uwagi na niewielką sztywność materiału obrabiany detal musi być wystarczająco podparty i w miarę możliwości powinien całkowicie przylegać w celu wyeliminowania odchyłek oraz ugięć 13

14 Usuwanie gratu Po frezowaniu, szlifowaniu, wierceniu lub grawerowaniu mała część obrobionego materiału pozostaje z reguły na powierzchniach i krawędziach detalu. Jest to grat, który negatywnie wpływa na jakość powierzchni elementu konstrukcyjnego. Powstawanie gratu uzależnione jest szczególnie przy obróbce tworzyw sztucznych od różnych parametrów. Narzędzie ˌˌDobór narzędzia dopasowanego do specyficznych właściwości materiału ˌˌStan narzędzia: h htępe narzędzia powodują wytwarzanie dużej ilości ciepła i tworzenie większej ilości gratu Materiał ˌˌTworzywo sztuczne jest złym przewodnikiem ciepła: hhlokalnie podwyższone temperatury, obniżenie sztywności i twardości hhgrat powstający z nadtopionego materiału ˌˌMiękkie, ciągliwe tworzywa sztuczne (np. PE, PTFE, PA) wykazują większą tendencję do tworzenia gratu ˌˌMateriały twarde i sztywne (np. PEEK, PPS, tworzywa wzmocnione włóknem) mają mniejszą skłonność do tworzenia gratu Parametry obróbki ˌˌPosuw ˌˌPrędkość skrawania: hhwiększe posuwy i obroty prowadzą do wyższych temperatur hhmocniejsze tworzenie się gratu ˌˌDbać o wystarczające chłodzenie Ze wspomnianych przyczyn ważne jest, aby dla każdego materiału dobierać odpowiednie narzędzie oraz ustalać pasujące parametry, co pozwoli na uzyskiwanie możliwie dobrych powierzchni i krawędzi pozbawionych gratu. Typowe metody usuwania gratu z technicznych tworzyw sztucznych Ręczne usuwanie gratu ˌˌNajbardziej rozpowszechniona metoda usuwania gratu ˌˌMetoda elastyczna, ale pracochłonna ˌˌRównocześnie odbywa się wzrokowa kontrola elementu konstrukcyjnego Strumieniowo-ścierne usuwanie gratu Działanie strumieniem ścierniwa pod wysokim ciśnieniem na powierzchnię elementu konstrukcyjnego. W procesach obróbki strumieniowo-ściernej powszechnie stosuje się strumienie piasku, kulek szklanych, sody, suchego śniegu i ścierniwa z łupin orzechów ˌˌRównocześnie odbywa się obróbka powierzchniowa h hwygładzanie hnadawanie h szorstkości husuwanie h zanieczyszczeń Kriogeniczne usuwanie gratu Usuwanie gratu w temperaturach ok. 195 C poprzez obróbkę strumieniowo-ścierną lub bębnowanie elementów konstrukcyjnych ˌˌCzęsto stosowane środki chłodzące: ciekły tlen, ciekły dwutlenek węgla, suchy śnieg ˌˌNiskie temperatury powodują, że tworzywo zachowuje się jak materiał twardy i kruchy Płomieniowe usuwanie gratu Usuwanie gratu za pomocą otwartego płomienia ˌˌNiebezpieczeństwo: możliwość uszkodzenia elementu konstrukcyjnego przez zbyt silne nagrzanie Usuwanie gratu gorącym powietrzem Roztapianie gratu pod wpływem ciepła ˌˌBardzo bezpieczny proces, dobrze poddający się sterowaniu ˌˌPrzy realizacji procesu w sposób dostosowany do materiału unika się uszkodzenia i wypaczenia elementu konstrukcyjnego Usuwanie gratu promieniowaniem podczerwonym Proces porównywalny do usuwania gratu gorącym powietrzem, przy czym zamiast gorącego powietrza używane jest źródło ciepła podczerwieni. 14 Obróbka wibrościerna / bębnowanie Obrabianie elementów konstrukcyjnych wraz z elementami ściernymi w wibratorach korytowych lub bębnowych

