Wie kann ich Bearbeitungsparameter für Kunststoffe schnell abschätzen?

Ein gestuftes Verfahren zur schnellen Abschätzung von Bearbeitungsparametern für Kunststoffe

Die schnelle Abschätzung von Bearbeitungsparametern für Kunststoffe erfordert einen strukturierten, mehrstufigen Ansatz, der Geschwindigkeit mit ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen ausbalanciert. Im Gegensatz zu Metallen besitzen Kunststoffe eine geringe Wärmeleitfähigkeit sowie weiche, abrasive oder klebrige Eigenschaften, wodurch die Wahl der Parameter entscheidend ist, um Schmelzen, Ausbrüche oder schlechte Oberflächenqualität zu vermeiden. Eine bewährte Methode besteht darin, mit Basisberechnungen zu beginnen, material­spezifische Korrekturen anzuwenden und anschließend auf Grundlage realer Ergebnisse und Werkzeugauswahl feinzujustieren.

Stufe 1: Faustregel-Basiswerte

Für eine schnelle Erstabschätzung kann man eine Basis für einen Standard-Vollhartmetallfräser (z. B. 6 mm Durchmesser, 2 Schneiden) heranziehen und anschließend skalieren. Ein zentrales Prinzip ist, eine hohe Schnittgeschwindigkeit (SFM) und einen hohen Vorschub pro Zahn (FPT) beizubehalten, um die Wärme mit den Spänen abzuführen – nicht in das Werkstück.

• Spindeldrehzahl (RPM): Beginnen Sie mit einer Schnittgeschwindigkeit (SFM) von 500–1000 für steife Kunststoffe wie PC oder ABS und 200–500 für weichere Kunststoffe wie PEEK oder Nylon. Formel: RPM = (SFM × 3,82) / Werkzeugdurchmesser (in Zoll).

• Vorschubgeschwindigkeit (IPM): Beginnen Sie mit einem Vorschub pro Zahn (FPT) von 0,001–0,004 Zoll für das Schlichten und 0,005–0,015 Zoll für das Schruppen. Formel: IPM = RPM × Schneidenzahl × FPT.

• Schnitttiefe (DOC): Für ein 6-mm-Werkzeug beträgt die axiale Schnitttiefe typischerweise 1–2× Werkzeugdurchmesser, und die radiale Schnitttiefe (Seitenschritt) 10–50 % des Durchmessers beim Schlichten und bis zu 75 % beim Schruppen.

Stufe 2: Materialspezifische Korrekturen und Anpassungen

In dieser Stufe werden die Basiswerte an das Verhalten des jeweiligen Kunststoffs angepasst. Kategorisieren Sie das Material und wenden Sie folgende Korrekturen an:

• Steif/glasgefüllt (z. B. PC, ABS, Acryl): Verwenden Sie höhere Drehzahlen als in der Basis. Diese Materialien sind spröde, daher hilft ein höherer Vorschub pro Zahn, das Material sauber zu brechen. Achten Sie auf Ausbrüche an der Austrittskante.

• Weich/klebrig (z. B. Nylon, HDPE, PP): Verwenden Sie scharfe, hochpolierte Werkzeuge mit stark positivem Spanwinkel. Reduzieren Sie die Drehzahl, um Wärmeentwicklung zu minimieren, und erhöhen Sie den Vorschub, um dickere Späne zu erzeugen, die Wärme effizient abführen. Diese Materialien neigen zum Wiederaufschmelzen und Verkleben des Werkzeugs.

• Abrasiv/Verbundwerkstoffe (z. B. PEEK, PI, glasgefüllte Typen): Verwenden Sie diamantbeschichtete oder Vollhartmetallwerkzeuge. Nutzen Sie mittlere bis hohe Drehzahlen, rechnen Sie jedoch mit höherem Werkzeugverschleiß. Parameter sollten das Gleichgewicht zwischen Abtragsrate und Werkzeuglebensdauer wahren.

• Hochleistungsthermoplaste (z. B. ULTEM/PEI): Diese Materialien verhalten sich wie Hybride. Beginnen Sie mit Parametern für steife Kunststoffe, passen Sie diese aber an ihre spezifischen thermischen und strukturellen Eigenschaften an.

Stufe 3: Werkzeug- und Geometrieüberlegungen

Das richtige Werkzeug ist unverzichtbar für eine effiziente Bearbeitung. Ihre Parameterabschätzungen sind nutzlos ohne den passenden Fräser.

• Werkzeugtyp: Verwenden Sie immer scharfe, unbeschichtete oder polierte Vollhartmetallfräser. Für Kunststoffe sind 2- oder 3-Schneider-Werkzeuge Standard, um ausreichend Spanraum zu gewährleisten.

• Geometrie: Ein hoher Drallwinkel (ca. 45°) und ein positiver Spanwinkel sind entscheidend für effizientes Scheren und saubere Spanabfuhr. „O“-Flute-Werkzeuge (Einzahnspiralen) sind ideal für hochglänzende Oberflächen bei Acryl und ähnlichen Kunststoffen.

• Kühlung: Verwenden Sie in der Regel Druckluft oder Nebelkühlung. Ziel ist die Spanabfuhr und eine leichte Kühlung. Flutkühlung wird selten eingesetzt, da sie thermischen Schock verursachen kann und die Hauptursache – übermäßige Wärmeerzeugung durch schlechte Spanbildung – nicht beseitigt.

Stufe 4: Praxistest und Fehlerdiagnose

Nach der Berechnung der Startparameter führen Sie einen Probeschnitt durch und nutzen diese Schnellreferenz zur Diagnose:

• Teil schmilzt oder bildet Fäden: Das Werkzeug schneidet nicht, sondern reibt.

  • Lösung: Vorschubgeschwindigkeit (IPM) erhöhen und/oder Drehzahl reduzieren. Sicherstellen, dass das Werkzeug scharf ist.

• Schlechte Oberflächenqualität (trüb oder rau):

  • Lösung: Drehzahl erhöhen, Vorschub reduzieren und Zustellung verringern. Werkzeugrundlauf prüfen.

• Kantenausbrüche oder Delamination:

  • Lösung: Schärferes Werkzeug verwenden, Vorschub leicht erhöhen und im Gleichlauf fräsen (Gegenlauf kann Schichten anheben).

Wann Experten hinzuziehen

Diese Abschätzungstechniken sind hilfreich für Prototyping und erste Einrichtung, doch komplexe Teile, enge Toleranzen und Serienfertigung profitieren von professioneller CNC-Bearbeitungsexpertise. Für kritische Komponenten, insbesondere in regulierten Branchen wie Medizintechnik oder Luft- und Raumfahrt, garantiert die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Anbieter für CNC-Kunststoffbearbeitung von Anfang an optimale Parameter – für höchste Qualität, Präzision und Wirtschaftlichkeit.