CNC-Kunststoffbearbeitung: Was ist das, Erstellen von Prototypen, Operationen, Materialien

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Jack Lüge Experte für CNC-Bearbeitung

Auf etwas spezialisiert sein CNC-Fräsen, CNC-Drehen, 3d Drucken, Urethanguss, und Blechbearbeitung Dienstleistungen.


Was ist CNC-Kunststoffbearbeitung?

Es ist notwendig zu verstehen, was „CNC“ bedeutet, um die Tiefe des Wissens zu schätzen, das wir in der CNC-Kunststoffbearbeitung besitzen. „CNC“ bezieht sich auf „Computer Numerical Control“, eine Art der maschinellen Bearbeitung, bei der eine vorprogrammierte Computersoftware Anweisungen an Werkzeuge und Maschinen zur Herstellung von Produkten gibt. Da die CNC-Bearbeitung so effizient ist, wurde sie in verschiedenen Operationen und Verfahren eingesetzt. CNC-Maschinen können mehrere Mechanismen verwalten: Schleifmaschinen, Drehmaschinen und Mühlen.
Ein weiterer Vorteil der CNC-Kunststoffbearbeitung besteht darin, dass sie Aufgaben erledigen kann, die dreidimensionales Schneiden mit nur einem Satz von Eingabeaufforderungen erfordern. Es bietet viele kreative Möglichkeiten. Aus diesem Grund wird es für den Einsatz in komplizierteren Komponenten bevorzugt. Die Bearbeitung von Hand erfordert die Anwesenheit eines Bedieners, der Steuerungen wie Hebel und Knöpfe verwendet, um die Maschine oder Maschinen zu lenken. Durch die CNC-Bearbeitung von Kunststoff entfällt der bisher erforderliche zusätzliche Werker. Dieser hochmoderne Ansatz erfordert die Bereitstellung präziser Anweisungen für eine Maschine, damit sie eine Reihe von Aufgaben erfolgreich und automatisch ausführen kann.

Die Erklärung der CNC-Kunststoffbearbeitung

Erstellen von Kunststoffprototypen mit CNC-Bearbeitung

Metall war traditionell das Material der Wahl für den Betrieb, bis Maschinisten begannen, die CNC-Bearbeitung für die Prototypenfertigung einzusetzen. Dies hat sich jedoch inzwischen geändert. Denn der Spritzguss war früher das primäre Verfahren der Kunststoffbearbeitung.
Um die Form für das Spritzgießen zu erstellen, müssen Sie einen erheblichen Geldbetrag bezahlen. Auch bei der Herstellung der Form muss der Maschinist äußerste Vorsicht walten lassen. Dies ist der Fall, da Fehler während des gesamten Verfahrens zu zusätzlichen Kosten führen können, die sogar zu einer Erhöhung der Gesamtkosten des Projekts führen können. In ähnlicher Weise finden Sie im Folgenden eine Erläuterung der Verfahren und einige hilfreiche Ratschläge für das CNC-Prototyping aus Kunststoff:

Werkzeugauswahl

Obwohl Kunststoff und Metall jeweils einzigartige Eigenschaften besitzen, sind die Arten von Werkzeugen, die für die Arbeit mit beiden erforderlich sind, die gleichen. Der Unterschied zwischen diesen beiden Materialarten liegt jedoch nur in der Wildheit des Schnitts. Im Folgenden sind einige Beispiele für Kunststoffbearbeitungswerkzeuge aufgeführt, die zum Erstellen von CNC-Prototypen aus Kunststoff verwendet werden können:

Schaftfräser

Schaftfräser

Sie gehören zu den bekanntesten Fräsertypen. Sie können Materialien in axialer Richtung schneiden und sind in ihrer Funktionalität relativ mit Bohrern vergleichbar. Die CNC-Werkzeugmaschine ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Sie unterscheiden sich durch die Anzahl ihrer Flöten und ihre unterschiedlichen Nasen. Einige könnten sogar mehr als acht Flöten in ihrer Sammlung haben. Flachnasen, Kugelnasen und Bullnasen sind die vielen Arten von Nasen.

Kugelschneider

Kugelschneider

Kugelfräser erkennen Sie leicht an ihren halbkugelförmigen Schneidspitzen, die Eckenradien auf senkrechten Seiten erzeugen. Diese Tipps geben dem Cutter seinen Namen.