15 Wskazówki obróbki γ t Sägen Piłowanie t γ Sägen kąt przyłożenie [ ] γ kąt natarcia [ ] t podziałka zębów [mm] Wiercenie β t γ γ Bohren Sägen kąt przyłożenia [ ] β kąt gwintowania [ ] γ kąt natarcia [ ] φ φ kąt ostrza [ ] φ PE, PP Z ,1 0,3 Fräsen TECARAN ABS Bohren 2 8 Z ,2 0,3 TECANYL Z Bohren 0,2 0,3 β Sägen γ TECAFORM AD, AH β Z ,1 0,3 t TECAMID, TECARIM, TECAST γ Z ,1 0,3 γ TECADUR/TECAPET φ 8 Z ,2 0,3 γ φ TECANAT Z ,2 0,3 TECAFLON PVDF, PTFE, 20 φ Z ,1 0,3 φ TECAPEI Z ,1 0,3 TECASON S, P, E Z ,1 0,3 TECATRON Z Drehen 0,1 0,3 TECAPEEK Fräsen 3 5 Z ,1 0,3 TECATOR Z Fräsen 0,02 0,1 Bohren TECASINT Z2 χ ,02 0,1 β γ γ Wzmocnione/ napełnione produkty TECA * Z2 γ ,1 0,3 * Środki wzmacniające/ wypełniacze: włókna szklane, kulki szklane, włókna węglowe, grafit, mika, talk itp. kąt przyłożenia kąt natarcia prędkość skrawania podziałka zębów γ Podgrzać przed piłowaniem: φ od Ø 60 mm TECAPEEK GF/PVX, TECATRON GF/PVX od Ø 80 mm TECAMID 66 GF, TECAPET, TECADUR PBT GF φod Ø 100 mm TECAMID 6 GF, 66, 66 MO liczba zębów kąt nastawienia kąt natarcia prędkość skrawania posuw Podgrzać przed wierceniem centralnym: od Ø 60 mm TECAPEEK GF/PVX, TECATRON GF/PVX od Ø 80 mm TECAMID 66 MO, 66 GF, TECAPET, TECADUR PBT GF od Ø 100 mm TECAMID 6 GF, 66, TECAMID 6 MO, TECANYL GF Frezowanie χ γ kąt przyłożenia [ ] γ kąt natarcia [ ] nieznaczny posuw γ Posuw może wynosić do 0,5 mm / ząb Drehen Toczenie Fräsen χ γ Drehen kąt przyłożenia [ ] γ kąt natrcia [ ] χ kąt nastawienia [ ] Promien zaokrąglenia wierzchołka r musi wynosić co najmniej 0,5 mm liczba zębów prędkość skrawania PE, PP Z1 Z ,1 0, ,1 0,5 TECARAN ABS Z1 Z ,1 0, ,2 0,5 Drehen TECANYL Z1 Z ,15 0, ,1 0,5 TECAFORM AD, AH Z1 Z ,15 0, ,1 0,4 TECAMID, TECARIM, TECAST Z1 Z ,1 0, ,1 0,5 TECADUR/TECAPET Z1 χ Z ,15 0, ,2 0,4 TECANAT Z1 Z2 γ 300 0,15 0, ,1 0,5 TECAFLON PVDF, PTFE Z1 Z ,1 0, ,1 0,3 TECAPEI Z1 Z ,1 0, ,1 0,3 TECASON S, P, E Z1 Z ,1 0, ,1 0,3 TECATRON Z1 Z ,1 0, ,1 0,5 TECAPEEK Z1 Z ,1 0, ,1 0,5 TECATOR Z1 Z ,05 0, ,05 0,08 TECASINT Z1 Z ,05 0, ,05 0,08 Wzmocnione/ napełnione produkty TECA * Z1 Z ,05 0, ,1 0,5 posuw kąt przyłożenia kąt natarcia kąt nastawienia prędkość skrawania posuw * Środki wzmacniające/ wypełniacze: włókna szklane, kulki szklane, włókna węglowe, grafit, mika, talk itp. podgrzać materiał do 120 C zachować ostrożność podczas używania chłodziwa: skłonność do pęknięć naprężeniowych 15

16 Wywiad z przedstawicielami firmy Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH Czym zajmuje się firma Hufschmied? Firma Hufschmied wyspecjalizowała się w projektowaniu i wytwarzaniu narzędzi skrawających zoptymalizowanych pod kątem konkretnych materiałów i przeznaczonych do przetwórstwa tworzyw sztucznych i materiałów kompozytowych. Nasze narzędzia produkujemy we własnym zakładzie na wielooperacyjnych, 6-osiowych szlifierkach CNC. Dzięki temu zapewnione mogą być krótkie czasy od wpłynięcia zapytania ofertowego do dostarczenia narzędzi. Podstawowymi materiałami są wysokiej jakości spieki węglikowe i materiały ceramiczne, które są pokrywane powłokami stosownie do potrzeb klienta. Projektowanie procesu Narzędzie Materiał Programowanie Towar / element Maszyna Mocowadło urządzenia Prędkość obrotu (możliwie max. ) Jak duże doświadczenie ma firma Hufschmied w zakresie obróbki tworzyw sztucznych? Firma Hufschmied jest obecna na rynku już od ponad 25 lat. Rozwój tworzyw sztucznych następuje nieprzerwanie z miesiąca na miesiąc. Ponieważ współpracujemy z różnymi producentami materiałów i uczelniami wyższymi, zawsze mamy możliwość dostępu do nowoczesnych materiałów już w bardzo wczesnym stadium. Poddajemy je następnie obróbce wiórowej w naszym laboratorium badawczym. W ten sposób możemy odpowiednio wcześnie wspierać naszych klientów oferując im właściwe narzędzia i procesy. Jak dostosowujecie się do wyzwań technicznych