Механическая обработка пластиков

Когда слышишь ?механическая обработка пластиков?, многие сразу представляют фрезерный станок и горы стружки, как с металла. Вот это и есть первый камень преткновения. Пластик — он другой. Совсем другой. Если подходить к нему с теми же скоростями, подачами и геометрией инструмента, что и к стали, получишь либо оплавленную массу, либо трещины, либо, что чаще всего, деталь с непредсказуемыми внутренними напряжениями, которая ?поведёт? себя через неделю. Сам через это проходил, когда лет десять назад пытался делать точные корпуса из ПА6. Казалось бы, отфрезеровал по чертежу, всё село идеально, а через пару дней зазоры появляются. Пришлось переучиваться, по сути.

От материала к стратегии: почему универсального рецепта нет

Всё начинается с понимания, с чем работаешь. Возьмём, к примеру, те же полиамиды (ПА) и поликарбонат (ПК). Оба прочные, оба идут на ответственные детали. Но ПА — гигроскопичен. Если заготовку не выдержал в цехе, не привёл в равновесное состояние по влажности, то после обработки её может ?покрутить? так, что чертежу останется только удивляться. А ПК — вязкий, при неправильном резании не стружку даёт, а длинную, липкую ленту, которая наматывается на фрезу и портит всю поверхность. Нужен острый, с положительной геометрией инструмент и хорошее охлаждение. Но не водой! Для многих пластиков вода — это проводник к коррозии оснастки или, опять же, к изменению влажности материала. Чаще воздух под давлением или специальные туманообразующие СОЖ.

Тут, кстати, вспоминается опыт коллег из ООО Дэян Хунгуан Интеллектуальное Оборудование. Они, хоть и сфокусированы на литье и прокате цветных металлов, но сталкиваются с необходимостью точной механообработки полимерных компонентов для своих литьевых форм или изоляционных деталей. На их сайте dyhgzn.ru видно, что предприятие комплексное, и такая внутренняя задача — обработать специальный пластик для какого-нибудь направляющего элемента в своей же продукции — для них обычное дело. Думаю, они хорошо понимают, что качество конечного литья часто упирается в точность и стабильность полимерной оснастки, а её без грамотной механической обработки не сделать.

Или другой пример — POM (полиформальдегид, он же ацеталь). Материал отличный, с низким трением, часто используется для шестерён. Но при резании он склонен к образованию внутренних напряжений. Можно получить идеальную по размерам шестерёнку, которая при работе под нагрузкой расколется по границам этих напряжений. Спасение — в многоступенчатой обработке с постепенным снятием припуска и последующим, иногда, термическим отдыхом заготовки. Это время, это деньги. Но без этого — брак.

Инструмент: не каждый твёрдый сплав одинаково полезен

С инструментом тоже своя история. Для алюминия — одни сплавы и геометрия, для нержавейки — другие. Для пластиков — третьи. Главные враги — налипание и перегрев. Поэтому часто используют острые, полированные сплавы, иногда с алмазоподобным покрытием (DLC), которое снижает адгезию. Фрезы с большим количеством стружечных канавок — чтобы быстро эвакуировать лёгкую стружку, не давая ей перетираться.

Однажды пробовали использовать для чистовой обработки ПЭЭК (высокотемпературный пластик) стандартную фрезу по алюминию. Результат — матово-белая, словно ?уставшая? поверхность вместо прозрачной. Оказалось, даже минимальный нагрев от трения меняет поверхностный слой такого пластика. Пришлось заказывать специальный однозубый инструмент с особой заточкой — и только тогда получился нужный оптический эффект и чистота поверхности.

Сверление — отдельная песня. Особенно глубоких отверстий в вязких пластиках типа ABS. Стандартное спиральное сверло зачастую зажимает, рвёт материал, выходная сторона получается с заусенцами и расслоениями. Хорошо показывают себя сверла с шлифованной геометрией и углом при вершине около 90-100 градусов, а также ступенчатые сверла. Но опять же, нужно тестировать на конкретном материале.