Hohle Mühlen

Hohle Mühle

Diese Mühle sieht aus, als ob sie auf dem Kopf stünde, und hat die Form einer Röhre. Da Hohlfräser eine Schneidkante auf der Innenseite des Fräsers haben, können Maschinenbediener diese Werkzeuge verwenden, um komplexe Formen wie Gesamtspitzen und Formradien herzustellen.

Maschineneinrichtung

Bei der Bearbeitung von Kunststoffprototypen ist es ebenso wichtig, die Werkzeuge richtig einzurichten wie die Werkzeuge auszuwählen. Kunststoff bleibt vergleichsweise weich, wodurch es schwieriger wird, Spuren auf der Kunststoffoberfläche zu hinterlassen. Bei der Konfiguration von Werkzeugen für die Kunststoffbearbeitung sind einige Dinge zu beachten, um solche und andere Fehler während der gesamten Produktion zu vermeiden, darunter die folgenden:

  • Legen Sie vor der Bearbeitung eine weiche Unterlage zwischen das Material und das Schneidwerkzeug. Es reduziert die Spannkraft der Maschine und Materialschnittmarken.
  • Der Maschinist muss den Abstand zwischen Bohrer und Vorrichtungen überwachen. Während der Bearbeitung zieht die Bohrspitze das Werkstück ständig nach oben. Das Material wird entfernt, wenn der Bohrer von den Vorrichtungen entfernt ist. Es verursacht Biegen oder Schneiden.
  • Schließlich sollte der Maschinist das Schneidwerkzeug mit Kühlmittel kühlen, um ein Schmelzen des Kunststoffs zu vermeiden.

Oberflächenveredlung

Kunststoffe sind im Gegensatz zu Metall nur in einer begrenzten Anzahl von Oberflächenbehandlungen erhältlich. Wenn die maschinelle Bearbeitung jedoch genau ausgeführt wird, sind Oberflächenendbearbeitungen möglicherweise nicht erforderlich. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für typische CNC-Kunststoffoberflächen:

  • Das Verwenden von Druckluft und einer abrasiven Substanz zum Kugelstrahlen umfasst das Strahlen der Oberfläche eines Kunststoffmaterials mit einem abrasiven Material.
  • Zum Lackierprozess gehört das Aufsprühen von Lacken auf die Kunststoffbauteiloberfläche. Es trägt dazu bei, die optische Gesamtattraktivität eines Kunststoffbauteils zu verbessern. Zusätzlich dient es zum Schutz der Kunststoffoberfläche.

Wichtige Anweisungen zur CNC-Bearbeitung von Kunststoffen

Ingenieure müssen je nach CNC-Bearbeitungstechnik, die sie zur Herstellung hochwertiger CNC-bearbeiteter Kunststoffkomponenten verwenden, verschiedene Richtlinien einhalten. In den folgenden Absätzen werden wir sie jeweils genauer untersuchen.

CNC-Drehen von Kunststoffen

Beim CNC-Drehen wird ein Kunststoffbauteil auf einer Drehmaschine in Position gehalten. Das Werkstück wird in einer Dreh- oder Drehbewegung gegen das Schneidwerkzeug gedreht. Das CNC-Drehen kann verschiedene Formen annehmen, und jede dieser Formen hat ihre eigenen Ziele und Ergebnisse, die nur für sie gelten. So eignet sich beispielsweise gerades oder zylindrisches CNC-Drehen besonders für massive Schnitte. Im Gegensatz dazu erzeugt das Kegel-CNC-Drehen ein charakteristisches kegelartiges Aussehen.
Im Folgenden finden Sie die Richtlinien für die Herstellung von Kunststoffkomponenten mit CNC-Drehmaschinen:

  • Stellen Sie sicher, dass die Schneidkanten einen negativen Spanwinkel erhalten, um das Reiben zu reduzieren.
  • Implementieren großer Freiwinkel an den Schneidkanten.
  • Die oberen Oberflächen sind poliert, was dazu beiträgt, die Materialanhäufung zu minimieren und eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit oder -qualität zu erzeugen.
  • Verwendung empfindlicher Hartmetalleinsätze der Klasse C-2.