związanych z nowymi materiałami? Aż do dzisiaj mogliśmy skrawać każde tworzywo sztuczne, także wówczas, gdy konieczne były do tego liczne optymalizacyjne poprawki szlifierskie narzędzi. Tworzywa sztuczne stają się coraz bardziej różnorodne, w związku z czym musimy odpowiednio dopasowywać geometrię narzędzi. Szczególnie w przypadku materiałów wypełnianych bardzo pomocne są arkusze danych materiałowych. Opieramy się na zawartych w nich informacjach, ponieważ sami nie produkujemy tworzyw sztucznych ani nie możemy ich przeanalizować co do ostatniego szczegółu. Jeżeli pasują warunki ramowe, takie jak maszyna, zamocowanie, narzędzie i parametry, to całkiem szybko uzyskujemy pożądany wynik. Wszystkie nasze próby są wprowadzane do bazy wiedzy i poddawane ocenie. Wspomagają nas one następnie przy projektowaniu narzędzi i procesów. Jaką filozofię wyznajecie przy obróbce tworzyw sztucznych? Zasadniczo projektujemy nasze narzędzia do tworzyw sztucznych z przeznaczeniem do skrawania na sucho. Stosunkowo rzadko zdarza się, że możliwa jest obróbka na mokro : Często nie pozwala na to zastosowanie lub przeznaczenie elementu konstrukcyjnego. Dodatki modyfikujące zawarte we wszystkich cieczach chłodzącosmarujących mogą ewentualnie wyzwalać niepożądane reakcje pomiędzy tworzywem sztucznym i dodatkiem. Nasze narzędzia są projektowane do skrawania z dużymi posuwami. Dzięki dużym posuwom na ostrze niemal całkowicie eliminujemy wprowadzanie ciepła do obrabianego detalu, gdyż jest ono odprowadzane przez wiór. Takie przeszkody muszą być pokonywane poprzez dopasowanie parametrów. Na czym z Państwa punktu widzenia polegają zasadnicze problemy przy obróbce tworzyw sztucznych? Wielu klientów jest jeszcze za bardzo zorientowanych na skrawanie metali. Stąd wynikają często problemy ze smarowaniem detali przez narzędzia, z wypaczeniami oraz z powstawaniem rys i gratu. Przede wszystkim tworzenie się gratu przysparza kłopotów naszym klientom, gdyż z tego powodu konieczna jest długotrwała obróbka wykańczająca. Często dla zapewnienia skrawania niewymagającego obróbki wykańczającej wystarczy zmienić tylko jeden istotny drobiazg w przebiegu programu. Niektórzy klienci chcą uniwersalnego przyrządu, za pomocą którego mogliby obrabiać dużą ilość elementów konstrukcyjnych z różnych materiałów. Niestety rzadko jest to możliwe, gdyż różne materiały wymagają różnej, dostosowanej do nich geometrii narzędzia. Narzędzie, zwłaszcza przy zastosowaniach typu high-end, muszą być dopasowane do materiału i elementu obrabianego. Tylko wówczas możliwa jest bezpieczna i ekonomicznie efektywna obróbka. 16

17 Które tworzywa sztuczne są Państwa zdaniem szczególnie krytyczne lub szczególnie niewymagające przy obróbce skrawaniem? Tworzywa sztuczne wypełnione włóknem węglowym lub włóknem szklanym są z definicji bardzo wymagające. Aktualnie coraz częściej stosowane są tworzywa sztuczne z ceramicznymi materiałami wypełniającymi. Mogą być one bardzo uciążliwe dla narzędzi. Ale, jeżeli wiemy, co znajduje się w materiale, możemy na to odpowiednio zareagować. Materiały takie jak PE, POM, PC i PTFE mogą być bez większych problemów obrabiane przy zastosowaniu pasującego narzędzia, właściwych parametrów oraz dobrej maszyny. Ale warunki ramowe muszą się zgadzać w każdym szczególe. Czy macie Państwo jakieś specjalne zalecenie odnośnie sposobu ustalania optymalnej metody skrawania dla konkretnego tworzywa sztucznego? W każdym przypadku muszę wiedzieć, jak pracuje maszyna. Jak radzi sobie ona z małymi promieniami lub z dużymi posuwami? Gdy