Tworzywa sztuczne, czyli różnego rodzaju polimery, są nieodzownym elementem współczesnego życia. Chociaż kojarzą się najczęściej z butelkami PET, to istnieją rodzaje tych materiałów, które charakteryzują się dużą wytrzymałością mechaniczną i cieplną, a dzięki temu znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.
Odpowiednio obrobione części z tworzyw sztucznych mogą zastępować niektóre elementy metalowe – zwłaszcza w miejscach, w których wymagane są niska waga oraz koszt produkcji, a nie wyjątkowo wysoka odporność mechaniczna.
Czym jest obróbka tworzyw sztucznych?
Obróbka tworzyw sztucznych to proces kształtowania części wykonanych z różnego rodzaju polimerów, najczęściej w ramach obróbki stratnej (nadmiar materiału jest usuwany), a finalny obiekt ma niższą masę niż blok, z którego został wykonany. Wykorzystuje się do tego:
- narzędzia skrawające (tokarki, frezarki, również sterowane numerycznie),
- narzędzia ręczne (wiertła, piły, dłuta, pilniki, itp.),
- różnego rodzaju prasy (np. do wyginania większych elementów),
- lasery czy wodę pod dużym ciśnieniem (Waterjet).
Obecnie produkowane polimery są stosunkowo łatwe w obróbce, a niektóre z nich charakteryzują się wysoką odpornością mechaniczną, termiczną i chemiczną, przy zachowaniu niższej masy (w porównaniu do metalowych).
Sprawia to, że mogą one zastąpić – i zastępują – części metalowe w wielu branżach. Najlepszym przykładem jest używanie ich do produkcji lekkich kół zębatych w przekładniach o niskim momencie obrotowym (np. do podnoszenia szyb w oknach samochodów). Mówiąc o obróbce tworzyw sztucznych trudno nie wspomnieć o druku 3D, który w większości bazuje na polimerach (m.in. PET), a od niedawna również na drukowaniu elementów z metali (np. tytanu czy aluminium).
Jest to raczej „budowanie” lub „wytwarzanie” elementów z polimerów niż ich obróbka, dlatego w tym artykule pomijamy ten temat. Warto wspomnieć, że sama obróbka polimerów skupia się na ich kształtowaniu mechanicznym. Proces produkcji bloków poddanych temu procesowi najczęściej zakłada przetopienie ich (najczęściej z postaci granulatu) – nazywany jest zbiorczo „przetwórstwem tworzyw sztucznych”.
Rodzaje obróbki tworzyw sztucznych
Istnieje wiele rodzajów kształtowania elementów wykonanych z polimerów. Rosnąca popularność drukarek 3D czy wysoka dostępność prostych ploterów/wycinarek laserowych sprawia, że wytworzenie drobnych elementów i szybkie prototypowanie stało się szeroko dostępne.
Niemniej – większość współczesnych gałęzi przemysłu potrzebuje części wykonanych w wyniku
obróbki mechanicznej tworzyw sztucznych. Oznacza to, że większe i mniejsze obiekty wyprodukowane z tworzyw konstrukcyjnych są formowane w różnego rodzaju urządzeniach (o nich za chwilę).
Takie wytwarzanie, przy użyciu profesjonalnego parku maszynowego, pozwala to na wysoką precyzję pracy i uzyskanie powtarzalnych części, które spełniają kryteria jakościowe oraz są wykonane z minimalnymi tolerancjami.
Najczęściej stosowane metody kształtowania i formowania tworzyw sztucznych to:
- obróbka skrawaniem tworzyw sztucznych – przy pomocy tradycyjnych (automatycznych) frezarek i tokarek. Pozwala ona na stosunkowo szybkie formowanie materiału za pomocą frezów lub ostrzy tokarskich. Sprawdza się ona przy wytwarzaniu pojedynczych części lub niewielkich partii. Jest szeroko dostępna i – przy zastosowaniu szablonów oraz odpowiedniej kontroli jakości – pozwala na produkcję obiektów o zbliżonych parametrach. Z racji ręcznego prowadzenia całego procesu, ta forma obróbki jest praco- i czasochłonna i nie sprawdza się przy masowej produkcji,
- gięcie tworzyw sztucznych – wykonywane na specjalnych prasach lub innych
narzędziach do gięcia i nadawania kątów. Ta forma obróbki korzysta z różnego rodzaju
szablonów i może być w pewnym zakresie automatyzowana. Poddaje się jej najczęściej
większe obiekty (np. profile, rury czy płyty). Dzieli się je na:- gięcie na zimno, czyli nadawanie kształtu obiektom w zakresie ich naturalnej elastyczności i plastyczności - ta metoda obróbki tworzyw sztucznych jest stosunkowo prosta i efektywna, a do tego łatwiej przy jej pomocy uzyskać regularną krzywiznę gięcia. Najczęściej w ten sposób obrabia się poliwęglany i PETG, czyli poli(tereftalan etylenu) z dodatkiem glikolu, często stosowane w druku 3D,
- gięcie na ciepło, nazywane też termoplastycznym - wykorzystuje się w nim narzędzia do gięcia i kształtowania kąta, które nagrzewają obrabiany obiekt w celu poprawy jego plastyczności. Najczęściej obrabia się w ten sposób polietylen;
- obróbka tworzyw sztucznych CNC – przy pomocy tokarek, frezarek i szlifierek sterowanych numerycznie. Jest to obecnie jedna z najczęściej stosowanych metod obróbki polimerów. Zapewnia wysoką precyzję wytworzonych elementów oraz minimalne tolerancje. Sprawia to, że jest to świetny sposób wykonywania detali z tworzyw lub obrabiania części maszyn i urządzeń o skomplikowanych kształcie (np. kół zębatych czy obiektów przestrzennych),
- cięcie laserem tworzyw sztucznych – jest to stosunkowo nowa metoda obróbki, dosyć popularna przy prototypowaniu lub produkcji drobnych elementów. Oczekiwany kształt jest wycinany przy pomocy wiązki światła o dużej mocy. W tym procesie generowane są duże ilości ciepła, dlatego operator powinien zwrócić szczególną uwagę na chłodzenie powierzchni roboczej oraz odpowiednie parametry pracy. Obecnie profesjonalne wycinarki laserowe zapewniają wysoką precyzję wytwarzania elementów.