Wir empfehlen die Verwendung einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,015 Zoll pro Minute (IPR) beim Schruppen. Für genauere Endschnitte empfehlen wir eine Vorschubgeschwindigkeit von 0,005 Zoll pro Umdrehung (IPR). Darüber hinaus müssen sich Produktteams bewusst sein, dass sich die Freiwinkel, Spanwinkel und Seitenwinkel je nach Material ändern, das beim CNC-Drehen verwendet wird.

Kunststoff-CNC-Fräsen

Die Technik des CNC-Fräsens ist eine Art computergesteuertes Fräsen, bei dem ein Fräser, ein rotierendes Werkzeug mit zylindrischer Form, verwendet wird, um Material von einem festen Substrat zu entfernen, um ein fertiges Bauteil freizulegen. Von einem Computer gesteuerte Fräsmaschinen können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden: solche mit drei Achsen und solche mit mehreren Achsen. Fräsmaschinen mit drei Achsen können das Schneidwerkzeug oder das Werkstück in alle drei linearen Richtungen (von links nach rechts, vor und zurück sowie auf und ab) bewegen, was sie ideal für die Herstellung von Designs mit weniger komplexen Elementen macht. Fräsmaschinen mit vier oder mehr Achsen und mehrachsige Fräsmaschinen sind die effektivsten Werkzeuge zur Herstellung von Kunststoffbauteilen mit komplizierten Geometrien.
Im Folgenden sind die besonderen Richtlinien für die Erstellung von Kunststoffbauteilen durch CNC-Fräsen aufgeführt:

  • Bei der Bearbeitung mit einem glas- oder kohlefaserverstärkten Thermoplasten wäre es hilfreich, Werkzeuge aus Kohlenstoff (Carbon Tooling) einzusetzen.
  • Durch die Verwendung von Klemmen können unglaublichere Spindelgeschwindigkeiten erreicht werden.
  • Die Verwendung von Schaftfräsern für abgerundete Innenecken und Taschen kann die Spannungskonzentration reduzieren.

Kunststoff-CNC-Bohren

Beim CNC-Bohren werden Bohrer in einen Kunststoffblock eingesetzt, um Löcher zu erzeugen. Nach dem Absenken auf den Block beginnen ein Spindelhalteblock und ein CNC-Bohrer, Löcher in der richtigen Größe zu bohren. Eine CNC-Bohrmaschine ist mit verschiedenen Bohrmaschinen kompatibel, einschließlich radialer CNC-Bohrmaschinen, aufrechter CNC-Bohrmaschinen und Tisch-CNC-Bohrmaschinen.

Es ist unabdingbar, die CNC-Bohrer scharf zu halten, mit denen Sie Kunststoffteile herstellen. Abgenutzte oder falsch geformte Bohrer können das Element übermäßig belasten, was zu Werkzeugschwierigkeiten und Leistungsproblemen führt. Wir empfehlen die Verwendung eines Bohrers mit einem Lippenwinkel von 9 bis 15 Grad für die meisten Thermoplaste, und er sollte zwischen 90 und 118 Grad liegen. Beim Bohren mit Acryl verwenden Sie am besten einen Neigungswinkel von 0 Grad.

Der Spanauswurf aus dem CNC-Bohrer ist kritisch, da ein unsachgemäßer Spanauswurf zu Reibung und Wärmestau führen kann. Die Reduzierung der beim CNC-Bohren erzeugten Wärmemenge, die mehr Wärme erzeugt als fast jede CNC-Bearbeitungstechnik, ist wesentlich, um die Auswirkungen von Stress und Beschädigung zu begrenzen. Wenn Sie versuchen, einen CNC-Bohrer sicher zu entfernen, ohne das Bauteil zu beschädigen, sollten Sie darauf achten, dass die Bohrtiefe nicht mehr als das 3-4-fache des Bohrerdurchmessers beträgt. Es würde helfen, die Vorschubgeschwindigkeit zu verlangsamen, wenn der Bohrer das Material fast verlassen hat.

Auswahlhilfe für CNC-Kunststoffe

In diesem Abschnitt führen wir Sie durch die Abstimmung der Anforderungen Ihres Projekts mit dem geeigneten Material für die CNC-Kunststoffbearbeitung. Auf geht's.