jest to już wiadome, to na podstawie rysunku, obrotów i posuwów będących do dyspozycji oraz zamocowania obrabianego detalu można zdefiniować narzędzie. Kiedy narzędzie zostaje zdefiniowane, następuje dopasowanie programów. Podstawowe parametry można przejrzeć na naszej internetowej stronie firmowej Poza tym bardzo istotnym zagadnieniem jest obróbka przeciwbieżna. Wielu klientów programuje maszyny na pracę współbieżną jak to zwykle bywa przy obróbce stali i ma potem duże problemy z powstawaniem gratu i złą jakością powierzchni. Czy są branże wymagające uwzględniania jakichś szczególnych czynników przy obróbce tworzyw sztucznych? Każda branża ma swoje własne warunki, do których musimy się dostosować. Na przykład technika medyczna. Tutaj najczęściej wymagane jest skrawanie na sucho. Często muszą być tutaj także wytwarzane bardzo małe elementy konstrukcyjne, które najczęściej wymagają specjalnych narzędzi. W tej dziedzinie często pracujemy z mikrowiertłami i ekstremalnymi długościami ostrzy. Płaszczyzny poślizgu muszą być wytwarzane z jak najmniejszą chropowatością. Z dziedziną tą wiąże się jednak pewne ułatwienie: Najczęściej stosowane są tutaj maszyny pracujące bardzo dokładnie. Na podstawie jakich właściwości określa się skrawalność tworzyw sztucznych? Aby możliwa była ocena skrawalności, potrzebne są nam zwykle następujące informacje: ˌˌmożliwie dokładna znajomość materiału ˌˌczy materiał jest wypełniony lub poddany dalszym modyfikacjom? ˌˌczy materiał pochodzi z pręta czy z płyty? ˌˌjak powinien wyglądać produkt końcowy? ˌˌjaka maszyna jest do dyspozycji? ˌˌjak odbywa się zamocowanie obrabianego detalu? Na podstawie tych informacji można ewentualnie określić skrawalność. Chętnie przeprowadzamy do tego również próbę na naszej własnej maszynie. Następnie sporządzany jest protokół z badań zawierający parametry, zdjęcia oraz demonstracyjne nagranie wideo. Przy pomocy jakich parametrów można zoptymalizować procesy obróbki skrawaniem? Jak już wspomniano, dla dobrego skrawania ważne są następujące parametry: ˌˌobroty ˌˌposuw na ostrze ˌˌzamocowanie obrabianego detalu i narzędzia ˌˌbieg współbieżny lub przeciwbieżny ˌˌchłodzenie ˌˌstruktura programu Najważniejszym czynnikiem jest jednak narzędzie skrawające. Temperatura Obróbka możliwa, ale z ograniczoną prędkością posuwu Trudny obszar tworzenie się gratu zniszczenia noży temperatura mięknienia temperatura obróbki Duży posuw i wysokie obroty ekonomiczny prędkość obrotów Rozmowę przeprowadził Holger Werz (Ensinger GmbH) z Ralphem Hufschmiedem i Nabilem Khairallahem (Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH). 17

18 Chłodzenie i ciecze chłodząco-smarujące W przypadku technicznych tworzyw sztucznych istnieje tendencja do skrawania na sucho. Ponieważ w tej dziedzinie dysponuje się aktualnie dużym doświadczeniem, często można zrezygnować ze stosowania cieczy chłodzącosmarujących. Wyjątek przy procesach skrawania termoplastów stanowią: ˌˌwiercenie głębokich otworów ˌˌgwintowanie ˌˌcięcie piłą materiałów wzmocnionych Jednak poprzez stosowanie chłodzonej powierzchni cięcia można poprawić jakość powierzchni i tolerancje detali z tworzyw sztucznych oraz zwiększyć posuwy uzyskując przez to krótsze czasy przebiegów. Skrawanie z chłodzeniem Jeżeli potrzebne jest chłodzenie, to zaleca się: ˌˌchłodzenie poprzez wiór ˌˌstosowanie sprężonego powietrza hhzaleta: chłodzenie i równoczesne usuwanie wióra z obszaru pracy ˌˌstosowanie środków chłodząco-smarujących rozpuszczalnych w wodzie ˌˌmożliwe są również dostępne