Nel campo delle apparecchiature mediche, dell'elettronica di consumo e della produzione automobilistica, le parti in plastica sono diventate componenti fondamentali di vari prodotti grazie ai loro vantaggi di leggerezza, basso costo e alta flessibilità di progettazione. Tuttavia, la lavorazione CNC di parti in plastica ha sempre affrontato una sfida insidiosa — deformazione. Problemi come l'imbarcamento, la flessione e la deviazione dimensionale non solo portano a un aumento dei tassi di scarto dei pezzi, ma possono anche ritardare i cicli di produzione e aumentare i costi. In qualità di fornitore di servizi CNC professionale, Elite Mold Tech è profondamente radicata nel settore da oltre dieci anni. Mirando ai punti critici della deformazione della lavorazione della plastica, abbiamo sviluppato una soluzione a catena completa, dalla pre-elaborazione dei materiali alla consegna del prodotto finito, fornendo ai clienti globali servizi di lavorazione di parti in plastica ad alta precisione e alta stabilità.
Le plastiche differiscono significativamente dai metalli nelle proprietà fisiche, rendendo le cause di deformazione durante la lavorazione più complesse. Solo identificando accuratamente le cause principali è possibile formulare efficaci contromisure.
La maggior parte delle materie prime plastiche (come lastre e barre) forma una tensione residua a causa di velocità di raffreddamento e forze non uniformi durante l'estrusione o lo stampaggio a iniezione, simile a una molla compressa. Durante la lavorazione CNC, quando l'utensile rimuove parte del materiale, l'equilibrio originale delle sollecitazioni viene interrotto e la tensione residua spinge il materiale rimanente a deformarsi:
- Parti a parete sottile di grandi dimensioni: Come i gusci dei telefoni cellulari e i pannelli degli strumenti, sono soggetti a deformazioni a "sella" con la parte centrale sporgente e i bordi che si deformano dopo la lavorazione;
- Parti strutturali complesse: Le parti con nervature e fori possono subire distorsioni locali a causa del rilascio non uniforme delle sollecitazioni, con una deviazione della posizione dei fori che raggiunge 0,2-0,5 mm.
Possiamo osservare intuitivamente la distribuzione delle sollecitazioni attraverso apparecchiature di rilevamento delle sollecitazioni, fornendo una base accurata per il successivo trattamento di ricottura.
La conducibilità termica delle plastiche è solo 1/10-1/100 di quella dei metalli (ad esempio, la conducibilità termica dell'alluminio è 237 W/(m·K), mentre quella dell'ABS è solo 0,25 W/(m·K)), e hanno bassi punti di rammollimento (la maggior parte delle plastiche si ammorbidisce a 80-150°C). Durante la lavorazione, il calore di attrito tra l'utensile e il materiale non può essere dissipato rapidamente, portando a una serie di problemi:
- Fusione locale: Quando la temperatura nell'area di taglio supera il punto di rammollimento, le plastiche si attaccheranno al tagliente per formare "bordi riportati", con conseguente eccessiva rugosità superficiale (valore Ra fino a 3,2μm o più);
- Espansione termica differenziale: Il riscaldamento non uniforme in diverse aree della parte porta a una differenza del tasso di espansione termica dello 0,1%-0,5% e il restringimento incoerente dopo il raffreddamento causa una deformazione permanente.
Ad esempio, durante la lavorazione di materiali POM, se la velocità del mandrino è troppo alta (superiore a 5000 giri/min), la temperatura nell'area di taglio può salire a 120°C in soli 10 secondi, con conseguente deviazione dimensionale della parte di oltre 0,3 mm.
Il modulo elastico delle plastiche è molto inferiore a quello dei metalli. Ad esempio, il modulo elastico del PC è 2,2 GPa, solo 1/20 di quello dell'acciaio. I metodi di bloccaggio rigidi tradizionalmente utilizzati nella lavorazione dei metalli possono facilmente causare deformazioni:
- Bloccaggio a punto singolo: La pressione concentrata esercitata dal dispositivo sulle parti a parete sottile provoca una flessione a "arco", con un rimbalzo di 0,1-0,8 mm dopo il rilascio;
- Bloccaggio non supportato: Durante la lavorazione di parti in plastica a strisce lunghe, se solo le due estremità sono fissate, la parte centrale si abbasserà a causa della forza di taglio, con conseguente eccessiva deviazione della rettilineità dopo la lavorazione.