ABS-Kunststoff-CNC-Bearbeitung

ABS-Kunststoff-CNC-Bearbeitung

Beschreibung

Die Abkürzung für den Kunststoff ABS steht für „Acrylnitril-Butadien-Styrol“. Es bietet hervorragende Schlagfestigkeit, Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber elektrischem Strom zu günstigen Kosten. Darüber hinaus ist die Endbearbeitung einfach, da es je nach Vorliebe einfach zu bemalen, zu kleben oder zusammenzuschweißen ist. Nach der Bearbeitung hat ABS eine matte Oberfläche. Das Finish kann jedoch je nach den Besonderheiten des Bearbeitungsprozesses relativ glänzend sein. Für das Schneiden oder Gravieren des ABS-CNC-Bearbeitungsprozesses ist eine CNC-Fräsmaschine erforderlich.

Stärken und Schwächen

ABS ist ein hervorragendes Material für das Prototyping mit einer breiten Funktion, zum Vorformen von Prototypen, für Komponenten, die Stößen ausgesetzt sind und Robustheit erfordern, und wenn es wünschenswert ist, die Kosten niedrig zu halten. Andererseits hat ABS keine starke Beständigkeit gegen Abrieb oder Chemikalien und schmilzt, wenn es Aceton ausgesetzt wird. Außerdem ist es kein besonders stabiler Kunststoff.

Anwendungen

Zu den typischsten Anwendungen von ABS gehören die Herstellung von Vorspritzguss-Prototypen, Gehäuse für elektrische Komponenten, Haushaltsgeräte und sogar die erkennbaren Legosteine.

Nylon-CNC-Bearbeitung

Nylon-CNC-Bearbeitung

Beschreibung

Nylon 6/6 ist ein vielseitiges Material, das sowohl stark als auch langlebig ist. Es kann für eine breite Palette unterschiedlicher Zwecke verwendet werden. Es besitzt eine ziemlich starke Beständigkeit sowohl gegen Hitze als auch gegen Chemikalien, die erforderliche Steifigkeit, um seine Form beizubehalten, und die Festigkeit, um einer Verformung zu widerstehen, selbst wenn es Belastungsbedingungen ausgesetzt ist. Glasgefülltes Nylon ist eine weitere Standardoption und ein hervorragendes Material für CNC-Maschinenwerkstätten.

Stärken und Schwächen

Nylon bietet eine hervorragende elektrische Isolierung, Chemikalien- und Verschleißfestigkeit sowie eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, die über einen breiten Temperaturbereich beibehalten werden. Nylon 6/6 ist eine perfekte Materialoption für Situationen, in denen kostengünstige Komponenten, die dennoch robust und langlebig sind, benötigt werden. Die Abmessungen von glasfaserverstärktem Nylon bleiben trotz seiner Steifigkeit, Festigkeit, Härte und Zähigkeit konstant. Aber Nylon 6/6 kann Wasser aufnehmen, was dazu führt, dass das Material aufquillt und in seinen Abmessungen ungenauer wird. Aufgrund der dem Material innewohnenden Eigenspannungen kann es auch zu Verformungen kommen, wenn bei der Bearbeitung ein starker asymmetrischer Materialabtrag auftritt.

Anwendungen

Die typischsten Anwendungen für Nylon sind medizinische Hardware, Montageteile für Leiterplatten, elektrische Isolierung, Komponenten für den Motorraum von Automobilen und Luftfahrtkomponenten. Es wird anstelle von Metallen verwendet, da es ein kostengünstigeres Material ist.

CNC-Bearbeitung von Acryl

CNC-Bearbeitung von Acryl

Beschreibung

Die chemische Zusammensetzung von Acryl wird als PMMA (Polymethylmethacrylat)-Kunststoff bezeichnet. Acryl ist auch unter den Markennamen Plexiglas oder Lucite bekannt. Es ist kratzfest, schlagfest, zäh und lässt sich problemlos mit Acrylzement fixieren.

Stärken und Schwächen

Es ist eine ausgezeichnete Wahl für Anwendungen, die optische Transparenz oder Transluzenz erfordern, und ein weniger haltbarer, aber kostengünstigerer Ersatz für Polycarbonat. Aufgrund seiner Kratzfestigkeit ist es eine ausgezeichnete Wahl für Standorte, die nur etwas rau sind.
Auf der anderen Seite ist Acryl ein spröder Kunststoff, der eher bricht oder zerbricht als sich zu dehnen. Achten Sie bei der Verarbeitung von Acrylbauteilen auf die Wandstärke, da dünnere Wände tendenziell spröder sind. Die bearbeiteten Oberflächen verlieren ihre Transparenz und erscheinen bei der Bearbeitung mattiert und undurchsichtig. Daher ist es ideal zu prüfen, ob ein Bauteil aus Acryl auf seiner Materialstärke gehalten werden sollte, um seine Transparenz zu erhalten. Das Polieren einer bearbeiteten Oberfläche ist ein zusätzlicher Nachbearbeitungsschritt, der durchgeführt werden kann, wenn die Oberfläche transparent sein muss.