w handlu emulsje wiertarskie i oleje do skrawania. Bardzo efektywną metodą jest nanoszenie chłodziwa za pomocą rozpylanej mgły oraz sprężonego powietrza. p Zalety skrawania na sucho ˌˌBrak pozostałości mediów na elementach konstrukcyjnych hhkorzystne dla elementów konstrukcyjnych z zakresu techniki medycznej oraz z branży spożywczej (brak migracji) hhwykluczony może być wpływ cieczy chłodzącosmarującej na obrabiany materiał (pęcznienie, zmiany wymiarów, pęknięcia naprężeniowe, itd. ) hhbrak wzajemnych oddziaływań z obrabianym materiałem hhunika się wykonania przez operatora maszyny skrawającej błędnej oceny lub błędnej operacji s Uwaga ˌˌRównież przy skrawaniu na sucho, a nawet szczególnie w tym przypadku, nieodzowne jest chłodzenie lub dobre odprowadzanie ciepła! Zasadniczo zaleca się obróbkę na sucho z odprowadzaniem ciepła poprzez wiór. W skrócie Skrawanie amorficznych tworzyw sztucznych ˌˌunikać stosowania cieczy chłodząco-smarujących, gdyż materiały te są podatne na powstawanie pęknięć naprężeniowych. ˌˌgdy chłodzenie jest konieczne: hhnatychmiast po zakończeniu obróbki usunąć z detali ciecz chłodząco-smarującą przy pomocy izopropanolu lub czystej wody. hhstosować odpowiednie ciecze chłodząco-smarujące. ˌˌczysta woda ˌˌsprężone powietrze ˌˌspecjalne środki smarne: Informacje odnośnie odpowiednich środków smarnych otrzymacie Państwo od swoich dostawców cieczy chłodząco-smarujących. 18

19 Termiczne odprężanie materiału Proces termicznego odprężania materiału Proces odprężania termicznego jest procesem obróbki cieplnej półwyrobów, detali kształtowych oraz elementów gotowych. Produkty są powoli i równomiernie ogrzewane do poziomu temperatury zdefiniowanego stosownie do materiału. Potem następuje uzależniony od grubości materiału czas wygrzewania, podczas którego detal jest nagrzewany całkowicie na wskroś. Następnie materiał musi być powoli i równomiernie ochłodzony z powrotem do temperatury pokojowej. Termiczne odprężanie materiału dla zredukowania naprężeń ˌˌZnaczna redukcja naprężeń resztkowych powstałych podczas procesu wytwarzania lub przetwarzania ˌˌWzrost stopnia krystaliczności materiału hhoptymalizacja parametrów mechanicznych ˌˌUtworzenie równomiernej struktury krystalicznej w materiale ˌˌCzęściowe polepszenie odporności na działanie chemikaliów ˌˌRedukcja skłonności do wypaczenia i do zmian wymiarowych (podczas obróbki i po jej zakończeniu) ˌˌDługotrwała poprawa stabilności wymiarowej Międzyoperacyjne termiczne odprężanie materiału Podczas obróbki krytycznych elementów konstrukcyjnych rozsądne może okazać się poddawanie ich międzyoperacyjnemu odprężaniu termicznemu. Obowiązuje to przede wszystkim: ˌˌgdy wymagane są wąskie tolerancje ˌˌgdy z uwagi na kształt (asymetria, przewężenia przekrojów, kieszenie lub rowki) wytwarzane muszą być elementy konstrukcyjne o dużej skłonności do wypaczania się ˌˌgdy w przypadku materiałów wypełnianych lub wzmacnianych włóknami (zorientowanie włókien może wzmagać wypaczenia) hhproces obróbczy może prowadzić do wytwarzania w elemencie konstrukcyjnym dalszych, zwiększonych naprężeń ˌˌprzy używaniu tępych lub nieodpowiednich narzędzi: hhwyzwalanie naprężeń ˌˌprzy nadmiernym przekazywaniu do elementu konstrukcyjnego ciepła wytwarzanego przez niewłaściwe prędkości i posuwy ˌˌprzy dużej objętości materiału usuwanego poprzez obróbkę skrawaniem przede wszystkim przy obróbce jednostronnej Po zakończeniu procesu produkcji półwyroby firmy Ensinger są poddawane specjalnemu procesowi odprężania w celu zmniejszenia naprężeń