Основные причины деформации пластиковых деталей после обработки
Распространённые причины деформации пластиковых деталей после механической обработки
Деформация пластиковых компонентов после обработки — распространённая проблема, возникающая из-за фундаментальных различий в поведении материалов между пластиками и металлами. В отличие от металлов, пластики имеют меньшую жесткость, более высокий коэффициент теплового расширения и обладают вязкоупругими свойствами, то есть их размеры чувствительны к напряжению, времени и температуре. В компании Neway управление этими факторами является ключевым для обеспечения размерной стабильности компонентов при обработке пластика на ЧПУ. Основные причины деформации можно разделить на категории: снятие внутренних напряжений, термические эффекты, выбор материала, напряжения, вызванные обработкой, и особенности геометрии/фиксации деталей.
Основные факторы, приводящие к деформации
Фактор | Описание | Технические данные и стратегии снижения деформации |
|---|---|---|
Внутренние (остаточные) напряжения | Пластиковые заготовки, особенно листы или стержни, изготовленные методом литья под давлением, содержат замороженную молекулярную ориентацию и внутренние напряжения, возникающие в процессе производства. При обработке снимается часть материала, нарушая равновесие, и деталь может деформироваться, стремясь достичь нового стабильного состояния. | • Снятие напряжений до обработки: отжиг материала при температуре на 10–20°C ниже температуры тепловой деформации (HDT) перед обработкой. • Выбор материала: использовать литой акрил или экструдированные заготовки с меньшим внутренним напряжением по сравнению с литыми под давлением. • Симметричная обработка: равномерное снятие материала с обеих сторон для балансировки снятия напряжений. |
Термические эффекты во время обработки | Пластики являются теплоизоляторами. Тепло, генерируемое режущим инструментом, плохо рассеивается, что вызывает локальное тепловое расширение. При охлаждении происходит неравномерное сжатие, приводящее к искажению формы. | • Геометрия инструмента: использовать острые, полированные инструменты с положительным углом резания и широкими канавками для эффективного удаления стружки. • Охлаждение: применять постоянный поток сжатого воздуха или туманообразное охлаждение; избегать жидких охлаждающих жидкостей, которые могут вызвать набухание у влагопоглощающих пластиков. • Параметры резания: высокая скорость шпинделя при малой подаче для снижения выделения тепла на единицу среза. |
Выбор материала и влагопоглощение | Не все пластики одинаково подвержены деформации. Аморфные полимеры (например, ABS, PC) обычно обладают лучшей размерной стабильностью, чем полукристаллические (например, нейлон, POM). Кроме того, влагопоглощающие материалы впитывают влагу из воздуха, что может приводить к разбуханию. | • Сушка материала: для влагопоглощающих пластиков, таких как нейлон (PA) или ABS, просушивать материал в соответствии с рекомендациями производителя (например, 80°C в течение 4+ часов). • Кондиционирование после обработки: дать деталям стабилизироваться в условиях эксплуатации перед финальной проверкой размеров. |
Напряжения, вызванные обработкой | Механическое воздействие инструмента вызывает локальные сжатия и сдвиги в материале, создавая новые внутренние напряжения. Избыточное давление инструмента, тупые резцы или неправильная фиксация могут привести к изгибу детали во время обработки. | • Фиксация: использовать зажимы с низким давлением, конформные приспособления или вакуумные столы, чтобы равномерно распределить усилие и снизить деформацию. • Траектория инструмента: применять стратегии обработки типа трохоидального и встречного фрезерования для снижения сил резания и нагрузки на инструмент. • Многопроходная обработка: выполнять легкие финальные проходы (≤ 0.5 мм), чтобы минимизировать остаточные напряжения. |
Конструкция и геометрия детали | Тонкие стенки, большие незафиксированные участки и асимметричные конструкции изначально менее жёсткие и более подвержены деформации под воздействием перечисленных факторов. | • Проектирование с учётом технологичности (DFM): сохранять равномерную толщину стенок и избегать острых внутренних углов. • Прототипирование: использовать прототипирование на станках с ЧПУ для проверки стабильности сложных конструкций перед серийным производством. • Альтернативные процессы: для тонкостенных сложных деталей 3D-печать может обеспечить более стабильную монолитную структуру. |
Особенности деформации по типам материалов
Понимание уникальных свойств распространённых пластиков, используемых в механической обработке, важно для прогнозирования и предотвращения деформаций:
• Нейлон (PA): сильно влагопоглощающий и полукристаллический материал. При обработке во влажном состоянии сильно разбухает и подвержен деформации при снятии напряжений. Обязательна тщательная сушка и кондиционирование после обработки.
• Ацеталь (POM / Делрин): обладает хорошей размерной стабильностью и низким влагопоглощением, но имеет высокий коэффициент теплового расширения. Чувствителен к деформации от тепла при обработке. Критически важно использовать острые инструменты и активное охлаждение.
• Поликарбонат (PC): аморфный полимер с хорошей размерной стабильностью, но высокой чувствительностью к надрезам. Некачественные инструменты могут создавать микротрещины, которые со временем становятся очагами накопления напряжений и вызывают ползучесть или растрескивание.
• ABS: часто используется для прототипирования благодаря хорошей обрабатываемости. Однако его сравнительно низкая температура тепловой деформации делает материал уязвимым к термическим искажениям при агрессивной обработке.
• PEEK: высокопроизводительный полимер с отличной стабильностью и низкой влагопоглощаемостью. Однако из-за высокой температуры плавления при избыточном нагреве материал может размягчаться и перекристаллизовываться, что приводит к остаточным напряжениям.
Решения и методы обработки после механической обработки
Если деформация произошла или ожидается, можно применить ряд методов постобработки. Снятие напряжений на готовой детали посредством контролируемого цикла отжига помогает достичь стабильного состояния. Для декоративных деталей незначительные искажения можно частично устранить во время полировки деталей после обработки на ЧПУ или других финишных операций, хотя это корректирующая, а не профилактическая мера. Наиболее эффективная стратегия — профилактика: правильное обращение с материалом, оптимизированные параметры обработки и продуманная фиксация, минимизирующие возникновение напряжений с самого начала.