Anwendungen

Im bearbeiteten Zustand ist Acryl transparent. Es wird am häufigsten als leichte Alternative zu Glas oder für den Bau von Lichtleitern verwendet. Komponenten für Autolichtsysteme, Lichtröhren, Tanks, Blenden und Teile für die optische Technik sind einige Beispiele für weitere weit verbreitete Anwendungen.

CNC-Bearbeitung von HDPE

CNC-Bearbeitung von HDPE

Beschreibung

Polyethylen hoher Dichte oder HDPE hat eine kristalline Struktur und ein natürlich undurchsichtiges Aussehen mit einer wachsartigen Oberfläche. Es ist jedoch auch mit einem schwarz gefärbten Finish erhältlich.

Stärken und Schwächen

Neben seiner außergewöhnlichen Beständigkeit gegen Chemikalien und elektrische Isolierung ist seine Oberfläche auch ziemlich rutschig. Es bietet auch eine hervorragende Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen und einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Seine Preisgünstigkeit und Langlebigkeit machen es perfekt für CNC-bearbeitete Kunststoffkomponenten. Der größte Nachteil von HDPE ist jedoch, dass es eine geringe Festigkeit aufweist, insbesondere wenn es Zug und Biegung ausgesetzt ist. Daher ist es anfällig für Risse unter Belastung.

Anwendungen

HDPE wird häufig in Fluidanwendungen wie Kraftstofftanks, Kunststoffbehältern und Rohren verwendet. Aufgrund seiner Chemikalienbeständigkeit und seiner Gleitfähigkeit eignet es sich hervorragend für gewichtsempfindliche oder elektrisch sensible Anwendungen. Darüber hinaus eignet es sich perfekt zum Herstellen von Stopfen und Dichtungen.

CNC-Bearbeitung von Polycarbonat

CNC-Bearbeitung von Polycarbonat

Beschreibung

Polycarbonat, auch PC genannt, ist der langlebigste Kunststoff. PC bleibt ein transparenter Thermoplast. Darüber hinaus ist es einer der am häufigsten CNC-bearbeiteten Kunststoffe und auch einer der am häufigsten recycelten Kunststoffe weltweit. In seinem natürlichen Zustand hat es das Aussehen eines klaren milchigen Blaus, aber auf dem Markt kann es in schwarzer Farbe gekauft werden. Glanz ist eine inhärente Qualität sowohl der schwarzen als auch der milchig blauen Farbe.

Stärken und Schwächen

Polycarbonat hat eine extreme Schlagfestigkeit sowie eine sehr hohe Steifigkeit. Es behält seine Funktionalität über einen weiten Temperaturbereich. Anwendungen, die einen sehr zähen oder robusten Kunststoff erfordern, und solche, die die optische Klarheit von Polycarbonat erfordern, sind die wichtigsten Kandidaten für die Verwendung dieses Materials. Es ist gängige Praxis, Polycarbonat anstelle von Glas zu verwenden, da es 250-mal schlagfester als Glas ist und eine bessere Widerstandsfähigkeit als Acryl aufweist.
Die unmodifizierte Form von Polycarbonat hat keine große Verschleißfestigkeit und wird leicht zerkratzt. Weitere Nachbearbeitungsschritte (Dampfpolieren und Antikratzbeschichtungen) können angewendet werden, um die Verschleißfestigkeit oder optische Klarheit des Materials zu erhöhen. Da es in Abschnitten mit einer Dicke von mehr als zwei Zoll nicht leicht zugänglich ist, ist die aus Polycarbonat hergestellte Teilegröße beschränkt.

Anwendungen

Aufgrund seiner Haltbarkeit und Reinheit wird Polycarbonat für eine Vielzahl von Produkten verwendet: optische Platten, Lichtleiter, Schutzbrillen, CDs und DVDs, Mobiltelefone und sogar undurchdringliches Glas.

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