wewnętrznych powstałych podczas wytwarzania. Dzięki temu zagwarantowane jest, że materiał będzie lepiej poddawał się obróbce wiórowej, będzie stabilny wymiarowo w trakcie procesu obróbczego i po jego zakończeniu. Materiał Oznaczenie polimeru Podgrzewanie Podtrzymanie * Schładzanie TECASINT PI 2 godz. na 160 C 6 godz. na 280 C 2 godz. na 160 C / 10 godz. na 280 C po 20 C na godz. do 40 C TECAPEEK PEEK 3 godz. na 120 C 4 godz. na 220 C 1.5 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECATRON PPS 3 godz. na 120 C 4 godz. na 220 C 1.5 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECASON E PES 3 godz. na 100 C 4 godz. na 200 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECASON P PPSU 3 godz. na 100 C 4 godz. na 200 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECASON S PSU 3 godz. na 100 C 3 godz. na 165 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECAFLON PVDF PVDF 3 godz. na 90 C 3 godz. na 150 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECANAT PC 3 godz. na 80 C 3 godz. na 130 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECAPET PET 3 godz. na 100 C 4 godz. na 180 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECADUR PBT GF30 PBT 3 godz. na 100 C 4 godz. na 180 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECAMID 6 PA 6 3 godz. na 90 C 3 godz. na 160 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECAMID 66 PA 66 3 godz. na 100 C 4 godz. na 180 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECAFORM AH POM-C 3 godz. na 90 C 3 godz. na 155 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C TECAFORM AD POM-H 3 godz. na 90 C 3 godz. na 160 C 1 godz. na cm grubości ścianki po 20 C na godz. do 40 C * przy temperaturze maksymalnej, jeżeli nie zaznaczono inaczej 19

20 Dzięki międzyoperacyjnemu termicznemu odprężaniu materiału można zredukować te naprężenia oraz niebezpieczeństwo wypaczenia. Dla utrzymania potrzebnych wymiarów i tolerancji należy przy tym zwracać uwagę na następujące zalecenia: ˌˌprzed międzyoperacyjnym odprężaniem termicznym należy najpierw obrobić wstępnie detale konstrukcyjne z dużym naddatkiem (obróbka zgrubna), hhgdyż termiczne odprężanie materiału może prowadzić do określonego skurczu detalu. ˌˌdopiero po termicznym odprężaniu materiału może nastąpić ostateczne nadanie wymiarów detalowi ˌˌpodczas międzyoperacyjnego odprężania termicznego należy dobrze podeprzeć element konstrukcyjny: hhuniknięcie wypaczenia podczas termicznego odprężania materiału Typowy cykl odprężania Temperatura [ C] Zmiany morfologiczne i skurcz wtórny Obróbka cieplna tworzyw sztucznych ma zawsze skutki bezpośrednie. Ciepło jest dostarczane przez: ˌˌTermiczne odprężanie materiału ˌˌProcesy obróbki skrawaniem (ciepło tarcia) ˌˌZastosowanie (temperatura użytkowania, sterylizacja w gorącej parze) Tworzywa sztuczne częściowo krystaliczne ˌˌProces termicznego odprężania prowadzi do wyrównania właściwości materiału h hpodwyższenie stopnia krystaliczności hhoptymalizacja właściwości mechanicznych hhpoprawa stabilności wymiarowej hhpodwyższenie odporności chemicznej ˌˌObróbka skrawaniem może poprzez wytwarzanie ciepła tarcia prowadzić do lokalnego przegrzania: hhzmiany mikrostrukturalne hhskurcz wtórny ˌˌW tym zakresie szczególnie krytycznym materiałem jest TECAFORM hhniewłaściwa obróbka skrawaniem może prowadzić do dużych deformacji lub do wypaczenia elementu konstrukcyjnego Czas [h] Amorficzne tworzywa sztuczne ˌˌsą mniej podatne na skurcz wtórny i wypaczenia t1 t2 t3 t4 czas czas podpodgrzania trzymania czas schładzania dodatkowy czas Temperatura pieca Temperatura w środku półwyrobu lub elementu gotowego Przykład wypaczenia powstały w wyniku jednostronnej obróbki 1. Żółty = materiał do usunięcia 2. Wypaczenie po usunięciu materiału z jednej strony W skrócie Termiczne odprężanie materiału prowadzi do optymalnej stabilności wymiarowej i obniża poziom naprężeń. W przypadku materiałów amorficznych, obróbka cieplna prowadzi także do redukcji naprężeń rozrywających. 20