Narzędzia do obróbki tworzyw sztucznych
Najczęściej stosowanymi narzędziami do obróbki tworzyw sztucznych są:
- maszyny skrawające (np. do obróbki CNC tworzyw sztucznych: tokarki, frezarki),
- prasy krawędziowe i inne narzędzia do gięcia,
- wycinarki/plotery laserowe,
- wycinarki wodne (Waterjet), często sterowane numerycznie, nazywane potocznie „wycinarkami CNC”.
Każda z nich pozwala na wytworzenie części z polimerów. Podobnie jak przy obróbce metalu, wybór technologii kształtowania tworzyw sztucznych jest powiązany z oczekiwanym efektem, wybranym rodzajem polimeru oraz rodzajem obiektu. Tę decyzję podejmuje najczęściej zespół specjalistów, na podstawie wytycznych uzyskanych od klienta.
W wytwarzaniu płaskich obiektów z arkuszy polimerowych sprawdzi się znakomicie wycinarka laserowa, zwłaszcza sterowana numerycznie. Co ważne, wysoka precyzja pracy lasera sprawia, że umożliwia on wycinanie obiektów dwuwymiarowych o bardzo skomplikowanych kształtach – podobne zastosowania ma Waterjet.
Z kolei produkcja części cylindrycznych (np. sworzni i tulei) jest najbardziej efektywna na tokarkach – użycie urządzeń sterowanych numerycznie pozwala przyspieszyć ten proces, jak i zmniejszyć tolerancje. Frezowanie tworzyw sztucznych jest szerokim tematem, dlatego warto zasygnalizować, że ta technologia umożliwia pracę zarówno w 2D jak i 3D.
Skrawanie na frezarkach umożliwia produkcję zarówno skomplikowanych obiektów dwuwymiarowych (np. wieńców zębatych), jak i obróbkę obiektów trójwymiarowych (np. przy użyciu frezarek 5-osiowych). Prasy i inne narzędzia do wyginania pozwalają na nadanie większym elementom oczekiwanego kąta (np. obudowy z polimerów). Jest też szeroka gama narzędzi ręcznych czy elektronarzędzi, które sprawdzają się przy doraźnym formowaniu obiektów z tworzyw sztucznych, jednak nie mają one w praktyce żadnego zastosowania przy produkcji przemysłowej.
Tworzywa sztuczne najczęściej stosowane w obróbce
Obecnie w obróbce dla przemysłu stosuje się wiele rodzajów tworzyw sztucznych. Różnią się one właściwościami mechanicznymi jak i termicznymi, dzięki czemu znajdują zastosowanie w wielu branżach przemysłu. Wśród najczęściej obrabianych polimerów warto wymienić:
- polioksymetylen (POM), charakteryzujący się wysoką odpornością na ścieranie i dobrą termiczną (może stale pracować w temperaturze do +90 °C). Jest powszechnie używany do produkcji części dla wielu branż, od AGD do motoryzacyjnej,
- poliwęglany (PC), przeźroczysty i zbliżony do szkła akrylowego, jednak znacznie bardziej wytrzymały mechanicznie. Charakteryzuje się dobrą odpornością na ścieranie, jak również – jest droższy w produkcji od pleksiglasu,
- szkło akrylowe (PMMA, plexiglas), przezroczysty materiał o dosyć dobrych właściwościach mechanicznych i dużej przezroczystości oraz odporności na promienie UV (nie żółknie),
- polikaprolaktam (poliamid-6, PA-6), polimer o stosunkowo słabych właściwościach mechanicznych, jednak łatwy w obróbce i powszechnie stosowany do produkcji podzespołów do zastosowań elektronicznych,
- polimery wysokosprawne, takie jak polieteroimid (PEI), o bardzo dobrych właściwościach mechanicznych i odporności na kwasy, ścieranie czy temperaturę, czy poliamidoimid (PAI), o wysokiej odporności na korozję zmęczeniową.
Podobnie jak w przypadku formy obróbki, w doborze odpowiedniego tworzywa sztucznego
najlepiej pomoże doświadczony zespół operatorów i specjalistów.
Najlepszej jakości technologia, najlepszy zespół technologów – na tym budujemy nasz proces produkcji.
W RADMOT oferujemy usługi frezowania CNC, usługi toczenia CNC, jak i wiele usług dodatkowych w tym mycie, anodowanie aluminium, znakowanie laserowe oraz montaż.
Skontaktuj się z nami i powiedz, czego potrzebujesz. Usługi CNC świadczymy od niemal 40 lat. Nasza wycena jest zupełnie darmowa. A jeśli będziesz mieć wątpliwości, jaka technologia sprawdzi się u Ciebie najlepiej, nasza fachowa wiedza jest na Twoje usługi.