Крепление и вибрация: где прячется точность

Пластик — лёгкий и часто упругий. Сильно зажмёшь в тисках — деформируешь, отпустишь после обработки — вернётся к первоначальной форме, но уже с обработанными поверхностями, которые теперь не соответствуют чертежу. Поэтому часто используют вакуумные столы или специальные приспособления с распределённым зажимом по большой площади. Для тонкостенных деталей иногда и вовсе приходится проектировать технологическую оснастку, которая повторяет контур и поддерживает его изнутри.

Вибрация — ещё один тихий убийца точности. Из-за низкой жёсткости пластика может возникать явление резонанса на определённых скоростях резания. Деталь начинает ?петь?, поверхность получается волнистой. Бороться можно изменением режимов (скорость, подача), использованием динамически более жёсткого инструмента с укороченным вылетом или применением демпфирующих прокладок. Это всё настраивается опытным путём, по наитию почти. Ни одна CAM-система тебе этого точно не просчитает.

В контексте производства, как у ООО Дэян Хунгуан, где вероятно есть задачи по изготовлению изоляционных плит или сложных прокладок из конструкционных пластиков, вопрос крепления и отсутствия вибрации критичен. Потому что такие детали потом стыкуются с металлическими узлами, и зазор в десятую долю миллиметра может влиять на теплопередачу или герметичность всей системы. Их подход, как у комплексного предприятия, должен быть именно что — от материала до готовой детали, с пониманием всех этих подводных камней.

Охлаждение и чистота: неочевидная необходимость

Как я уже упоминал, проточная вода или эмульсия — не всегда вариант. Но отвод тепла нужен. Перегрев пластика ведёт к его размягчению, налипанию на инструмент, короблению и изменению размеров. Стандартное решение — сжатый воздух. Но и тут есть нюанс: если в воздушной магистрали есть влага или масло, они попадут на заготовку и могут испортить поверхность или повлиять на адгезию при последующем склеивании или покраске. Поэтому нужны хорошие фильтры-осушители.

Иногда применяют охлаждение туманом (минимальное количество масла, диспергированное в воздухе). Это эффективно, но требует системы отсоса этого тумана из рабочей зоны — вопросы экологии и охраны труда никто не отменял. После такой обработки деталь нужно мыть. Получается дополнительная операция.

Чистота цеха тоже важна. Металлическая пыль от обработки других деталей, осевшая на пластиковую заготовку, может быть впрессована в её поверхность при обработке и стать причиной брака, особенно если деталь должна быть диэлектриком или работать в агрессивной среде, где инородные включения запустят коррозию.

Контроль и ?отдых? детали

Померял обработанную деталь микрометром сразу после станка — размер в допуске. Поставил на склад, а через день пришёл — размер ?уплыл?. Знакомая ситуация? Это релаксация напряжений. После механического воздействия материал какое-то время ?живёт?. Особенно это характерно для литых или экструдированных заготовок, где уже есть внутренняя напряжённость. Поэтому для прецизионных деталей вводится технологическая выдержка — после черновой обработки, а иногда и после чистовой. Деталь просто лежит при комнатной температуре сутки-двое, а потом её дорабатывают или контролируют окончательно.

Методы контроля тоже свои. Контактные щупы измерительных машин могут проминать поверхность мягкого пластика, давая ложные показания. Оптические методы (сканирование) часто предпочтительнее. Ну и всегда нужно учитывать коэффициент теплового расширения пластика, который на порядок выше, чем у металла. Измерительная лаборатория с +20°C — это одно, а цех с +28°C — уже другое. Деталь может просто физически стать больше.

Вот и получается, что механическая обработка пластиков — это не второстепенная операция, а целая дисциплина на стыке материаловедения, технологии резания и практического опыта. Это когда ты смотришь на заготовку, трогаешь её, примерно представляешь, как она была сделана (литьём, экструзией), и уже тогда выбираешь стратегию, инструмент и режимы. Без этого — просто надежда на авось, которая в серийном производстве, как у той же ООО Дэян Хунгуан Интеллектуальное Оборудование, непозволительная роскошь. Потому что каждый брак — это удар по репутации комплексного поставщика, который позиционирует себя как высокотехнологичное предприятие. А репутация, как и точная деталь из пластика, штука хрупкая и требует очень аккуратного подхода.