21 Stabilność wymiarowa Stabilność wymiarów należy uwzględniać jako parametr systemowy na każdym etapie procesu od wytwarzania półwyrobu z tworzywa sztucznego aż po ostateczne zastosowanie. Na dokładność elementu konstrukcyjnego mogą wpływać różne czynniki. Wchłanianie wilgoci ˌˌTworzywa sztuczne o niewielkiej skłonności do wchłaniania wilgoci odznaczają się generalnie dużą stabilnością wymiarów. Przykłady: TECAFORM AH / AD, TECAPET, TECATRON, TECAPEEK h helementy z tych tworzyw można wykonywać z wąskimi tolerancjami ˌˌTworzywa sztuczne o dużej skłonności do wchłaniania wilgoci wykazują wyraźnie mniejszą stabilność wymiarów. Przykłady: TECAMID, TECAST h hwchłanianie / wydzielanie wilgoci prowadzi do pęcznienia lub kurczenia się materiału h hewentualnie godne polecenia jest kondycjonowanie przed obróbką Relaksacja naprężeń ˌˌNaprężenia wewnętrzne lub zamrożone wpływają po części tylko nieznacznie lub w ogóle nie wpływają na dokładność wymiarową gotowego detalu podczas obróbki w temperaturze pokojowej hhgotowy detal o stabilnych wymiarach ˌˌPodczas magazynowania lub w trakcie zastosowania naprężenia zamrożone mogą ulec zredukowaniu hhzmiana wymiarów ˌˌSzczególnie krytyczne jest zastosowanie elementu konstrukcyjnego w temperaturach podwyższonych: hhnaprężenia mogą ulec gwałtownej redukcji hhodkształcenia, wypaczenia lub w najgorszym wypadku pęknięcia naprężeniowe podczas zastosowania gotowego detalu h htermoplasty częściowo krystaliczne wykazują duży skurcz wtórny (do ~1,0 2,5 %) i są bardziej krytyczne w zakresie wypaczenia h htermoplasty amorficzne wykazują mniejszą skłonność do skurczu wtórnego (~0,3 0,7 %) i odznaczają się większą stabilnością wymiarów niż termoplasty częściowo krystaliczne ˌˌNależy zwracać uwagę na wielokrotnie większą rozszerzalność cieplną (w porównaniu do metalu) u Zalecenia odnośnie obróbki ˌˌZwracać uwagę na dobre odprowadzanie ciepła, aby uniknąć lokalnego nagrzewania ˌˌPrzy dużych objętościach materiału usuwanego za pomocą skrawania może być wskazane pośrednie odprężanie termiczne w celu zredukowania naprężeń ˌˌTworzywa sztuczne wymagają większej tolerancji wykonawczej niż metale ˌˌNie należy stosować zbyt dużych sił mocujących, aby uniknąć odkształceń ˌˌPrzede wszystkim w przypadku materiałów wzmocnionych włóknami konieczne jest zwracanie uwagi na położenie elementu konstrukcyjnego w półwyrobie (mieć na uwadze kierunek wytłaczania) ˌˌW przypadku obróbki skrawaniem powinien być wybrany sposób postępowania optymalny dla danego elementu konstrukcyjnego Wprowadzanie ciepła do materiału ˌˌKrytyczne są wszystkie procesy, w przypadku których w materiale wytwarzane jest ciepło hhprzykład: odprężanie termiczne, skrawanie, zastosowanie w wyższych temperaturach, sterylizacja ˌˌTemperatury przewyższające temperaturę zeszklenia powodują zmianę struktury, wskutek czego po ponownym ochłodzeniu dochodzi do skurczu wtórnego hhskurcz i wypaczenie występują szczególnie w przypadku elementów konstrukcyjnych o niesymetrycznej geometrii 21