Un cliente ha usato una morsa per bloccare lastre di PC spesse 1,5 mm, con conseguente deviazione della planarità di 1,2 mm dopo la lavorazione e tutte le 200 parti del lotto sono state scartate.
Le differenze nelle proprietà delle diverse plastiche influiscono direttamente sulla stabilità della lavorazione, tra le quali l'assorbimento di umidità e le fluttuazioni del lotto sono i due principali incentivi:
- Deformazione da assorbimento di umidità: Materiali come nylon e PEEK hanno un tasso di assorbimento d'acqua dell'1%-3%. Dopo aver assorbito l'umidità, il loro volume si espande e si restringono dopo l'essiccazione durante la lavorazione, con conseguente deviazione dimensionale dello 0,5%-1%. Ad esempio, le parti in nylon 66 aumenteranno di dimensioni di 0,3 mm se poste in un ambiente con il 60% di umidità per 24 ore;
- Differenze di lotto: Anche per le plastiche dello stesso grado, diversi produttori hanno purezza delle materie prime e rapporti di additivi diversi, con conseguenti fluttuazioni delle proprietà meccaniche (ad esempio, differenza di resistenza alla trazione fino al 10%) e è probabile che si verifichi una deformazione incoerente con gli stessi parametri di lavorazione.
Basandoci su un team tecnico professionale, una configurazione di apparecchiature avanzate e una ricca esperienza pratica, abbiamo costruito un sistema di controllo della deformazione a catena completa di "pre-elaborazione - lavorazione - ispezione - post-elaborazione", fornendo soluzioni personalizzate per diversi materiali plastici e parti strutturali.
Formuliamo processi di ricottura personalizzati in base alle proprietà dei materiali, consentendo alle catene molecolari di rilassarsi completamente attraverso un riscaldamento lento, la conservazione del calore e il raffreddamento:
- Materiale PC: Mantenere a 120°C per 2-3 ore, controllare la velocità di raffreddamento a 5°C/ora, che può ridurre la tensione residua di oltre l'80%;
- Materiale PMMA: Mantenere a 80-90°C per 4 ore, risolvendo efficacemente i problemi di "fessurazione" e "imbarcamento" dopo la lavorazione;
- Materiale POM: Mantenere a 60-70°C per 1-2 ore, evitando "fessurazioni da tensione residua" dopo la lavorazione.
Utilizziamo forni di ricottura a temperatura costante programmabili con una precisione di controllo della temperatura di ±1°C per garantire effetti di ricottura stabili.
Per le plastiche igroscopiche, stabiliamo una gestione a ciclo chiuso di "stoccaggio - essiccazione - lavorazione":
- Ambiente di stoccaggio: Magazzino a temperatura e umidità costanti (temperatura 20-25°C, umidità 30-40%), dotato di deumidificatori e sistemi di monitoraggio della temperatura e dell'umidità in tempo reale;
- Processo di essiccazione: Utilizzare essiccatori a circolazione di aria calda e regolare i parametri in base ai materiali:
- Nylon 6/66: Asciugare a 80-90°C per 6-8 ore, ridurre il contenuto di umidità al di sotto dello 0,1%;
- PEEK: Asciugare a 120-130°C per 4-6 ore per garantire l'assenza di bolle o espansione durante la lavorazione;
- ABS: Asciugare a 70-80°C per 4 ore per evitare "striature argentate" sulla superficie dopo la lavorazione.
Dopo l'essiccazione, i materiali vengono testati da un misuratore di umidità e possono entrare nel processo di lavorazione solo se qualificati.
Vengono eseguiti test completi delle prestazioni per ogni lotto di materie prime in entrata:
- Proprietà meccaniche: Testare la resistenza alla trazione e il modulo di flessione tramite una macchina di prova universale per garantire che soddisfino i requisiti di lavorazione;
- Proprietà termiche: Testare la temperatura di transizione vetrosa e la temperatura di fusione utilizzando un calorimetro a scansione differenziale (DSC) per fornire una base per l'impostazione dei parametri di taglio;
- Aspetto e dimensioni: Verificare la presenza di graffi e impurità sulla superficie della materia prima e misurare la tolleranza dello spessore della lastra per garantire l'uniformità.
Abbandoniamo l'impostazione dei parametri "unica" e personalizziamo le soluzioni in base alla durezza, alla resistenza all'usura e alla sensibilità termica delle plastiche:
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