Механическая обработка является важнейшим процессом в современном производстве, используемым для создания точных деталей в различных отраслях промышленности. В то время как механическая обработка металла традиционно является более распространенной, спрос на обработку пластмасс быстро растет из-за достижений в области конструкционных пластмасс и растущих требований к легким, устойчивым к коррозии компонентам.
Несмотря на то, что оба материала могут быть обработаны на одном и том же оборудовании с ЧПУ, процессы значительно отличаются друг от друга с точки зрения характеристик резания, требований к инструменту и проектных допусков. Понимание различий между обработкой пластмасс и металла имеет важное значение для инженеров, дизайнеров и станочников, стремящихся оптимизировать как стоимость, так и производительность.
Свойства материала: Основа поведения при обработке
Наиболее фундаментальные различия обусловлены характеристиками материалов, присущими пластмассам и металлам:
Физические свойства пластмасс и металлов существенно различаются. В большинстве случаев металлы тверже и долговечнее пластмасс, что затрудняет их обработку. Это означает, что для обработки металлов требуется более специализированное оборудование и инструменты, чем для обработки пластмасс. С другой стороны, для обработки пластмасс вполне подойдут стандартные режущие инструменты.
С точки зрения стоимости пластмассы, как правило, намного дешевле металлов. Следовательно, это делает пластмассы более экономичным выбором для многих областей применения. Это особенно важно при крупномасштабном производстве, где можно добиться значительной экономии средств. Однако пластмассовые детали не всегда подходят для всех областей применения. Если деталь должна выдерживать высокие температуры или давление, а также обладать высокой устойчивостью к коррозии, лучшим выбором может быть металл.
Параметры оснастки и резания
Материал и геометрия инструмента
При обработке пластмасс обычно используются быстрорежущие стальные (HSS) или острые твердосплавные инструменты с полированными поверхностями, чтобы свести к минимуму нагрев и избежать размазывания или разрыва материала.
Для обработки металлов, особенно более твердых сплавов, требуются инструменты с более прочным твердосплавным или даже керамическим покрытием и CBN, что увеличивает срок службы инструмента и термостойкость.
Подачи и скорости
Более высокие частоты вращения шпинделя и меньшая скорость подачи часто используются при обработке пластмасс, чтобы предотвратить прогиб материала или накопление тепла.
Обработка металла обычно требует более низких оборотов шпинделя и более интенсивной подачи, в зависимости от твердости и производительности инструмента.
Удаление стружки и охлаждение
При недостаточном охлаждении пластмасса может расплавиться или прилипнуть к инструменту. Во избежание растрескивания под напряжением или химической реакции рекомендуется использовать воздушную струю или минимальное количество охлаждающей жидкости.
Металлы выигрывают от использования систем подачи охлаждающей жидкости или СОЖ высокого давления для контроля температуры и увеличения срока службы инструмента.
Допуски и стабильность размеров
Пластмассовые детали, как правило, более чувствительны к тепловому расширению, влагопоглощению и нагрузкам, вызванным механической обработкой.
Пластмассы могут расползаться, деформироваться или давать усадку после обработки, особенно без последующего отжига. Обычно допуски составляют ±0,05 мм, но могут потребовать корректировки для гигроскопичных материалов, таких как нейлон.
Металлы, обладающие большей стабильностью размеров, допускают более жесткие допуски — часто до ±0,01 мм или выше при высокоточной обработке.
Таким образом, дизайнеры должны учитывать долговечность пластика в реальных условиях эксплуатации, а не только его размеры при обработке.
Отделка поверхности и эстетика
Пластиковые поверхности более подвержены царапинам, но их легче отполировать или придать текстуру для придания им косметического вида.
В обоих случаях часто возникают заусенцы, но для удаления заусенцев с пластика могут потребоваться более щадящие методы (например, криогенная обработка или ручная обрезка), чтобы избежать повреждения кромок.
Зеркального блеска металлов можно добиться с помощью полировки или шлифовки, но это часто требует больше времени и износа оснастки.
Опыт и оборудование
Обработка пластмасс требует специальных знаний и оборудования, которые могут быть доступны не на всех производственных предприятиях. Кроме того, пластмассовые детали могут быть более сложными в обработке, чем металлические, что означает, что для их изготовления может потребоваться больше времени и ресурсов. С другой стороны, обработка металла — это более устоявшийся процесс, который широко используется во многих отраслях промышленности. Поэтому для обработки металла обычно требуется больше опыта и оборудования, чем для обработки пластмасс.
Применение металлических деталей и Пластмассовые Детали
Выбор между обработкой пластика и металла в конечном счете зависит от конкретного применения и требуемых эксплуатационных характеристик. Например, для деталей, требующих высокой степени гибкости конструкции, таких как корпуса на заказ или потребительские товары, обработка пластика может быть лучшим выбором. С другой стороны, для деталей, которые должны выдерживать высокие температуры, давление или агрессивные среды, таких как автомобильные или аэрокосмические компоненты, предпочтительной может быть механическая обработка металла.
Вывод
Как обработка пластика, так и обработка металла необходимы для современного производства, но они не взаимозаменяемы. Каждый материал представляет собой уникальные проблемы и преимущества, требующие специальных стратегий обработки, инструментов и конструктивных решений.
Понимая основные различия в поведении при обработке, допусках и последующей обработке, производители могут принимать более разумные решения, соответствующие потребностям применения, целевым показателям затрат и ожидаемой производительности. Независимо от того, идет ли речь о легком механизме POM или креплении из закаленной стали, правильный выбор материала и метода обработки является ключом к успешному производству.