22 Grupy produktów i właściwości materiałów TECAFORM AH / AD, TECAPET, TECAPEEK Materiały częściowo krystaliczne, niewzmocnione TECAFORM AH / AD natural, TECAPET white i TECAPEEK natural są materiałami odznaczającymi się bardzo dużą stabilnością wymiarową i zrównoważonymi właściwościami mechanicznymi. Materiały te są bardzo dobrze skrawalne i zasadniczo skłonne do tworzenia krótkich wiórów. Mogą być skrawane z bardzo dużym dosuwem narzędzia i z dużymi posuwami. Zasadniczo należy jednak podczas obróbki zwracać uwagę na możliwie małą ilość doprowadzanego ciepła, gdyż szczególnie TECAFORM oraz TECAPET mają dużą skłonność do skurczu wtórnego wynoszącego nawet do ~2,5 %, wskutek czego w przypadku lokalnego przegrzania może dochodzić do wypaczenia. W przypadku wspomnianych powyżej materiałów można przy optymalnych parametrach skrawania uzyskiwać bardzo małe chropowatości. TECAST T, TECAMID 6, TECAMID 66 (poliamidy) Poliamidy niedomieszkowane TECAST T natural, TECAMID 6 natural i TECAMID 66 natural są materiałami na bazie poliamidów. W przeciwieństwie do materiałów wspomnianych powyżej należy w przypadku poliamidów zwracać uwagę na fakt, że z natury zachowują się one jak materiały kruche i twarde; ich stan określa się także jako spritzfrisch. Z uwagi na swoją strukturę chemiczną poliamidy są jednak skłonne do wchłaniania wilgoci. Ta właściwość zapewnia im bardzo dobrą równowagę pomiędzy odpornością na obciążenia dynamiczne i wytrzymałością. W niekorzystnych przypadkach środek jest kruchy i twardy, podczas gdy obszary zewnętrzne są odporne na obciążenia dynamiczne. Gdy dochodzą do tego naprężenia wewnętrzne, których powstawanie związane jest z technologią wytłaczania, to kryje się w tym pewne ryzyko pęknięć naprężeniowych podczas skrawania. Dodatkowo należy brać pod uwagę fakt, iż następstwem wchłaniania wilgoci są zmiany wymiarowe materiału. To pęcznienie musi być wkalkulowane w projektowanie i obróbkę elementów konstrukcyjnych z poliamidu. Wchłanianie wilgoci przez półwyrób (kondycjonowanie) odgrywa przy tym istotną rolę w przypadku skrawania. Zwłaszcza cienkościenne elementy konstrukcyjne (do ~10 mm) mogą wchłonąć do 3 % wilgoci. Obowiązuje ogólna zasada: ˌˌWchłonięcie wilgoci w ilości 3 % powoduje zmianę wymiarów o ok. 0,5 %! Skrawanie TECAST T natural ˌˌMateriał skłonny do tworzenia krótkich wiórów ˌˌDzięki temu jest dobrze skrawalny Skrawanie TECAMID 6 natural i TECAMID 66 natural ˌˌTworzą wiór wstęgowy. ˌˌKonieczne może być częste usuwanie wiórów z narzędzia / detalu obrabianego ˌˌAby dla uniknięcia zakłóceń procesu wytwarzać możliwie szybko pękający wiór, ważne jest: hhstosowanie idealnych parametrów skrawania hhdobór odpowiedniego narzędzia Ogólnie przy większych wymiarach (np. pręt okrągły > 100 mm oraz płyty o grubości ścianki > 80 mm) i przy obróbce skrawaniem w pobliżu środkowego obszaru detalu zalecamy jego wstępne podgrzewanie do temperatury C w celu uniknięcia pęknięć naprężeniowych podczas procesu obróbczego. Wchłanianie wilgoci przez powierzchnię prowadzi w przypadku półwyrobów i elementów konstrukcyjnych o małych wymiarach do w przybliżeniu stałego rozkładu wilgoci w całym przekroju. Przy większych rozmiarach półwyrobów - zwłaszcza w przypadku prętów okrągłych (płyt) o średnicy (grubości) od 100 mm wzwyż - zawartość wilgoci maleje od warstwy zewnętrznej ku wnętrzu. W skrócie Tworzywa amorficzne powinny być obrabiane na sucho - na tyle ile jest to możliwe. Jeżeli użycie cieczy chłodząco smarującej jest absolutnie konieczne, należy element oczyścić ze środka bezpośrednio po użyciu. 22